I cristalli sono corpi solidi con una forma geometrica regolare. La struttura all'interno della quale si trovano le particelle ordinate è chiamata reticolo cristallino. I punti di localizzazione delle particelle in cui oscillano sono detti nodi del reticolo cristallino. Tutti questi corpi sono divisi in monocristalli e policristalli.
Cosa sono i cristalli singoli
I cristalli singoli sono cristalli singoli in cui il reticolo cristallino ha un ordine chiaro. Spesso un singolo cristallo ha una forma regolare, ma questa caratteristica non è obbligatoria per determinare il tipo di cristallo. La maggior parte dei minerali sono cristalli singoli.
La forma esterna dipende dal tasso di crescita della sostanza. Con un lento aumento e l'omogeneità del materiale, i cristalli hanno il taglio corretto. A velocità media, il taglio non è pronunciato. Ad un'elevata velocità di cristallizzazione, i policristalli costituiti da molti cristalli singoli crescono.
Esempi classici di cristalli singoli sono diamante, quarzo,topazio. In elettronica rivestono particolare importanza i cristalli singoli, che hanno le proprietà dei semiconduttori e dei dielettrici. Le leghe di monocristalli sono caratterizzate da una maggiore durezza. I cristalli singoli ultrapuri hanno le stesse proprietà indipendentemente dall'origine. La composizione chimica dei minerali dipende dal tasso di crescita. Più lentamente cresce il cristallo, più perfetta è la sua composizione.
Policristalli
I cristalli singoli ei policristalli sono caratterizzati da un'elevata interazione molecolare. Un policristallo è costituito da molti cristalli singoli e ha una forma irregolare. A volte sono chiamati cristalliti. Appaiono come risultato della crescita naturale o vengono coltivati artificialmente. I policristalli possono essere leghe, metalli, ceramica. Le caratteristiche principali sono costituite dalle proprietà dei singoli cristalli, ma sono di grande importanza le dimensioni dei grani, la distanza tra loro e i bordi dei grani. In presenza di confini, le caratteristiche fisiche dei policristalli cambiano significativamente, la forza diminuisce.
I policristalli sono generati come risultato della cristallizzazione, dei cambiamenti nelle polveri cristalline. Questi minerali sono meno stabili dei singoli cristalli, con conseguente crescita irregolare dei singoli grani.
Polimorfismo
I cristalli singoli sono sostanze che possono esistere in due stati contemporaneamente, che differiranno nelle loro proprietà fisiche. Questa caratteristica è chiamata polimorfismo.
Allo stesso tempo, una sostanza in uno stato può essere più stabile di un altro. Quando le condizioni ambientali cambiano, la situazione puòcambia.
Il polimorfismo è dei seguenti tipi:
- Ricostruzione: il decadimento avviene negli atomi e nelle molecole.
- Deformazione - la struttura viene modificata. Si verificano compressione o allungamento.
- Shift - alcuni elementi della struttura cambiano la loro posizione.
Le proprietà del cristallo possono cambiare con un improvviso cambio di composizione. Il classico esempio di polimorfismo è la modifica del carbonio. In uno stato è diamante, in un altro è grafite, sostanze con proprietà diverse.
Alcune forme di carboidrati si trasformano in grafite quando riscaldate. Cambiamenti nelle proprietà possono verificarsi senza deformazione del reticolo cristallino. Nel caso del ferro, la sostituzione di alcuni componenti porta alla scomparsa delle proprietà magnetiche.
Forza del cristallo
Qualsiasi materiale utilizzato nella tecnologia moderna ha una forza finale. Una lega di nichel, cromo e ferro ha la forza maggiore. L'aumento della resistenza dei metalli migliorerà l'equipaggiamento militare e civile. Una maggiore resistenza all'usura si tradurrà in una maggiore durata. Per questo motivo, gli scienziati studiano da molto tempo la forza dei singoli cristalli.
I cristalli singoli puri sono cristalli con un reticolo cristallino ideale, contengono un piccolo numero di difetti. Con una diminuzione del numero di difetti, la resistenza dei metalli aumenta più volte. Allo stesso tempo, la densità del metallo rimane quasi la stessa.
I cristalli singoli con un reticolo ideale sono resistenti alle sollecitazioni meccaniche fino al punto di fusione. Non cambiare contempo. Molto spesso, tali cristalli singoli hanno una dislocazione zero. Ma questa è una condizione facoltativa. La forza è spiegata dal fatto che le microfessure si formano nei punti in cui c'è il maggior numero di dislocazioni. E in loro assenza, non c'è nessun posto dove appaiano crepe. Ciò significa che il cristallo singolo durerà fino al superamento della soglia della sua forza.
Singoli cristalli artificiali
La crescita di cristalli singoli è possibile all'attuale livello scientifico. Quando si lavora il metallo, senza modificarne la composizione, si può creare un unico cristallo che abbia un alto margine di sicurezza.
Ci sono 2 metodi noti per la produzione di cristalli singoli:
- altissima pressione e fusione di metalli;
- pressione criogenica.
Il primo metodo è popolare per la lavorazione dei metalli leggeri. Data la purezza del metallo e l'aumento della pressione, apparirà gradualmente un nuovo metallo che ha le stesse proprietà, ma con una maggiore resistenza. In determinate condizioni è possibile ottenere un unico cristallo con un reticolo ideale. In presenza di impurità, esiste la possibilità che il reticolo cristallino non sia l'ideale.
Nei metalli pesanti, con l'aumentare della pressione, si verifica il processo di modifica della struttura. Il cristallo singolo non è ancora uscito, ma la sostanza ha cambiato proprietà.
La colata criogenica si basa sulla produzione di liquidi criogenici. La cristallizzazione non avviene sotto l'influenza di un campo magnetico. La forma semicristallina diventa un cristallo dopo essere stata caricata elettricamente.
Diamantee quarzo
Le proprietà del diamante si basano sul fatto che è una sostanza con un reticolo cristallino atomico. Il legame tra gli atomi determina la forza di un diamante. In condizioni costanti, il diamante non cambia. Se esposto al vuoto, si trasforma gradualmente in grafite.
Le dimensioni dei cristalli variano in modo significativo. I diamanti cresciuti sinteticamente hanno facce cubiche e hanno un aspetto diverso dalle loro controparti. Le proprietà del diamante sono usate per tagliare il vetro.
I cristalli di quarzo si trovano ovunque. Il minerale è uno dei più comuni. Il quarzo è generalmente incolore. Se ci sono molte crepe all'interno della pietra, allora è bianca. Quando vengono aggiunte altre impurità, cambia colore.
I cristalli di quarzo sono usati nella fabbricazione del vetro, per creare ultrasuoni, in apparecchiature elettriche, radio e televisive. Alcune varietà sono usate in gioielleria.
Struttura di singoli cristalli
I metalli allo stato solido hanno una struttura cristallina. La struttura dei singoli cristalli è una serie infinita di atomi alternati. In re altà, l'ordine degli atomi può essere disturbato da effetti termici, meccanici o per una serie di altri motivi.
I reticoli di cristallo si trovano in 3 tipi:
- tipo di tungsteno;
- tipo rame;
- tipo di magnesio.
Applicazione
I cristalli singoli artificiali sono un'opportunità per ottenere materiale con nuove proprietà. L'area di applicazione dei cristalli singoli è molto ampia. Quarzo e longarone sono stati creati dalla natura, mentre il fluoruro di sodio è stato coltivato artificialmente.
I monocristalli lo sonomateriali utilizzati in ottica ed elettronica. Il quarzo e la mica sono usati nell'ottica ma sono costosi. In condizioni artificiali, puoi coltivare un singolo cristallo, che si distinguerà per purezza e forza.
Il diamante viene utilizzato dove è richiesta un'elevata resistenza. Ma è sintetizzato con successo in condizioni artificiali. I singoli cristalli tridimensionali sono cresciuti da fusi.
