Всероссийская Интернет-олимпиада школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!"

ГБОУ лицей № 000, Москва

Творческая работа

О кристаллах

Работу выполнили учащиеся ГБОУ лицея 1575, Москва:

Руководитель работы:

Учитель физики, завкафедрой естественных наук лицея 1575,

Тьютор: Усович Ольга, МГУ

Аннотация

О кристаллах

Цель работы: изучить, что такое природный кристалл, его свойства, вырастить кристаллы из монофосфата аммония .

Актуальность: Кристаллы издавна привлекали внимание людей своей красотой, правильной формой, загадочностью. Эти тела окружают нас всю жизнь, ведь это и лёд, и снег, и снежинки и многие драгоценные и полудрагоценные камни, а так же твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя кристаллическую решётку. Интерес к кристаллам проявлял даже такой известный учёный как Ломоносов: «...Одно любопытство довольно побуждает, чтобы знать внутренность российской подземной натуры и оную, для общего приращения наук описав, показать учёному совету».

Задачи: 1.Найти информацию о том, что такое кристалл и минерал

3. Рассказать о том, что такое песок

4. Провести опыты по выращиванию кристалла

Результаты:

1. Мы узнали, что кристаллы помнят предысторию роста

2. Вырастили кристаллы из фосфата аммония, а так же кристаллы на картоне за счет капиллярного роста

3. Составили мини-коллекцию песка

1. Введение. 4

2. Кристаллы и минералы. 5

2.1 Виды кристаллов. 7

2.2 Идеальный кристалл. 7

2.3 Реальный кристалл. 7

3. Свойства кристаллов................................................................................. ……..8

3.1 Симметрия……………………………………………………………………...8

3.2 Анизотропия……………………………………………………………………8

4. Кристаллы песка …………...……………………………………………...…….9

5. Теоретическая часть: «выращивание кристаллов». 12

5.1 Зачем выращивают кристаллы.. 12

6. Самостоятельное выращивание кристаллов. 13

6.1 Кристаллы фосфата аммония. 13

Список литературы. 15

«Почти весь мир кристалличен.

В мире царит кристалл и его твердые,

прямолинейные законы»

Академик

1. Введение.

Еще с детства мы помним сказки, которые нам рассказывали бабушки, дедушки, родители. Эти сказки были из разных стран, на разную тему, с разными персонажами, но у всех них было одно общее, во всех было волшебство. Иногда оно передавалось через сверхъестественные способности персонажей, а иногда через магические предметы. Этими предметами нередко становились и кристаллы: кристалл мудрости, кристалл вечности.… Не одну сказку можно найти, в названии которой упоминается кристалл: «малахитовая шкатулка», «хозяйка медной горы», «воспоминания о камне». И хоть в реальной жизни у кристаллов нет магических свойств, интерес к ним остался с детства.

В нашем проекте мы рассказываем о кристаллах, их свойствах, затрагиваем тему о песке, ведь каждая песчинка это отдельный кристалл кварца. Так же в практической части работы мы вырастили кристаллы из монофосфата аммония.

1.
2.Кристаллы и минералы .

По физическим свойствам и молекулярной структуре твёрдые тела разделяют на три класса: кристаллические, аморфные и композиты.

Кристаллы - твёрдые тела, в которых атомы расположены периодично, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку.

Кристаллическая структура, будучи индивидуальной для каждого вещества, относится к основным физико-химическим свойствам.

Кристаллизация - образование кристаллов из паров, растворов, расплавов, вещества в твёрдом состоянии (аморфном или другом кристаллическом), в процессе электролиза и при химических реакциях. Приводит к образованию минералов.

По размерам кристаллы бывают различными. Многие из них можно увидеть только в микроскоп. Но встречаются гигантские кристаллы массой в несколько тонн.

Вид кристаллической ячейки льда первым удалось определить Лайнусу Пойлингу в 1935 году.

В такой элементарной ячейке каждый атом кислорода соседствует с четырьмя атомами водорода , причём угол между связями 109,5°, а у воды угол - 105°. Такое различие в углах приводит к искажению формы молекулы, что приводит к тому, что атомы водорода не могут располагаться посредине между атомами кислорода. Элементарная ячейка льда имеет гексагональную структуру, соответствующую шестисторонней симметрии снежинок.

Гексагональная структура льда остается устойчивой при комнатной температуре до температуры плавления. При других температурах и давлениях могут образовываться различного строения снежинки и льдинки.

Разные кристаллы не обязательно формируются разными элементами. Пример, алмаз и графит. Различие в их свойствах связано исключительно с различием их кристаллической структуры.

Минерал - природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами.

Понятие «минерал» подразумевает твёрдое природное неорганическое кристаллическое вещество.

По высказыванию известного минералога, профессора Санкт-Петербургского горного института, "минерал - это кристалл". Ясно, что свойства минералов и горных пород теснейшим образом связаны с общими свойствами кристаллического состояния.

Русский учёный Фёдоров Е. С. установил, что в природе может существовать только 230 различных пространственных групп, охватывающих всевозможные кристаллические структуры.

К простым кристаллическим решёткам можно отнести

Простую кубическую (частицы располагаются в вершинах куба);

Гранецентрированную кубическую (частицы располагаются и в вершинах куба и в центре каждой грани);

Объёмноцентрированную кубическую (частицы располагаются и в вершинах куба и в центре каждой кубической ячейки);

Гексагональную.

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны.

2.1 Виды кристаллов.

В зависимости от строения, кристаллы делятся на ионные, ковалентные, молекулярные и металлические.

Ионные кристаллы построены из чередующихся катионов (положительно заряженный ион) и анионов (отрицательно заряженный ион), которые удерживаются в определенном порядке силами электростатического притяжения и отталкивания. Ионные кристаллы образуют большинство солей неорганических и органических кислот, оксиды, гидроксиды, соли. В ковалентных кристаллах (их еще называют атомными) в узлах кристаллической решетки находятся атомы, одинаковые или разные, которые связаны ковалентными (образованные перекрытием пары валентных электронных облаков) связями. Эти связи прочные и направлены под определенными углами. Типичным примером является алмаз; в его кристалле каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами, находящимися в вершинах тетраэдра.

Молекулярные кристаллы построены из изолированных молекул, между которыми действуют сравнительно слабые силы притяжения. В результате такие кристаллы имеют намного меньшие температуры плавления и кипения, твердость их низка. Из неорганических соединений молекулярные кристаллы образуют многие неметаллы (благородные газы, водород, азот , белый фосфор, кислород, сера, галогены), соединения, молекулы которых образованы только ковалентными связями. Этот тип кристаллов характерен также почти для всех органических соединений.

Металлические кристаллы образуют чистые металлы и их сплавы. Такие кристаллы можно увидеть на изломе металлов, а также на поверхности оцинкованной жести. Кристаллическая решетка металлов образована катионами, которые связаны подвижными электронами («электронным газом»). Такое строение обусловливает электропроводность , ковкость, высокую отражательную способность (блеск) кристаллов.

Следует разделить идеальный и реальный кристалл.

2.2 Идеальный кристалл.

Является, по сути, математическим объектом, имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.

2.3 Реальный кристалл.

Всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство - закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

Для наглядного представления таких структур используются кристаллические решётки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул (или ионов) вещества. Структурный элемент решётки минимального размера называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая решётка может быть построена путём параллельного переноса элементарной ячейки по некоторым направлениям.

Кристаллы, что немало важно, помнят свою предысторию, «место рождения».

Кристаллы образуются:

В момент образования вещества в результате химической реакции

При присоединении к молекуле солей молекулы воды

При осаждении растворённого вещества из раствора

При переходе газообразного или жидкого вещества в твёрдое

При росте кристаллов атомы располагаются в определенном порядке. В это время происходит внешнее воздействие (меняется температура, давление). из-за этого возникают дислокации, из-за них атомы располагаются в ином порядке. Получается, что по дислокации можно понять откуда этот кристалл, как он образовался, что происходит рядом. например снежинки не могут быть одинаковыми, потому что не может быть абсолютно идентичных условий образования, примесей, но все они имеют шестиугольную форму, поскольку имеют схожий основной состав и условия тоже ограничены (температура ниже 0 и т. д.).

Алмаз, графит и наноалмаз являются примером того, что не обязательно кристаллы разные по свойствам состоят из разных веществ. Эти вещества одинаковы по составу и различаются они только строением кристаллической решетки. Наноалмазы были обнаружены в природе в кратерах, образовавшихся от падения метеоритов. Наноалмазы находят применение при создании элементов наноэлектроники.

алмаз и графит наноалмаз

наноалмаз

кристаллическая решётка алмаза и графита

3. Свойства кристаллов.

Хоть реальные кристаллы, встречающиеся в нашей жизни, не обладают магическими свойствами, они обладают не менее интересными свойствами, такие как:

3.1 Симметрия.

Закономерность атомного строения (кристалл может быть совмещён сам с собой путём преобразований симметрии). В природе существует только 230 различных пространственных групп, охватывающих все возможные кристаллические структуры (это установил русский учёный Фёдоров Е. С.)

3.2Анизотропия.

Анизотропия - неодинаковость свойств кристаллов по различным направлениям. Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел. При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Причиной анизотропности кристаллов является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния оказываются неодинаковыми по различным направлениям. Причиной анизотропии молекулярного кристалла может быть также асимметрия его молекул. Макроскопически эта неодинаковость проявляется как правило лишь если кристаллическая структура не слишком симметрична.

4. Кристаллы песка.

Природная коллекция

Из песка получаются красивые природные коллекции.

Когда в пустыне выпадают осадки, вода быстро впитывается в песок. Если в песке много гипса, частицы его вымываются и уходят с водой вглубь. От сильной жары вода поднимается снова к поверхности. Когда происходит полное испарение воды, образуются новые гипсовые кристаллы. Так как формирование минерала происходит в слое песка, песок становится частью кристалла. И туристы, побывавшие в Сахаре с удовольствием берут эти камни - розы пустыни - в свои коллекции. Диаметр лепестков «розы пустыни» бывает от 2-3 миллиметров до нескольких дециметров. Окраска кристаллов целиком зависит от цвета песка, в котором они формировались. Белые «розы пустыни» находят в тунисской Сахаре, черные – в пустынях Аргентины.

Фото Чопорова А. Пустыня Сахара. Природная коллекция. “Роза пустыни”- песчаник

В наше время коллекционирование песка с разных пляжей и вулканов не редкость. Но мало кто знает, что коллекция песка это еще и коллекция кристаллов. Каждая песчинка это маленький кристалл кварца!

Песок из карьера в основном состоит из желтых кристалликов кварца, примеси содержит в минимальном количестве. В Песке из вулкана Гозо может попадаться обсидиан или вулканическое стекло. В песке из Греции многие песчинки не кристаллы кварца, а маленькие минералы других веществ. Белый песок с пляжей Туниса практически не содержит посторонних веществ. Он весь из белых кристаллов кварца. Песчаник является цельным камнем, состоящим из «слепленных» между собой песчинок. Горный хрусталь имеет много общего с песком. Это тоже кристаллики кварца, но только горный хрусталь крупнее по размерам.

Фото 1.Обычный песок из карьера. Фото 2. Песок с белых пляжей Туниса

Фото 3. Вулканический песок

из Греции. Фото 4. Рождение обсидиана

Фото 5. Песок с острова Гозо.

Фото сделаны в микроскоп с увеличением 10.

5. Теоретическая часть: «выращивание кристаллов».

5.1 Зачем выращивают кристаллы

Зачем создают искусственные кристаллы, если и так почти все твердые тела" вокруг нас имеют кристаллическое строение?

Прежде всего природные кристаллы не всегда достаточно крупны, часто они неоднородны, в них имеются нежелательные примеси. При искусствен­ном выращивании можно получить кристаллы крупнее и чище, чем в природе.

Есть и такие кристаллы, которые в природе редки и ценятся дорого, а в технике очень нужны. Поэтому разработаны лабораторные и заводские методы выращивания кристаллов алмаза, кварца, корунда. В лабораториях выращивают большие кристаллы, необходимые для техники и науки, искусственные драгоценные камни , кристаллические материалы для точных приборов; там создают и те кристаллы, которые изу­чают кристаллографы, физики, химики, металловеды, минералоги, открывая в них новые замечательные яв­ления и свойства. А самое главное - искусственно вы­ращивая кристаллы, создают вещества, каких вообще нет в природе, множество новых веществ. По словам академика Николая Васильевича Белова, крупный кристалл - это объект проявления, изучения и ис­пользования поразительных свойств кристалла, непре­рывно революционизирующих науку и технику.

В лабораториях и на заводах все более совершен­ствуют методы создания искусственных кристаллов с нужными для техники свойствами, так сказать, кри­сталлов «по мерке», или «на заказ».

Так же, когда мы выращиваем кристаллы, мы будто бы создаем кусочек сказки. Будто по волшебству из порошка и воды вырастают кристаллы. Интерес также состоит в том, что узнавая научное объяснение «сказки», нам кажется, что все, что окружает нас – сказка. Только не волшебники, а химики, не магический порошок, а монофосфат аммония, не волшебный кристалл со своими магическими свойствами и красотой, а обычный, но обязательно красивый.

6.Самостоятельное выращивание кристаллов

Кристаллы образуются:

1. В момент образования вещества в результате химической реакции

2. При присоединении к молекуле солей молекулы воды

3. При осаждении растворённого вещества из раствора

4. При переходе газообразного или жидкого вещества в твёрдое

6.1 Кристаллы фосфата аммония.

1. Подготовка материалов. Нам понадобится: фосфат аммония, мерный стакан, горячая вода, палочка для перемешивания, ёмкость для кристаллов (для выращивания второго типа ещё и камни).

2. Добавляем 70 мл горячей воды на 25 г фосфата аммония и тщательно размешиваем, пока фосфат аммония не растворится.

3. А) полученный раствор выливаем в ёмкость и ждём около суток.

Б) 1. В ёмкость для кристаллов насыпаем камни.

2. в ёмкость наливаем раствор и ждём около недели.

3.А другим раствором пропитываем кусок зелёной бумаги.

Можно вырастить кристаллы и на картоне (картон – пористая структура). Нужно натереть наждачкой края картонки и поставить ее в раствор. На схеме можно увидеть как происходит этот процесс. По капиллярам раствор попадает к краям картонки, происходит испарение и процесс кристаллизации, из раствора вырастают кристаллики.

Схема процесса роста кристалла:капилляры - испарение-кристаллизация

Результаты: (кристаллы фосфата аммония) : (Фото автора)

В этой системе кристаллов есть кристаллы дигидрофосфата аммония, это перспективный материал с нелинейными электрическими свойствами.

Выводы:

1.Мы узнали, что кристаллы помнят предысторию роста

2.Вырастили кристаллы из фосфата аммония, а так же кристаллы на картоне за счет капиллярного роста

3.Составили мини-коллекцию песка

Список литературы.

1. «Удивительные наноструктуры», Кеннет Деффейс и Стефен ДеффейсПод редакцией проф. , Бином 2011

2. «Горные породы и минералы» Научно - поп. издание. Москва, Мир, 1986

3. «Драгоценные камни», Смит Г, Мир, 1980

4. «Практическое руководство по минералогии», Смольянинов Н. А, геологическая литература, 1948

5. «Геологический словарь», М,1980

Изначально кристаллами называли горный хрусталь - безупречный в своей холодной красоте прозрачный кварц. В прежние времена, когда ученые еще не могли объяснить причину и принцип их образования, кристаллам приписывали всевозможные волшебные свойства, свидетельство тому - многочисленные легенды и сказания, в которых упоминаются магические кристаллы, способные исцелять больных или показывать будущее. Современная кристаллофизика развеяла весь этот романтический туман, издавна окутывающий кристаллы, и дала четкое определение, что такое кристалл с научной точки зрения.

Кристалл - что это такое

Кристалл - это твердое тело природного происхождения либо образованное в лабораторных условиях, имеющее форму правильного многогранника. Правильность формы кристалла основана на его внутренней структуре - частицы вещества, из которых слагается кристалл (молекулы, атомы и ионы), располагаются в нем в определенной закономерности и образуют периодично-повторяющуюся трехмерную пространственную укладку, иначе называемую «кристаллической решеткой».

Виды и типы кристаллов

Ученые, занимающиеся изучением кристаллов, различают такие понятия, как «кристалл идеальный» и «кристалл реальный».

Идеальный кристалл

Идеальный кристалл - это некая абстрактная математическая модель кристалла, в которой ему приписывается абсолютно правильная форма, соответствующая его кристаллической решетке, полная симметрия и идеально ровные грани. Проще говоря, идеальный кристалл - это кристалл с полным набором всех качеств, свойств и характеристик, присущих данному виду кристаллов.

Реальный кристалл

Реальный кристалл - это тот кристалл, что существует в действительности. В отличие от идеального, у него имеются некоторые дефекты внутренней структуры, грани его не безупречны, а симметрия понижена. Но при всех этих недостатках в реальном кристалле сохраняется то главное свойство, которое и делает его кристаллом - частицы в нем располагаются в закономерном порядке.

Происхождение кристаллов

• Природные (натуральные) кристаллы зарождаются и вырастают в недрах Земли в течение длительного времени в условиях сверхвысоких температур и огромного давления.
• Искусственные кристаллы люди научились выращивать не только в лабораториях, но даже в домашних условиях. Кстати, о том, как самому вырастить соляной кристалл из раствора обычной поваренной соли, вы можете узнать из нашей статьи .

Вещества, образующие кристаллы

Кристаллы - это не только алмазы, аметисты, изумруды, сапфиры и прочие драгоценные и полудрагоценные камни, как некоторые из нас привыкли считать. Помимо этих самых известных и красивых кристаллов в природе существует множество других веществ, имеющих кристаллическое строение. Самым распространенным веществом, обладающим способностью образовывать кристаллы, является обычная вода. Как выглядят кристаллы воды, знают даже дети -льдинки и снежинки хорошо всем известны.

Кристаллы – это твёрдые тела с определенным химическим составом, которые имеют правильное, симметричное и закономерное расположение в кристаллической решётке составляющих их атомов, молекул, ионов. Многие кристаллические структуры ‒ это самые обычные для нас вещества, например, сахар и соль. В переводе с греч. krystallos означает «прозрачный лед». И действительно, необычными и удивительными кристаллами по праву считаются снежинки.

Кристаллические структуры в природе «рождаются» из множества веществ. Самая распространённая из них – вода, которая при воздействии низких температур переходит из жидкого в твёрдое состояние, превращаясь в лёд или снежинки. Каждую зиму, особенно во время суровых морозов, сложные симметричные объекты в форме звездочек и 6-тиугольных пластинок, покрывают поверхность земли слоем мягкого и пушистого снега. Они состоят из тоненьких ледяных кристалликов, собранных вместе.

Известный немецкий астроном Иоганн Кеплер еще в XVII столетие написал работу, которую посвятил шестиугольным снежинкам, тем самым оказал значительное влияние на развитие кристаллографии – науки о возникновении, структуре и свойствах кристаллических структур. Через два столетия выдающийся фотограф У. Бентли подарил миру возможность любоваться этими прекрасными творениями природы. Ему удалось сделать фотографии тысячи снежинок, где ни одна не повторяет другую. Для этого фотограф ловил снежинки на черный бархат и делал удивительные снимки.

Цветы мира камней

В результате процессов породообразования, происходящих в неизведанных земных недрах из расплавленных горных пород, выталкиваемых к поверхности и начинающих остывать, образуются минералы с кристаллической структурой. Просто не верится, что невероятная красота и правильность внешней огранки этих кристаллических минералов созданы самой природой. С первого взгляда кажется, что кто-то специально выпиливал плоские грани, а потом полировал их до безупречности.

Кристаллические структуры из минеральных растворов могут быть бесконечно разнообразными. Большинство представляет собой сложные правильные многогранники ‒ куб, параллелепипед, пирамиду, которые во все времена поражали людей совершенством геометрических форм и безукоризненно гладкой поверхностью. Встречаются они и в виде столбиков, пластин, звезд, острых игл, создаваемых лучистые шары – сферолиты.

Размеры варьируют от очень маленьких до огромных колонн, а толщина может быть меньше листа бумаги или, напротив, достигать несколько сотен сантиметров. Кристаллы могут быть как бесцветными, так и сверкать, искриться, играя разными красками. Многие из них идеально прозрачны, подобно кристально чистой воде, хотя встречаются бурые и практически черные экземпляры.

Горный хрусталь

Это прозрачная разновидность кристаллического кварца (природный диоксид кремния), встречающегося в пустотах гидротермальных жил. В вечных снегах Альп много веков назад найдены бесцветные камушки, визуально очень похожие на обычный лед, блеск которых приковывал и завораживал. Еще античные ученые сделали вывод, что при длительном воздействии низких температур вода замерзает до такого состояния, что утрачивает способность таять, навсегда окаменев.

Когда минерал появился в Европе, он сразу получил название «богемный алмаз». Из него вырезали украшения, посуду, зажигательные линзы и стекла для очков, а также украшали шикарные королевские дворцы и замки представителей высшего сословия. Для минерала характеры грани-призмы, часто с горизонтальной штриховкой. Прозрачные кристаллы горного хрусталя могут причудливо срастаться друг с другом в друзы или представлять собой «щётки», а также заполнять жеоды. На территории России большие месторождения, так называемые «хрустальные погреба», обнаружены на Урале, в Якутии, Забайкалье и Приморье. Крупный идеальный горный хрусталь без дефектов встречается достаточно редко, поэтому имеет высокую ценность.

В Санкт-Петербургском музее, основанном в 1773 г. при Горном институте, собрано более 230 тыс. образцов, в том числе и уникальное собрание сокровищ, извлечённых из недр земли. Здесь хранится горный хрусталь, высота которого почти 1 м, а вес более 1 тыс. кг.

Король кристаллов

Алмаз как один из самых редких, но повсеместно распространённых природных минералов, получил своё название благодаря исключительной твердости. Минерал представляет собой кристаллическую модификацию чистого углерода. В кристаллической решётке в виде гранецентрированного куба атомы находятся очень плотно и связаны прочнейшей ковалентной связью. О точном происхождении алмаза нет точных научных данных, а возраст большинства алмазов более 3 млрд. лет.

Несмотря на то, что в необработанном виде алмаз достаточно несовершенен и невзрачен, с древних времен его использовали как изысканное украшение, особенно прозрачные виды. Почти 500 лет назад мастера ювелирного дела научились огранять кристалл и в результате трудоёмкого процесса превращать его в драгоценный камень – бриллиант, который стал синонимом богатства и роскоши. Самыми редкими считаются красные алмазы, но вероятность найти их в природных условиях минимальна.

Сегодня ввиду того, что большинство природных алмазов не подходят для огранки, их широко применяются во многих отраслях промышленности. Самые крупные месторождения находятся в Африке и в России, причем у нас первые алмазы обнаружены еще в XIX веке на Урале и в Сибири.

Крупнейший в мире алмаз «Куллинан», найденный 100 лет назад в Южной Африке, имел вес более 3 000 карат. Виртуозные ювелиры сделали из него 105 бриллиантов, общий весом более 1 000 карат.

Драгоценные кристаллы

Продолжая тему удивительных драгоценных кристаллов, нельзя не отметить красивые и достаточно редкие разновидности минерала корунда (оксид Al) – рубин и сапфир. Корунд всегда различали по высокой твердости, которая уступает лишь алмазам. В европейские страны камни завозили из Азии. Месторождения корундов часто встречается в магматических породах. Их также находят гнёздами, жилами, вкраплениями, а драгоценные разновидности ‒ в россыпях. Ювелирный минерал по свойствам прозрачный, отличается блеском, насыщенной цветовой гаммой и широким спектром оттенков.

В музее в Санкт-Петербурге хранится коллекция корунда более 40 различных цветовых оттенков.

Самими ценными являются красный – рубин и синий – сапфир. Красивые оттенки обеспечивают примеси: в рубине – это хром, а в сапфире – вкрапления железа и титана. После придания минералам достойной ювелирной обработки, они выглядят также же шикарно, как и бриллианты.

Существует предположение, что рубины добывались в Бирме еще в бронзовом веке. В XIX ст. король Бирмы продал два драгоценных камня за баснословные, на те времена, деньги и обеспечил себе полноценное королевское правление. Рубины всегда считались элитной драгоценностью и аксессуаром богатых представителей аристократии. Сегодня рубины высокого качества поступают из Мьянмы, Таиланда, Шри-Ланки. В России месторождения известны на Урале и в Карелии.

В 1800 г. в Европе открыли родственность рубина и сапфира, который издревле украшал символы королевской власти правящих династий Азии и Европы. Красивый минерал добывали еще древние жители Юго-Восточной Азии. Самый крупный сапфир, весом более 3 тыс. карат, был найден в США в середине прошлого века. Месторождение минерала встречается практически на всех материках.

Волшебный каменный мир удивляется многими удивительными фактами о кристаллах.

• Природные кристаллы в виде величественных колонн применялись в древних цивилизациях для удержания тяжелых ворот храмов или как постаменты.

• Минерал сподумен, длиной почти 13 м и весом 90 т, известен необычными кристаллами-гигантами. При этом хорошо образованные минералы считаются ценными коллекционными материалами.
• Одни из самых больших кристаллов селенита найдены в 2 000 г. в уникальной пещере, возраст которой около миллиона лет, в шахтовом комплексе Найка (Мексика). Наибольший имеет размеры: длина – 4 м, ширина – 4 м и вес – 55 т.
• Кристаллы «произрастают» не только в естественной среде, но и выращиваются в специальных лабораториях, а некоторые ‒ даже в домашних условиях. Человечество научилось получать искусственным путем очень многие драгоценные камни, которые не уступают по красоте натуральным, а оцениваются в разы ниже. Причем сегодня известно много видов, которых в природе не существует.
• Кристаллы бывают «посланниками» звездного мира. Достаточно часто кристаллические структуры внеземного происхождения встречаются в метеоритах, упавших на Землю.
• В Австрии к 100-летнему юбилею компании Swarovski открыт музей «Хрустальных миров». Здесь можно увидеть самый большой (40 см в диаметре) и самый маленький кристаллик (0,8 мм) Сваровски, которые занесены в Книгу рекордов Гиннеса.
• В Московском Минералогическом музее хранится более 4 800 образцов кристаллов 7 кристаллических систем.

Испокон веков отмечалось благотворное влияние кристаллов на судьбу и здоровье человека, а также приписывались им магические и целебные свойства. Причем у каждого знака зодиака есть свой камень-талисман, который должен улучшать энергетику в доме, а также помогать владельцу в трудных жизненных ситуациях, приносить блага, защищать и излечивать от болезней. В чем же заключается огромная сила минералов с точки зрения науки пока трудно объяснимо, но то что литотерапия, как один из видов нетрадиционной медицины, становиться сегодня очень популярной остается фактом.

Самым распространенным состоянием всех существующих веществ Земли и Космоса является кристаллическое состояние. Что это такое? На какие типы подразделяются кристаллы? Как можно вырастить кристалл в домашних условиях, читайте в статье.

Определение

Кристалл - это тело твердой консистенции многогранной формы. Его возникновение - результат расположения частиц: атомов, молекул, ионов в определенном порядке. Их задачей является образование рядов, плоских сеток и пространственных решеток.

Многогранные кристаллы могут быть:

• в виде кубиков - пириты;
• призм с заостренными концами - горный хрусталь;
• двенадцатигранников - гранат;
• восьмигранников - железная руда (магнетит);
• драгоценных камней - алмазы, топазы, рубины и другие.

Размеры этих образований бывают достаточно большие.

Кристалл - это тело, вершина которого должна соответствовать атому, иону, молекуле. Ребро, соответственно, - каждому ряду частиц, а грань - сетке. Если во много раз увеличить реальные кристаллы, то видно, что вершина, ребро и грань состоят из множества частиц, рядов, сеток, которые располагаются параллельно.

Какие бывают кристаллы?

Специалисты выявили разные типы кристаллов:

• Идеальные - представляют собой абстрактную модель, обладающую правильной формой, полной симметрией и ровными гранями. Другими словами, понятие идеального кристалла включает в себя полный набор лучших свойств и качеств, которыми он характеризуется.

• Реальные кристаллы - это действительно существующие в природе тела, у которых внутренняя структура может иметь дефекты, небезупречными бывают грани, а симметрия и вовсе понижена. Но реальный кристалл, несмотря на все недостатки, наделен главным свойством, делающим его кристаллом, - расположением частиц в закономерном порядке.

Выращивание кристалла из соли

Из соли можно вырастить кристаллы и в домашних условиях. Для этого понадобится соль, стеклянная емкость, нить, карандаш, вода. Итак, как вырастить кристалл соли?

1. В стакан с водой соль всыпают порциями и тщательно перемешивают, пока она не растворится полностью.
2. Жидкость ставят на огонь и прогревают до 90°С. Воду доводят до кипения, но не кипятят. Раствор охлаждают и процеживают - в нем не должно быть осадка.
3. Затем нить привязывают к карандашу, а к ней - кристаллик соли или пуговицу, которую предварительно нужно окунуть в соляной раствор и высушить.
4. Кончик нити с привязанной наживкой опускают в емкость с растворенной солью так, чтобы он не касался дна и стенок.
5. Емкость накрывают чистой салфеткой и помещают в теплое место. Температура должна быть постоянной.

Время, в течение которого будет расти кристалл, разное. Оно зависит от его желаемой величины.

Пространственная кристаллическая решетка

Если вместо частиц - ионов и атомов - поставить точки, то строение кристалла представляет собой пространство, которое заполнено точками, расположенными в закономерном порядке. Если их соединить линиями, получится пространственная решетка, состоящая из следующих элементов:

• узлов, которыми называются точки размещения частиц кристалла;
• рядов, представленных совокупностью узлов, которые через одинаковые расстояния периодически повторяются (узлы лежат вдоль прямых линий);
• промежутков, которыми называется расстояние от одного до другого равнозначного узла (эти промежутки ничтожно малы);
• плоской сетки, представляющей собой узлы и ряды, которые располагаются в единой плоскости.

Решетки бывают разными. Это зависит от того, какова природа частиц кристалла и связь между ними. Виды кристаллические решетки бывают:

• Ионные - узлы решеток содержат ионы, которые бывают положительными и отрицательными. Между собой они связаны взаимодействием, которое называется электростатическим. Ионы бывают простыми и сложными. В узлах хлорида натрия они простые, а сульфата калия - сложные. В таких кристаллах ионы связаны между собой прочно, а вещества отличаются твердостью, тугоплавкостью, они нелетучие и растворимы в воде.
• Металлические - такие решетки в своем составе имеют положительные ионы, свободные электроны и атомы металлов. Решетки образуются такими веществами, которые характеризуются металлической связью. Они свойственны простым металлам и их сплавам. Металлы, как правило, имеют разную температуру плавления, но все без исключения обладают металлическим блеском, пластичностью, ковкостью и хорошей электро- и теплопроводностью.

• Атомные - для узлов характерно наличие отдельных атомов, соединенных между собой так называемыми ковалентными связями. Решетку такого типа имеет алмаз, графит, кварц, песок, горный хрусталь и др. Эти вещества прочные и твердые, обладают высокой температурой плавления и кипения.
• Молекулярные - это решетки, узлы которых содержат молекулы, связанные между собой слабым взаимодействием, называемым межмолекулярным, хотя атомы в молекулах соединены прочно. Кристаллы с молекулярной кристаллической решеткой обладают маленькой твердостью и прочностью, низкой температурой плавления, а также кипения. Многим молекулярным веществам свойственно жидкое и газообразное состояние, они летучи и могут иметь запах. К веществам с такой связью относится вода, аммиак, нафталин, кислоты, глюкоза, сахар и т. п.

Причины изменения формы природных кристаллов

Свою форму кристаллы меняют по разным причинам. Одной из них является нарушение условий, в которых они образуются. Так, если магма будет застывать медленно, то у зерен кварца будут неправильные, криволинейные контуры. Другой пример, когда коренные породы разрушаются, их обломки сносятся водой. Поэтому часто в песках обнаруживаются кристаллы таких пород, как кварц, магнетит, гранат.

Форма таких недоразвитых кристаллов уродливая, их грани обломанные. Кристалл - это геометрически правильная форма, которая распространяется не только на поверхность кристалла, но и на внутреннее его строение. Между частицами здесь имеется расстояние, они не заполняют все пространство, то есть их расположение имеет определенный порядок, присущий только данному веществу.

На территории бывшего Советского Союза в 1958 году ученые нашли кристалл кварца гигантского размера. Его длина составляла 7,5 м, ширина - 1,5 м и масса - 70 т. Попадались кристаллы берилла массой 18 т и длиной 5 м. Хотя во время находок чаще встречаются кристаллики микроскопических размеров.

В восточной части Оренбургской области посчастливилось найти горный хрусталь, кристалл которого имел длину 170 см, ширину - 80 см, массу - 784 кг. Его иронично назвали «Малюткой». В настоящее время этот кристалл расположен у входа в Уральский музей геологии в городе Екатеринбурге.

Натуральные кристаллы... Их еще называют красивыми, редко встречающимися камнями или твердыми телами. Мы представляем себе камень кристалл в виде крупного, яркого, прозрачного или бесцветного многогранника, имеющего идеальные блестящие грани. В жизни нам чаще встречаются такие твердые вещества в виде зернышек неправильной формы, песчинок, обломков. Но свойства у них такие же, как и у совершенных крупных кристаллов. Окунитесь вместе с нами в волшебный мир натуральных камней кристаллов, познакомьтесь с их строением, формами, видами. Что ж, в путь...

Таинство кристаллов

Мир кристаллов - прекрасный и таинственный. Разноцветные камушки еще с детства манят и притягивают нас своей красотой. Их загадочность мы чувствуем на интуитивном уровне и любуемся их естественной природной красотой. Людям всегда хотелось узнать как можно больше о натуральных твердых веществах, о свойствах кристаллов, становлении их форм, росте и структуре.

Мир этих камней такой необычный, что хочется заглянуть к ним внутрь. Что же увидим мы там? Перед глазами откроется картина бесконечно тянущихся, строго упорядоченных рядов атомов, молекул и ионов. Все они строго подчиняются законам, правящим в мире камней кристаллов.

Кристаллические вещества распространены в природе очень широко, ведь все горные породы состоят из них. А из горных пород состоит вся земная кора. Оказывается, эти необычные вещества можно даже вырастить дома самому. Важно отметить, что "кристалл" на древнегреческом языке обозначал "лед" или "горный хрусталь".

Что собой представляет камень кристалл?

Что говорят школьные учебники о кристаллах? В них говорится, что это твердые тела, которые образуются под влиянием природных или лабораторных условий и имеют вид многогранников. Геометрическое строение данных тел непогрешимо строгое. Поверхность кристаллических фигур составляют совершенные плоскости - грани, которые пересекаются по прямым линиям, которые называется ребрами. В точках пересечения ребер возникают вершины.

Твердое состояние вещества и есть кристалл. У него существует определенная форма, конкретное количество граней, зависящее от расположения атомов. Итак, твердые тела, в которых молекулы, атомы, ионы располагаются в строгой закономерности в виде узлов пространственных решеток.

Мы чаще всего ассоциируем кристаллы с редкими и красивыми драгоценными камнями. И это не зря, алмазы тоже являются кристаллами. Но не все твердые тела отличаются редкостью и красотой. Ведь частички соли и сахара - тоже кристаллики. Вокруг нас сотни веществ в виде них. Одним из этих тел считается замерзшая вода (лед или снежинки).

Образование различных форм кристаллов

В природе минералы образуются в результате породообразующих процессов. Растворы минералов в виде горячих и расплавленных пород лежат глубоко под землей. При выталкивании этих раскаленных пород на поверхность земли происходит их остывание. Охлаждаются вещества очень медленно. Из минералов образуются кристаллы в форме твердых тел. Например, в граните присутствуют минералы кварца, полевого шпата и слюды.

В каждом кристаллике находится миллион отдельных элементов (монокристаллов). Ячейку кристаллической решетки можно представить в виде квадрата с атомами по углам. Это могут быть атомы кислорода или других элементов. Известно, что кристаллы могут реагировать на различные энергии, запоминать отношение к ним людей. Вот почему их используют для исцеления и очищения. Кристаллы могут быть всевозможных форм. В зависимости от этого их делят на 6 больших видов.

Разные типы и виды природных твердых тел

Размеры кристаллов тоже могут быть разными. Все твердые тела делят на идеальные и реальные. К идеальным относятся тела с гладкими гранями, строгим дальним порядком, определенной симметрией кристаллической решетки и прочими параметрами. К реальным кристаллам зачисляют те, которые встречаются в реальной жизни. В них могут быть примеси, понижающие симметрию кристаллической решетки, гладкость граней, оптические свойства. Оба вида камней объединяет правило расположения атомов в вышеописанной решетке.

Еще по одному критерию деления их распределяют на природные и искусственные. Для роста природных кристаллов нужны естественные условия. Искусственные твердые тела выращиваются в лабораторных или домашних условиях.

По эстетико-экономическому критерию их делят на драгоценные и недрагоценные камни. Драгоценные минералы обладают редкостью и красотой. К ним относятся изумруд, алмаз, аметист, рубин, сапфир и другие.

Строение и формы скоплений твердых веществ

Одновершинные кристаллы относятся к шестигранным камням с пирамидальной вершиной. Основание таких генераторных минералов более широкое. Встречаются кристаллы с двумя вершинами - Инь и Ян. Их используют в медитации для равновесия материального и духовного начал.

Минералы, у которых 2 из 6 граней сбоку шире всех остальных, называются пластинчатыми. Они применяются для телепатического исцеления.

Образованные в результате ударов или трещин кристаллы, раскладывающиеся после этого на 7 оттенков, называются радужными. Они снимают депрессию и разочарование.

Минералы с различными включениями других элементов называются кристаллами-призраками. Сначала они перестают расти, потом на них оседают другие материалы, а затем опять возобновляется рост вокруг них. Таким образом, заметны контуры минерала, который прекратил рост, поэтому он кажется призрачным. Такие кристаллы используют для привлечения урожая на садовых участках.

Необычные друзы

Очень красивым зрелищем являются друзы. Это собрание множества кристаллов на одном основании. Они имеют положительную и отрицательную полярность. С их помощью очищается воздух и перезаряжается атмосфера. В природе встречаются друзы кварца, изумруда, топаза. Человеку они несут спокойствие и гармонию.

Друзами еще называют сросшиеся кристаллы. Чаще всего такому явлению подвержены гранаты, пириты, флюориты. Они часто выставляются в виде экспонатов музеев.

Мелкие сросшиеся кристаллики называют щеткой, большие минералы именуют цветком. Очень красивой разновидностью друз являются жеоды. Они растут на стенках. Друзы могут быть совсем маленькими и большими. Это очень ценные находки. Высоко ценятся друзы агата, селенита, аметиста, цитрина, мориона.

Как кристаллы хранят информацию и знания?

Ученые установили, что на гранях кристаллов находятся треугольнички, указывающие на наличие в них знаний. Эти сведения может получить только определенный человек. Если такой человек появится, то камни отдадут ему свое истинное нутро.

Кристаллы способны передавать вибрации, пробуждать высшие силы сознания, уравновешивать душевные силы. Поэтому их часто используют в медитациях. Предыдущие цивилизации хранили информацию именно в камнях. Например, горный хрусталь считали драгоценным камнем богов. Кристаллы почитали, как живых существ. Даже у "космоса" первоначальным значением было "драгоценный камень".

Драгоценные камни

Важно отметить, что драгоценные кристаллы в необработанной форме - не такие уж красивые. Их еще называют камнями или минералами. Драгоценными они называются, потому что очень красивы в огранке и используются в ювелирном деле. Многим знакомы драгоценные камни аметисты, бриллианты, сапфиры, рубины.

Самым твердым камнем считается алмаз. Хрупкий кристалл травянисто-зеленого цвета - изумруд. Разновидностью минерала корунда красного цвета является рубин. Месторождения этого кристалла существуют почти на всех континентах. Что считается неоспоримым его идеалом? Бирманские рубины. Месторождения рубинов в РФ находятся в Челябинской и Свердловской областях.

Какие еще есть дорогостоящие минералы? Прозрачными драгоценными кристаллами различной окраски - от бледно-голубой до темно-синей - являются сапфиры. Это хоть и редкий минерал, но ценится ниже рубина.

Дорогой разновидностью кварца является прекрасный драгоценный камень аметист. Когда-то он был вставлен первосвященником Аароном в число 12 камней его пекторали. Аметисты имеет красивый фиолетовый или лиловый отлив.

Российские алмазы

Итак, самый твердый кристалл - алмаз - добывают из кимберлитовых трубок, образовавшихся в результате извержений подземных вулканов. Кристаллическая решетка этого камня образуется под воздействием высокой температуры и высокого давления углерода.

Добыча алмазов в России началась в Якутии только в середине прошлого века. Сегодня РФ уже находится в лидерах по добыче этих драгоценных камней. Ежегодно на добычу алмазов в России выделяются миллиарды рублей. Стоит отметить, что на тонну кимберлитовых трубок приходится несколько карат алмазов.