Камень кристалл. Природные кристаллы - разновидности, свойства, добыча и применение

Кристаллы - твёрдые тела, имеющие естественную форму правильных многогранников. Название «кристалл» произошло от двух греческих слов – «холод» и «застывать», т.е. означало во времена Гомера «застывший лед» и относилось к кристаллам горного хрусталя, считавшимися окаменевшим льдом. Вначале этим термином называли только прозрачные ограненные природные тела, впоследствии он был распространен на непрозрачные и даже неограненные образования. Большинство природных и искусственных твердых материалов являются поликристаллическими, одиночные кристаллы называются монокристаллами. Естественная форма кристаллов является следствием упорядоченного расположения в кристалле атомов , образующих трёхмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решётку .
Таким образом, кристаллы это твердые тела, характеризующиеся геометрически правильным упорядоченным расположением слагающих их частиц (атомов, ионов, молекул). Все кристаллы обладают той или иной симметрией атомной структуры и соответствующей ей макроскопической симметрией внешней формы, а также анизотропией физических свойств, что обусловливает характерную для них многогранную форму.
Кристаллическое состояние - равновесное для твёрдых тел. Каждому химическому веществу, находящемуся при данных термодинамических условиях (температура, давление) в кристаллическом состоянии, соответствует определённая кристаллическая структура . Каждый кристалл обладает определенной кристаллической структурой при соответствующих физико-химических условиях, изменение которых может привести к перестройке как самой структуры, так и к иной внешней форме

Следует разделять идеальный и реальный кристалл. Идеальный кристалл - это, по сути, математический объект, обладающий в полной мере симметрией, определяемой симметрией его кристаллической структуры и как следствие - идеальной формой. Реальный кристалл всегда имеет пониженную симметрию вследствие различных внутренних дефектов и воздействия окружающей среды. Реальные кристаллы изучает геохимия твердого тела. Так, согласно универсальному принципу симметрии П.Кюри, при росте реального кристалла сохраняются только те элементы его внутренней симметрии, которые совпадают с симметрией среды кристаллизации.
Pеальным граням кристалла могут соответствовать лишь те плоскости кристаллической решётки , которые имеют наибольшую ретикулярную плотность, т.е. на которых на единицу площади приходится наибольшее число составляющих её частиц (атомов, ионов). Таких плоских сеток сравнительно немного, поэтому кристаллы имеют ограничения в отношении числа возможных граней.
Если кристалл вырос в неравновесных условиях и не имеет в силу этого правильной огранки, или утратил её в результате тех или иных внешних причин (природные и иные повреждения, ювелирная обработка и т. п.), он тем не менее сохраняет основной признак кристаллического состояния - внутреннюю решётчатую атомную структуру и все определяемые ею физические и внешние свойства. Этим объясняется способность осколков кристалла(или его фрагментов любой неправильной внешней формы) при попадании в благоприятную для кристаллизации данного вещества среду покрываться новыми гранями и дорастать до более или менее правильного многогранника с соответствующей симметрией (см. Регенерация).

Кристаллы изучают различные геохимические науки:

Минералогия - изучает кристаллы минералов как главную форму их нахождения в природе, определяющую свойства минералов и несущую (хранящую) в себе генетическую информацию
Кристаллография занимается определением и классификацией внешней симметрии и внутренней структуры кристаллов
- Кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ, особенности их внутреннего строения.
- Рентгено-структурный анализ - позволяет исследовать особенности состава и структуры реальных кристаллов и использовать рентгенографические методы для диагностики минералов
Кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов, кристаллических срастаний и горных пород
Геммология изучает физические и химические свойства природных

МОУ «Гимназия №21»

Кристаллы
в природе, науке и технике

Белоусов Александр

3 «Б» класс

г. Электросталь

Что такое кристалл? 5

Из истории кристалла 7

Кристаллы в природе 10

Кристаллы в науке и технике 12

Выращиваем кристалл в домашних условиях 18

Заключение 21

Список информационных источников 22

Введение

Тема моего проекта – кристаллы и их место в природе и науке.

Целью моего проекта является узнать, что такое кристаллы, откуда они возникают, их значимость для человека.

Для достижения цели проекта мне придется решить следующие задачи:

Найти литературу о кристаллах и их фотографии;
Изучить природу кристаллов;
Узнать, какое значение имеют кристаллы в жизни человека;
Попытаться вырастить кристалл в домашних условиях, если это возможно.

Я предполагаю, что кристаллы занимают значительное место в жизни человека: они широко применяются в науке и технике, а также в ювелирной промышленности.

Что такое кристалл?

Кристалл - это обычно твердое вещество, но бывают и жидкие кристаллы. Каждое вещество состоит из маленьких частиц (молекул или атомов). Можно назвать их кирпичиками. Обычно в веществе кирпичики разные и по-разному соединяются друг с другом, т. е. получаются странные узоры. А в кристалле кирпичики одинаковые, они одинаково соединяются друг с другом, повторяются в точно такой же последовательности по всему веществу, т. е. получаются узоры правильной формы. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы:

Сера самородная	Вульфенит	Тетраэдрит

Аквамарин	Медный купорос	Поваренная соль

Скаполит	Кристаллы меди	Кварц

Из истории кристалла

Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце семнадцатого века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма кристалла может быть связана с его внутренним строением, что кристаллы образуются посредством регулярного повторения в пространстве одного и того же структурного элемента.

В восемнадцатом веке французский аббат Р. Гаюи выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Р. Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки. С восемнадцатого века кристаллом называют все природные правильные формы минералов и других твердых веществ.

Минералы в породе представлены и мелкими зернами, и крупными кристаллами. Минералы образуют красивые кристаллы, если растут медленно.

При росте кристалла в идеальных условиях его форма в течение роста остается неизменной, как если бы к растущему кристаллу непрерывно присоединялись бы элементарные кирпичики. Сейчас известно, что такими элементарными кирпичиками являются атомы или группы атомов. Кристаллы состоят из атомных рядов, периодически повторяющихся в пространстве и образующих кристаллическую решетку.

Виды кристаллов

Идеальный

Абсолютно симметричный с идеализированно ровными гладкими гранями

Реальный

Имеющий различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях, пониженную симметрию вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл сохраняет главное свойство - закономерное положение атомов в кристаллической решётке

Ещё кристаллы бывают жидкими. Жидкие кристаллы - это вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах они замерзают, превращаясь в твёрдые тела.

Считается, что состояние жидкого кристалла открыл в 1888 австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов, которые он изучал, было два разных жидких состояния - мутное и прозрачное. Он отметил также, что при нагревании изменяется цвет жидкого кристалла – от красного к синему, с повторением в обратном порядке при охлаждении. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Научное доказательство существования жидких кристаллов было предоставлено в 1904 году Отто Леманном после многолетних исследований.

Фотографии жидких кристаллов

Кристаллы по происхождению

Естественные

Выросшие в природе без участия человека

Искусственные

Выращенные человеком в специальных условиях

Кристаллы в природе

По размерам природные кристаллы могут быть самыми разными: от микроскопических до весьма крупных вплоть до нескольких метров длиной и в поперечном сечении. Внешний облик кристаллов зависит от того, насколько спокойно происходил их рост. Большинство кристаллов в природе растут медленно - тысячи и миллионы лет. Некоторые кристаллы растут очень быстро, например кристаллы растворимых солей (сера, таблички гематита) в кратерах действующих вулканов.

Кристаллы образуются, когда какое-либо вещество или их комплекс переходит из жидкого или газообразного состояния в твердое. Рост кристалла начинается с образования зародышей и скелетных форм. При длительном равномерном и беспрепятственном поступлении вещества со всех сторон возникают нормальные кристаллические формы, но в большинстве случаев кристаллы стеснены в своем росте соседними телами (соседними кристаллами). Это приводит к образованию несовершенных кристаллов с искаженными гранями, так как поступление растворов, питающих кристалл, происходит с разных сторон неравномерно.

Гигантские кристаллы пещеры Naica в Мексике

Кристаллы в науке и технике

Применения кристаллов в науке и технике так многочисленны и разнообразны, что их трудно перечислить. Перечень видов применения кристаллов уже достаточно длинен и непрерывно растет. Поэтому ограничимся несколькими примерами.

Твердые и жидкие кристаллы используют в технике: при производстве телевизоров, компьютеров, микроволновых печей и других электронных приборов благодаря их электрическим и оптическим свойствам.

Алмаз, рубин, сапфир, гранат и кварц - это не только красивые драгоценные и полудрагоценные камни, которые используются для ювелирных украшений. Алмаз применяют при производстве инструментов для распиливания сверхпрочных материалов. Лазер делается с использованием рубина и граната. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Физические науки, изучающие кристаллы:

Кристаллофизика - изучает совокупность физических свойств кристаллов;

Кристаллография - изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными;

Структурная кристаллография - занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток;

Кристаллооптика - изучает оптические свойства кристаллов;

Кристаллохимия - изучает кристаллические структуры и их связи с природой вещества.

Электрические и оптические свойства кристаллов

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках двадцатого века. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный.

Кристаллы используются также в некоторых лазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения.

Регулярное расположение молекул в жидких кристаллах обусловливает их особые оптические свойства. Их свойствами можно управлять, подвергая действию магнитного или электрического поля. Это используется в жидкокристаллических индикаторах часов, калькуляторов, компьютеров и последних моделей телевизоров.
Алмаз

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Рубин, сапфир, гранат и наждак

Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир - это родные братья, это вообще один и тот же минерал - корунд, окись алюминия А12О3. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись титана - в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё совсем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд - наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями - это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия. Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов. Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

Кварц

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон - все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца - это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония (КДР и АДР) и многие другие. Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигателей при взрыве в них горячих газов.

Электрооптическая промышленность - это промышленность кристаллов, не имеющих центра симметрии. Эта промышленность очень велика и разнообразна, на её заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике, в лазерной технике.

Выращиваем кристалл в домашних условиях

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Я решил вырастить кристалл сульфата меди – медного купороса. Выращивание кристалла из медного купороса в домашних условиях позволяет получить кристалл красивого синего цвета.

Медный купорос имеет широкое применение в сельском хозяйстве, используется в качестве удобрения и продается в магазинах товаров для дачи. Чтобы вырастить кристалл из медного купороса мне потребуется:

Медный купорос;
Вода (дистиллированная или обычная кипяченая);
Стеклянная банка;
Столовая ложка;
Нитка;
Деревянная палочка.

Порядок действий при выращивании кристалла медного купороса

На начальном этапе готовим перенасыщенный раствор. Наливаем в банку примерно 300 мл горячей воды. Начинаем добавлять медный купорос. Насыпаем столовую ложку медного купороса и размешиваем. Купорос очень быстро растворится. Добавляем еще ложку, снова размешиваем. Делаем так до тех пор, пока купорос не начнет оседать на дне. Раствор получился перенасыщенным.
Готовим «затравку». Затравкой может быть крупный кристалл медного купороса, бусина, пуговица или просто обычная нитка. Я буду использовать обычную нитку.
Помещаем нитку внутрь банки с полученным раствором. При этом нитка не должна касаться стенок сосуда или его дна. Поэтому привязываем нитку к палочке по середине и кладем ее поперек горлышка банки.
Оставляем конструкцию в покое в прохладном месте и ждем, пока начнут образовываться кристаллы. Как только нитка обрастет кристаллами медного купороса, заменим перенасыщенный раствор новым.
Многократно меняя перенасыщенный раствор и размер банки можно вырастить кристалл довольно-таки большого размера.
Получаем кристалл медного купороса

Заключение

Кристаллы имеют чёткую, повторяющуюся структуру, бывают твердыми и жидкими. Они встречаются в природе и могут быть выращены человеком. Красивые кристаллы образуются тогда, когда кристаллизация атомов и молекул вещества в узоры правильной формы происходит очень медленно. Кристалл растёт потому, что вода из насыщенного раствора постепенно испаряется, а кристаллическое вещество переходит из жидкого состояния в твёрдое, так как «кирпичики» (атомы и молекулы) притягиваются друг к другу и самостоятельно занимают место в повторяющейся структуре.

Кристаллы очень полезны для человека. В некоторых случаях без них не обойтись. Например, если нужно разрезать камень, не обойтись без алмаза, а если нужно сделать часы, то не обойтись без рубина. Микропроцессоры в компьютерах сделаны из кремния, а без жидкокристаллических дисплеев мы не можем уже себе представить никакой электронный прибор. Действительно, найти нужный кристалл в природе очень сложно, гораздо проще и дешевле вырастить его искусственно. Это делается в специальном промышленном производстве. Но можно вырастить кристалл и в домашних условиях.

Жидкие кристаллы // Википедия - Электронный ресурс:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C6%E8%E4%EA%E8%E5_%EA%F0%E8%F1%F2%E0%EB%EB%FB

Жидкие кристаллы, история открытия жидких кристаллов, структура, типы и их применение - Электронный ресурс:

http://articles.excelion.ru/science/fizika/52788977.html

Применение кристаллов // Кристаллы - Электронный ресурс:

http://kristal.21428s12.edusite.ru/p8aa1.html

Выращивание кристаллов в домашних условиях. Как вырастить кристалл // Занимательная химия - Электронный ресурс:

Жидкие вещества, состоящие из регулярно расположенных атомов, молекул, ионов или их групп. Размер последних может составлять 10-10000 нм и более. В твёрдых веществах эти частицы уложены в одинаковые параллелепипеды, так называемые элементарные ячейки. Ячейку можно представить как вложение друг в друга нескольких Браве решёток, в каждой из которых узлы заняты атомами одного сорта. Число вложений определяется количеством в кристалле сортов атомов в неэквивалентных положениях. Периодическое повторение в пространстве элементарной ячейки составляет кристаллическую структуру, а всех вложенных решёток Браве - кристаллическую решётку. Жидкие кристаллы сложены из параллельно ориентированных органических молекул, удлинённых в отношении, большем чем около 1:2,5. В так называемых смектических жидких кристаллах эти слои примерно параллельны друг другу.

Симметрия кристаллов. Необходимость сплошного регулярного заполнения пространства допускает возможность в кристаллах осей симметрии только 2, 3, 4 и 6-го порядков, т. е. совмещения кристалла (всех его частей) с самим собой при поворотах вокруг оси на 180°, 120°, 90° и 60°. Кристалл может обладать другими операциями симметрии - плоскостями симметрии и центром симметрии (смотри Симметрия кристаллов). Совокупность всех операций симметрии, оставляющих одну точку неподвижной, образует точечную группу симметрии кристалла. Группа атомов, периодическим повторением которой построена любая структура кристаллов, принадлежит к одному из 32 классов точечной симметрии, а вся структура - к одной из 230 групп пространственной симметрии. 32 класса точечной симметрии распределены по 7 системам (сингониям). В порядке понижения симметрии это: кубическая, гексагональная, тригональная, тетрагональная, ромбическая, моноклинная и триклинная сингонии. В этом порядке увеличивается количество произвольных углов и неравных длин сторон элементарной ячейки. Симметрия кристалла налагает ограничения на возможные его свойства. Так, кристаллы с центром симметрии не могут спонтанно иметь противоположно заряженные грани, т. е. быть пироэлектриками или сегнетоэлектриками.

Структура и симметрия кристалла следуют из характера взаимодействия между его частицами. В кристалле это электромагнитное взаимодействие, которое определяется, прежде всего, электронами. Тип химической связи между атомами в кристаллах определяет многие их свойства (смотри Ионные кристаллы, Ковалентные кристаллы, Металлические кристаллы, Молекулярные кристаллы).

Кристаллы данного химического состава и структуры существуют лишь в определённых интервалах температуры и давления. Например, лёд при атмосферном давлении устойчив лишь ниже 0 °С, железо - ниже 1538 °С. Вне этих интервалов кристаллы либо плавятся, либо испаряются, либо, оставаясь твёрдыми, меняют расположение частиц, т. е. структуру, переходя в другую, так называемую полиморфную, модификацию (смотри Фазовый переход). Сростки кристаллов различной ориентации и порошки называют поликристаллами.

Структуру кристалла обычно определяют методом рентгеновского структурного анализа. Кристалл можно представить как совокупность взаимно параллельных и всевозможно ориентированных семейств плоскостей, вдоль которых расположены атомы кристалла. Поверхностная плотность атомов в каждом семействе различна. Рентгеновский луч отражается наиболее интенсивно от плоскостей кристалла с наибольшей плотностью атомов. Регистрируя интенсивности отражений под разными углами, расшифровывают не только структуру кристалла, но и структуру составляющих его молекул. Чем больше размеры элементарной ячейки и чем совершеннее кристалл, тем больше измеримых отражений можно получить и тем точнее определить координаты атомов. Структуры сотен тысяч неорганических соединений собраны в международных банках данных. Выращивание более 20 тысяч кристаллов из молекул белков и вирусов позволило определить строение этих биологических молекул и частиц, содержащих иногда десятки тысяч атомов (смотри Биологический кристалл). Современные электронная, атомно-силовая и туннельная микроскопии позволяют увидеть атомную структуру кристалла (рис. 1).

Кристаллы в природе . Большинство веществ на Земле и других планетах находится в твёрдом кристаллическом состоянии. Кристаллы в природе называют минералами. Они составляют минеральное сырьё, например соли и оксиды металлов (руды), кварц (SiO 2), кальцит (СаСО 3 , в мелкокристаллической форме - мрамор), гранитный кристалл, входящие в состав живых организмов, - биоминералы, они преимущественно являются малорастворимыми солями металлов (Са, Mg, Mn и др.) угольной или фосфорных кислот, чередующимися с отложением белков. Кости и зубы на 70% состоят из кристалла гидроксиапатита, в элементарную ячейку которого входят две молекулы Са 5 (РО 4) 3 ОН. Размер кристалла биоминералов - от нескольких нм до нескольких мкм. Камни в почках и поджелудочной железе могут достигать нескольких мм и см. Кристаллы полимеров состоят из параллельных слоёв, в которые уложены длинные цепи полимерных молекул.

Коллоидные частицы размером 10 2 - 10 3 нм, одинаково заряженные адсорбированными на них ионами жидкости, упорядочиваются в этой жидкости в коллоидные кристаллы, так как плотная упаковка в кристаллах позволяет разместить в единице объёма больше частиц, чем при хаотичном размещении.

Природные опалы - это плотноупакованные шарики аморфного SiO 2 с диаметром, близким к длине волны видимого света (около 0,5 мкм), «склеенные» наполнителем межчастичного пространства (смотри Фотонный кристалл).

Форма кристаллов. Форма необработанного кристалла - это форма его роста (смотри Кристаллизация); она отражает атомную структуру кристалла. Плоскости кристалла, в которых плотность атомов наибольшая, растут наиболее медленно, путём последовательной генерации и распространения новых слоёв толщиной в одну или несколько элементарных ячеек. Поэтому именно ими обычно и ограничиваются кристаллические многогранники, вырастающие из паров, растворов или химически сложных расплавов. У веществ с низкой энтропией плавления, например у металлов, тепловое движение разупорядочивает поверхности любой ориентации. Тогда кристалл растёт с почти одинаковой скоростью во всех направлениях и имеет почти сферическую форму. Эта форма неустойчива и превращается в так называемую дендритную (рис. 2). Металлургический слиток - это конгломерат сросшихся переплетённых дендритов. Снежинки представляют собой выросшие из паров дендриты льда. Несмотря на причудливую форму, дендрит имеет единую кристаллическую решётку, т. е. является монокристаллом.

Совокупность кристаллографически одинаковых граней, т. е. граней, совмещающихся друг с другом при операциях симметрии данного класса точечной симметрии, образует так называемую простую форму кристалла. Всего существует 47 простых форм, но в каждом классе могут реализоваться лишь некоторые из них. Кристалл может быть огранён гранями одной простой формы (рис. 3, а), но чаще гранями, возникающими в результате комбинации этих форм (рис. 3, б, в). Кристалл, принадлежащий к классу, содержащему только поворотные оси симметрии (не содержащему плоскостей, центра симметрии или инверсионных осей), например кварц, может кристаллизоваться в зеркально различных формах - правой и левой (так называемый энантиоморфизм).

Свойства кристаллов зависят от направления в кристалле, т. е. кристалл анизотропен. Например, одна и та же разность потенциалов, приложенная в разных направлениях в монокристалле, вызывает различный электрический ток. Зависимость направления и силы тока от приложенного электрического поля описывается тензором проводимости 2-го ранга, а не одним числом, как в случае проводимости аморфного твёрдого тела или жидкости. Количество независимых и ненулевых компонентов тензора определяется точечной симметрией кристалла. Аналогично, внешнее электрическое поле, по-разному ориентированное относительно кристаллической решётки диэлектрика, вызывает различное смещение ионов (поляризацию), не параллельное приложенному полю. Поэтому скорость света в некубическом кристалле, например КН 2 РО 4 (KDP), зависит от направления в кристалле, а луч света раздваивается. Оба луча могут идти параллельно в избранных направлениях (синхронизм), и тогда электрические поля их световых волн складываются. Тензор диэлектрической проницаемости 2-го ранга кристалла зависит от поля через тензор 3-го ранга электрооптического коэффициента. В результате возникает вторая гармоника, т. е. частота света, прошедшего через KDP, удваивается. Это находит применение в оптике, в частности в создаваемых лазерных установках для получения энергии за счёт слияния ядер дейтерия и трития. Электрооптический эффект используется также для отклонения луча света, проходящего через кристалл, приложением разности потенциалов к кристаллу. Тензор 3-го ранга пьезоэлектрического коэффициента определяет разность потенциалов между гранями кристалла, то есть вектор электрической поляризации кристалла, вызванной механической нагрузкой на кристалл (тензором напряжений в кристалле). Эффект используется для измерения малых напряжений и смещений. Обратный эффект - деформация кристалла под действием приложенного поля (смотри Электрострикция), управляет движением иглы - щупа поверхности в сканирующем туннельном и атомно-силовом микроскопах.

Дефекты кристалла - это нарушение строгой периодичности его структуры. К точечным дефектам относятся пустые узлы (вакансии), чужеродные частицы в узлах решётки или междоузлиях (примеси); линейные дефекты - дислокации, представляющие собой края незавершённых плоскостей решётки внутри кристалла (рис. 1); двумерные дефекты - границы повёрнутых относительно друг друга областей кристалла, дефекты упаковки, границы двойников. В кристалле нередки макроскопические включения, а также внутренние механические напряжения, вызываемые точечными, линейными и двумерными дефектами. Почти все дефекты существенно изменяют полупроводниковые свойства кристалла, уменьшают электропроводность металлов; примеси и вакансии меняют окраску диэлектриков, влияют на лёгкость переполяризации сегнетоэлектриков и перемагничивания ферромагнетиков и т. п. Дислокации, границы зёрен и дефекты упаковки полностью определяют пластичность и прочность кристаллов, но мало влияют на их упругость.

Выращивание кристаллов . Выращивают монокристаллы чаще всего из расплавов, реже из растворов и паров (смотри Кристаллизация). Преимущество расплавов - в близости плотностей кристалла и расплава, что позволяет достичь максимальный скорости роста (порядка нескольких мм/мин). Напротив, тонкие монокристаллические плёнки для электроники получают главным образом в процессах газофазовых, преимущественно поверхностных, химических реакций, а также конденсацией молекулярных пучков в вакууме со скоростью порядка нескольких нм/мин на пластинах, вырезанных из монокристаллов. При этом используют явление эпитаксии - ориентированного нарастания одного кристалла на другом. К началу 21 века в промышленности полупроводниковых кристаллов выращивается около 6 тысяч тонн кристаллов кремния в год. Монокристаллы бездислокационного Si с плотностью точечных дефектов порядка 10 -10 от плотности атомов, с диаметром до 30 см и длиной до 2 м вытягивают из расплава. Близкие методы используются при выращивании лазерных кристаллов меньшего размера. Скорость роста кристаллов из раствора гораздо ниже (порядка нескольких мм/сутки), однако усилия, в том числе совместные, учёных России и США позволяют промышленно выращивать кристаллы KDP размером около 0,5 м (рис. 4) со скоростью около 1,5 см/сутки при сохранении высокого совершенства. Главными взаимосвязанными проблемами выращивания остаются совершенство и чистота кристаллов.

Поликристаллические слитки металлов - главная продукция металлургии. Управление размером, формой и эволюцией этих кристаллов, исследование роли добавок, их подбор и многие другие вопросы - предмет металловедения. Поликристаллы в виде порошков также широко производятся промышленностью. Нанокристаллы размером 1-100 нм (рис. 5) получают при химических реакциях в растворах или газах. Чтобы избежать укрупнения нанокристаллов, вызываемого уменьшением их общей поверхностной энергии, они покрываются тонкими оболочками. Перспективно также выращивание длинных (порядка нескольких мм) нанотрубок - свёрнутых слоёв графита, а также нитевидных кристаллов.

Применение кристаллов . Кристаллы - основа множества современных устройств. Они главные функциональные элементы твердотельной электроники: компьютеров, генераторов и приёмников излучения (в том числе лазерного), устройств магнитной записи, бытовой электроники и т. п. кристаллы широко используются в оптике, а также в качестве конструкционных материалов (например, сапфир) во множестве различных датчиков и других точных приборов. Кристаллические порошки (соль, сахар, лекарства, минеральные удобрения, взрывчатые вещества и др.) широко применяются в пищевой, фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве, металлургии и других областях.

Лит.: Современная кристаллография. М., 1979-1981. Т. 1-4; Чупрунов Е. В., Хохлов А. Ф., Фаддеев М. А. Кристаллография. М., 2000; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. 5-е изд. М., 2001.

Выйди на улицу в тихий зимний день, когда медленно падает снег; подставь рукав и присмотрись к снежинкам. Это звёздочки, составленные из тонких ледяных иголочек. Лишь изредка попадаются сплошные шестиугольные пластинки.

У звёздочек всегда шесть лучей. И тем не менее они разные: ледяные иголки всякий раз сложены в новый причудливый узор. Один учёный фотографировал снежинки. Он сделал 2500 разных снимков. Но в этой огромной коллекции ещё далеко не все формы.

Вода может замерзать и по-другому. Толстый лёд на реке составлен из шестиугольных столбиков, похожих на карандаши. Они бывают видны весной во время таяния льда.

И снежинки, и пластинки, и «карандашики»- это кристаллы замёрзшей воды.

Слово «кристаллос» по-гречески означает «лёд». Но этим словом обозначают не только кристаллы воды. Почти все камни, почти все состоят из кристаллов. Руды металлов и сами металлы, выплавляемые из этих руд, соль, сахар и многое другое вокруг нас - это всё кристаллические вещества. Самые красивые среди кристаллов - драгоценные камни.

Кристаллы обладают особыми свойствами, которые зависят не только от того, какие их составляют, но и от того, как они расположены. Проникнуть во внутренний мир кристаллов помогли рентгеновские лучи - те самые, которыми тебя просвечивали в поликлинике. Оказалось, каждый атом в кристалле связан с определённым числом соседних атомов, и располагаются они опять-таки в определённом порядке. Для каждого кристалла это число и порядок всегда постоянны.

Сделай такой опыт. В банке с горячей водой раствори столько соли, чтобы она уже перестала растворяться. На тонкую шелковинку привяжи кристаллик соли покрупнее и, когда раствор остынет, опусти этот кристаллик в банку. Через несколько дней ты увидишь, что кристаллик увеличился. Может быть, на шелковинке появится даже красивая гирлянда кристалликов. И все они будут всегда одинаковой формы, сколько раз ты ни делал бы этот опыт.

У каждого вещества своя форма кристаллов. И никакой другой формы они принять не могут. Правда, некоторые вещества имеют не одну, а две, три или даже больше кристаллических форм (как, например, у воды), но, конечно, тоже строго определённых.

Таков и . В зависимости от того, как расположены его атомы, он становится либо алмазом - красивым, прозрачным, самым твёрдым на свете камнем, либо серовато-чёрным мягким графитом.

Кристаллы обладают ещё и другими свойствами. Тепло неодинаково передаётся вдоль кристалла и поперёк. При нагревании он расширяется в разных направлениях по-разному.

Вот какую важную роль играет порядок расположения атомов, именно он определяет свойства кристаллических твёрдых тел.

В янтаре или в стекле частицы расположены без всякого порядка. Это некристаллические тела, и свойства у них другие. Они не имеют, например, определённой точки плавления, как кристаллы. Лёд тает при 0°. А стекло, если его нагревать, размягчается постепенно - от 500 до 1000°.

Учёные настойчиво исследуют кристаллы. Теперь уже, кроме микроскопа и рентгеновских лучей, есть много других способов их изучения. Всё полнее раскрываются законы роста кристаллов, различные их свойства. Это делает человека умнее и сильнее: ведь почти всё, что создаёт и чем пользуется человек, состоит из кристаллов.

<--

-->

Введение

Кристалл. Что можно себе представить, услышав это слово? В народе говорят, что кристалл растёт. Почему же он может расти? Ведь это не растение. Чтобы это узнать я провела исследование.

Мне стало интересно, чем кристалл служит человеку, как его добывают, можно ли выращивать кристалл и как это сделать. Кристаллы люди используют в строительстве, при производстве ювелирных изделий, часов, электронных приборов, компьютерной техники.
Но, где взять столько кристаллов? Думаю, что в природе найти нужный кристалл сложно, поэтому его можно вырастить искусственно. Я решила попробовать вырастить кристалл у себя дома.

Для исследования я составила такой план работы. 1. Что такое кристалл? 2. История кристалла. 3. Выращивание кристалла в домашних условиях. 4. Чем кристалл служит человеку? 5. Мой эксперимент.

Что такое кристалл?

Кристалл — это обычно твердое вещество, но бывают и жидкие кристаллы. Каждое вещество состоит из маленьких частиц (молекул или атомов). Можно назвать их кирпичиками. Обычно в веществе кирпичики разные и по-разному соединяются друг с другом, т. е. получаются странные узоры. А в кристалле кирпичики одинаковые, они одинаково соединяются друг с другом, повторяются в точно такой же последовательности по всему веществу, т. е. получаются узоры правильной формы. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы. Фотографии кристаллов, которые мне очень понравились, я поместила в приложение А.

История кристалла

Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны ещё несколько тысячелетий назад. Сначала слово «кристалл» означало в переводе с греческого только «лёд». Потом так стали называть прозрачные кристаллы кварца, который ещё называется горный хрусталь. Люди думали, что горный хрусталь — это лёд, который не тает в тепле. Удивительной особенностью горного хрусталя являются его гладкие плоские грани. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением. А потом учёные доказали, что строение кристалла имеет повторяющийся рисунок. Более подробную информацию об истории кристаллов я поместила в приложение Б.

Выращивание кристалла в домашних условиях

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Когда выращивают кристалл, разбирают все строительные блоки (молекулы) на отдельные элементы в воде и дают им возможность естественно занять соответствующую позицию в повторяющейся структуре, когда вода испарится.

Кристаллы можно выращивать разными способами. Я попробовала вырастить кристалл из химического вещества. Я взяла набор для творчества «Лиловый кристалл на разноцветных камнях» и по указаниям инструкции, предусмотренной в наборе, вырастила кристалл. Я описала свои действия и наблюдения в разделе «Мой эксперимент». Несмотря на разнообразие способов выращивания, можно увидеть у всех них общие черты. Этапы процесса выращивания и другие известные способы выращивания я поместила в приложение В.

Чем кристалл служит человеку?

Алмаз, рубин, сапфир, гранат и кварц — это не только красивые драгоценные и полудрагоценные камни, которые используются для ювелирных украшений. Алмаз применяют при производстве инструментов для распиливания сверхпрочных материалов. Лазер делается с использованием рубина и граната. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. Из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

Другие примеры полезного применения кристаллов я поместила в приложение Г.

Мой эксперимент

Я провела эксперимент по выращиванию кристалла в домашних условиях. Для эксперимента я взяла набор для творчества «Лиловый кристалл на разноцветных камнях», который мне подарила бабушка.

Сначала я взяла контейнер для кристаллов и высыпала туда камешки. Потом я приготовила насыщенный раствор. Насыщенный раствор — это такой раствор, в котором растворяемого химического вещества находится так много, что оно больше не растворяется. Я налила горячей кипяченой воды в ёмкость для размешивания, насыпала туда крупинки химического вещества, затем перемешала раствор и аккуратно вылила его в контейнер для кристалла. Потом я наполнила емкость для размешивания горячей кипяченой водой ещё раз, на этот раз наполовину. Я перемешивала раствор около пяти минут, добавляя в него химическое вещество. После пяти минут перемешивания я аккуратно слила раствор в контейнер для кристаллов.

Далее я посеяла «семена» кристалла. «Семена» кристалла — это такие же крупинки химического вещества, из которых я готовила раствор. Несколько крупинок я высыпала в раствор. Они осели на камешках внутри контейнера для кристалла.

Я поставила контейнер на полку в книжный шкаф, чтобы он не подвергался перепадам температур, чтобы его не тревожила громкая музыка, чтобы рядом не было оживлённого перемещения людей и животных. Фотографии, сделанные в первый день эксперимента, я поместила в приложение Д. Я наблюдала за ростом кристалла каждый день и фотографировала кристалл. Он рос медленно и едва заметно. Кусочки кристалла выросли именно там, куда упали «семена». Фотографии, полученные в ходе эксперимента я поместила в приложение Е.

Когда я заметила, что кусочек кристалла вылез из воды, я поняла, что кристалл вырос. Это произошло через четырнадцать дней. Тогда я вылила раствор и промыла кристалл холодной водой из под крана.. Он получился прозрачно-лилового цвета, похожий на травку из хрусталя.

Заключение

Кристаллы очень полезны для человека. В некоторых случаях без них не обойтись. Например, если нужно разрезать камень, не обойтись без алмаза, а если нужно сделать часы, то не обойтись без рубина. Микропроцессоры в компьютерах сделаны из кремния, а без жидко-кристаллических дисплеев мы не можем уже себе представить никакой электронный прибор. Действительно, найти нужный кристалл в природе очень сложно. Гораздо проще и дешевле его вырастить искусственно. Это делается в промышленном производстве. Но можно вырастить кристалл и в домашних условиях.

У меня получилось вырастить кристалл за четырнадцать дней с помощью набора для творчества. Мой эксперимент показал, что кристалл можно выращивать в домашних условиях. Мне понравилось выращивать кристалл — это очень увлекательное занятие. Я узнала много способов выращивания кристаллов. В будущем я бы хотела вырастить красивые кристаллы разных цветов другими способами.

Список использованных источников

Приложение А.
Разнообразие кристаллов

Сера самородная	Вульфенит	Тетраэдрит


Аквамарин	Медный купорос	Поваренная соль


Данбурит	Кристаллик сахара	Турмалин


Скаполит	Кристаллы меди	Кварц

Приложение Б.
Подробнее об истории кристаллов

Кристаллами называют все природные правильные формы минералов и других твердых веществ. Минералы делят на две группы: самородки, встречающиеся в природе чистом виде, например золото, углерод (в виде графита и алмаза) и соединения — комбинацию двух и более элементов, например пирит — соединение серы с железом. Минералы в породе представлены и мелкими зернами, и крупными кристаллами. Минералы образуют красивые кристаллы, если растут медленно.

Кристалл — это твердое вещество, молекулы (или атомы, ионы) которого организованы в четкой повторяющейся схеме. В некоторых твердых веществах организация строительных блоков (т.е. атомов и молекул) может быть случайной или очень отличающейся по всему веществу. В кристаллах же, набор атомов, называемых «элементарная ячейка», повторяется точно в такой же последовательности целиком по всему материалу. Благодаря такой повторяющейся структуре кристаллы сами могут принимать странные и интересные формы.

Ещё кристаллы бывают жидкими. Жидкие кристаллы — это вещества, которые ведут себя одновременно как жидкости и как твёрдые тела. Молекулы в жидких кристаллах, с одной стороны, довольно подвижны, с другой расположены регулярно, образуя подобие кристаллической структуры (одномерной или двумерной). Часто уже при небольшом нагревании правильное расположение молекул нарушается, и жидкий кристалл становится обычной жидкостью. Напротив, при достаточно низких температурах они замерзают, превращаясь в твёрдые тела.

Сначала «кристалл» означало в переводе с греческого только «лёд». Потом философ Теофраст, в третьем веке до нашей, эры назвал так прозрачные кристаллы кварца (горного хрусталя), обнаруженные в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится.

Кристаллы многих минералов и драгоценных камней были известны и описаны ещё несколько тысячелетий назад. Кристаллы кварца из императорской короны, сохранившиеся с 768 года нашей эры, находятся в Сёсоине, сокровищнице японских императоров в Нара. Одна из наиболее ранних зарисовок кристаллов содержится в китайской фармакопее одиннадцатого века нашей эры. В конце эпохи средневековья, в пятнадцатом веке, слово «кристалл» стало употребляться в более общем смысле.

Удивительной особенностью горного хрусталя и многих других прозрачных минералов являются их гладкие плоские грани. В конце семнадцатого века было подмечено, что имеется определенная симметрия в их расположении. Было установлено также, что некоторые непрозрачные минералы также имеют естественную правильную огранку и что форма огранки характерна для того или иного минерала. Возникла догадка, что форма может быть связана с внутренним строением, что кристаллы образуются посредством регулярного повторения в пространстве одного и того же структурного элемента. В конце концов кристаллами стали называть все твердые вещества, имеющие природную плоскую огранку.

В восемнадцатом веке французский аббат Р. Гаюи выдвинул предположение, что кристаллы возникают в результате правильной укладки крохотных одинаковых частиц, которые он назвал «молекулярными блоками». Гаюи показал, каким образом можно получить гладкие плоские грани кальцита, укладывая такие «кирпичики». Различия в форме разных веществ он объяснил разницей как в форме «кирпичиков», так и в способе их укладки. С восемнадцатого века кристаллом называют все природные правильные формы минералов и других твердых веществ.

При росте кристалла в идеальных условиях форма его в течение роста остается неизменной, как если бы к растущему кристаллу непрерывно присоединялись бы элементарные кирпичики. Сейчас известно, что такими элементарными кирпичиками являются атомы или группы атомов. Кристаллы состоят из атомных рядов, периодически повторяющихся в пространстве и образующих кристаллическую решетку.

Считается, что состояние жидкого кристалла открыл в 1888 австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов, которые он изучал, было два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Он отметил также, что при нагревании изменяется цвет жидкого кристалла - от красного к синему, с повторением в обратном порядке при охлаждении. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Научное доказательство существования жидких кристаллов было предоставлено Отто Леманном после многолетних исследований, в 1904 году.

Приложение В.
Несколько способов выращивания кристаллов
в домашних условиях

Основные этапы выращивания кристаллов

Процесс выращивания кристаллов в домашних условиях можно разделить на основные этапы.

Этап 1. Растворить соль, из которой будет расти кристалл, в подогретой воде (подогреть нужно для того, чтобы соль растворилось немного больше, чем может раствориться при комнатной температуре). Растворять соль нужно до тех пор, пока не появится уверенность, что соль уже больше не растворяется (раствор насыщен!). Рекомендуется использовать дистиллированную воду, т. е. не содержащую примесей других солей.

Этап 2. Насыщенный раствор нужно перелить в другую ёмкость, где можно производить выращивание кристаллов (с учётом того, что он будет увеличиваться). На этом этапе нужно следить, чтобы раствор не особо остывал.

Этап 3. Привязать на нитку кристаллик соли, нитку можно привязать, например, к карандашу и положить его на края стакана (ёмкости), где налит насыщенный раствор (этап 2). Кристаллик опустить в насыщенный раствор.

Этап 4. Перенести ёмкость с насыщенным раствором и кристалликом в место, где нет сквозняков, вибрации и сильного света (выращивание кристаллов требует соблюдение этих условий).

Этап 5. Накрыть чем-нибудь сверху ёмкость с кристалликом (например бумагой) от попадания пыли и мусора. Оставить раствор на пару дней.

Важно помнить:

1) кристаллик нельзя при росте без особой причины вынимать из раствора;

2) не допускать попадание мусора в насыщенный раствор, наиболее предпочтительно использовать дистиллированную воду;

3) следить за уровнем насыщенного раствора, периодически (раз в неделю или две) обновлять при испарении раствор.

Выращивание кристаллов из квасцов

Чтобы вырастить кристалл из квасцов понадобятся: кастрюля, мерный стакан, 2 стакана, карандаш, нитки, вода, 30 г квасцов из аптеки. Из квасцов можно вырастить очень красивый кристалл. Нужно нагреть в кастрюле 100 мл воды. Только нельзя доводить до кипения. Потом следует растворить в ней квасцы. Потом нужно перелить раствор в стакан и дать немного остыть. Потом следует привязать нитку к середине карандаша. Далее следует положить карандаш на край стакана, чтобы нитка оказалась в растворе. После того как на нитке образуются крошечные кристаллы, нужно вытащить её из раствора. Теперь следует снять с нитки все кристаллы, оставить лишь самый крупный. Далее нужно ещё раз слегка нагреть раствор, налитый в стакан и перемешать его. Теперь нужно перелить его без осадка во второй стакан. Далее нужно снова подвесить нитку с кристаллом. Теперь нужно ждать и наблюдать. Через несколько дней получится кристалл из квасцов.

Выращивание кристаллов из поваренной соли

Ещё можно выращивать кристаллы поваренной соли. Процесс выращивания не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Нужно развести раствор поваренной соли следующим образом: налить воды в ёмкость (например стакан) и поставить его в кастрюлю с тёплой водой (не более 50°С — 60°С). Нужно насыпать пищевую соль в стакан и оставить минут на 5, предварительно помешав. За это время стакан с водой нагреется, а соль растворится. Желательно, чтобы температура воды пока не снижалась. Затем нужно добавить ещё соль и снова перемешать. Следует повторять этот этап до тех пор, пока соль уже не будет растворяться и будет оседать на дно стакана. Мы получим насыщенный раствор соли. Нужно перелить его в чистую ёмкость, избавившись при этом от излишек соли на дне. Нужно выбрать любой понравившийся более крупный кристаллик поваренной соли и положить его на дно стакана с насыщенным раствором. Можно кристаллик привязать за нитку и подвесить, чтобы он не касался стенок стакана. Теперь нужно подождать. Уже через пару дней можно заметить значительный для кристаллика рост. С каждым днём он будет увеличиваться. А если проделать всё то же ещё раз (приготовить насыщенный раствор соли и опустить в него этот кристаллик), то он будет расти гораздо быстрее (нужно извлечь кристаллик и использовать уже приготовленный раствор, добавляя в него воды и необходимую порцию пищевой соли). Не следует забывать, что раствор должен быть насыщенным, то есть при приготовлении раствора на дне стакана всегда должна оставаться соль (на всякий случай). Для сведений: в 100 г воды при температуре 20°С может раствориться приблизительно 35 г поваренной соли. С повышением температуры растворимость соли растёт. Так выращивают кристаллы поваренной соли (или кристаллы соли, форма и цвет которых больше нравится).

Выращивание кристаллов из медного купороса

Можно выращивать и кристаллы медного купороса. Кристаллы медного купороса — выращиваются подобным образом, также, как с поваренной солью: сначала готовится насыщенный раствор, затем в этот раствор опускается понравившийся маленький кристаллик соли медного купороса.

Приложение Г.
Практическое применение кристаллов

Электрические и оптические свойства кристаллов

Алмаз

Самый твердый и самый редкий из природных минералов — алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила — это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень. Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах. В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия. Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

Рубин, сапфир, гранат и наждак

Рубин и сапфир относятся к самым красивым и самым дорогим из драгоценных камней. У всех этих камней есть и другие качества, более скромные, но полезные. Кроваво-красный рубин и лазорево-синий сапфир — это родные братья, это вообще один и тот же минерал — корунд, окись алюминия А12О3. Разница в цвете возникла из-за очень малых примесей в окиси алюминия: ничтожная добавка хрома превращает бесцветный корунд в кроваво-красный рубин, окись титана — в сапфир. Есть корунды и других цветов. Есть у них ещё со-всем скромный, невзрачный брат: бурый, непрозрачный, мелкий корунд — наждак, которым чистят металл, из которого делают наждачную шкурку. Корунд со всеми его разновидностями — это один из самых твердых камней на Земле, самый твердый после алмаза. Корундом можно сверлить, шлифовать, полировать, точить камень и металл. Из корунда и наждака делают точильные круги и бруски, шлифовальные порошки. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Кварц

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца — это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это — пьезоэлектрический эффект в кристаллах. В наши дни в качестве пьезоэлектриков используют не только кварц, но и многие другие, в основном искусственно синтезированные вещества: синетову соль, титанат бария, дигидрофосфаты калия и аммония (КДР и АДР) и многие другие. Существуют и пьезоэлектрические методы измерения давления крови в кровеносных сосудах человека и давления соков в стеблях и стволах растений. Пьезоэлектропластинками измеряют, например, давление в стволе артиллерийского орудия при выстреле, давление в момент взрыва бомбы, мгновенные давления в цилиндрах двигате-лей при взрыве в них горячих газов.

Электрооптическая промышленность — это промышленность кристаллов, не имеющих центра симметрии. Эта промышленность очень велика и разнообразна, на её заводах выращивают и обрабатывают сотни наименований кристаллов для применения в оптике, акустике, радиоэлектронике, в лазерной технике.

Поляроид

В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид — это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку.

Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля.

Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины. Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомобильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поляроида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, "погасит его".

Приложение Д.
Начало эксперимента

1. Достаём всё необходимое для выращивания кристалла: инструкцию, ёмкость для размешивания, контейнер для выращивания, цветные камешки, химическое вещество, палочку для размешивания.		2. Чтобы не получить химический ожог, одеваем перчатки.


3. Высыпаем цветные камешки в контейнер для выращивания.		4. Делаем химический раствор, заливаем камешки раствором, добавляем «семена» кристалла и ставим в тихое, спокойное место.

Приложение Е.
Фотодневник эксперимента