Cristais são corpos sólidos com forma geométrica regular. A estrutura dentro da qual as partículas ordenadas estão localizadas é chamada de rede cristalina. Os pontos de localização das partículas em que elas oscilam são chamados de nós da rede cristalina. Todos esses corpos são divididos em monocristais e policristais.
O que são monocristais
Cristais simples são cristais únicos em que a rede cristalina tem uma ordem clara. Muitas vezes, um único cristal tem uma forma regular, mas esse recurso não é obrigatório ao determinar o tipo de cristal. A maioria dos minerais são cristais únicos.
A forma externa depende da taxa de crescimento da substância. Com um aumento lento e a homogeneidade do material, os cristais têm o corte correto. Em velocidade média, o corte não é pronunciado. A uma alta taxa de cristalização, os policristais que consistem em muitos cristais únicos crescem.
Exemplos clássicos de monocristais são diamante, quartzo,topázio. Na eletrônica, os monocristais, que possuem propriedades de semicondutores e dielétricos, são de particular importância. As ligas de monocristais são caracterizadas pelo aumento da dureza. Os monocristais ultrapuros têm as mesmas propriedades, independentemente da origem. A composição química dos minerais depende da taxa de crescimento. Quanto mais lento o cristal cresce, mais perfeita sua composição.
Policristais
Os monocristais e policristais são caracterizados por alta interação molecular. Um policristal consiste em muitos cristais únicos e tem uma forma irregular. Às vezes são chamados de cristalitos. Eles aparecem como resultado do crescimento natural ou são cultivados artificialmente. Os policristais podem ser ligas, metais, cerâmicas. As principais características são as propriedades dos monocristais, mas o tamanho dos grãos, a distância entre eles e os contornos dos grãos são de grande importância. Na presença de limites, as características físicas dos policristais mudam significativamente, a força diminui.
Os policristais são gerados como resultado da cristalização, mudanças nos pós cristalinos. Esses minerais são menos estáveis que os cristais simples, resultando em um crescimento desigual de grãos individuais.
Polimorfismo
Cristais simples são substâncias que podem existir em dois estados ao mesmo tempo, que diferem em suas propriedades físicas. Esse recurso é chamado de polimorfismo.
Ao mesmo tempo, uma substância em um estado pode ser mais estável do que em outro. Quando as condições ambientais mudam, a situação podemudança.
O polimorfismo é dos seguintes tipos:
- Reconstrução - o decaimento ocorre em átomos e moléculas.
- Deformação - a estrutura é modificada. Ocorre compressão ou alongamento.
- Shift - alguns elementos da estrutura mudam de localização.
As propriedades do cristal podem mudar com uma mudança repentina na composição. O exemplo clássico de polimorfismo é a modificação de carbono. Em um estado é diamante, em outro é grafite, substâncias com propriedades diferentes.
Algumas formas de carboidratos se transformam em grafite quando aquecidas. Mudanças nas propriedades podem ocorrer sem deformação da rede cristalina. No caso do ferro, a substituição de alguns componentes leva ao desaparecimento das propriedades magnéticas.
Força do cristal
Qualquer material usado na tecnologia moderna tem uma resistência final. Uma liga de níquel, cromo e ferro tem a maior resistência. Aumentar a resistência dos metais melhorará o equipamento militar e civil. O aumento da resistência ao desgaste resultará em uma vida útil mais longa. Por esse motivo, os cientistas estudam a força dos cristais únicos há muito tempo.
Os monocristais puros são cristais com uma rede cristalina ideal, contendo um pequeno número de defeitos. Com a diminuição do número de defeitos, a resistência dos metais aumenta várias vezes. Ao mesmo tempo, a densidade do metal permanece quase a mesma.
Os cristais simples com uma estrutura ideal são resistentes ao estresse mecânico até o ponto de fusão. Não mude comTempo. Na maioria das vezes, esses cristais únicos têm um deslocamento zero. Mas esta é uma condição opcional. A resistência é explicada pelo fato de que as microfissuras são formadas em locais onde há maior número de discordâncias. E na sua ausência, não há lugar para rachaduras aparecerem. Isso significa que o cristal único durará até que o limite de sua força seja excedido.
Cristais simples artificiais
Crescimento de cristais únicos é possível no nível atual da ciência. Ao processar metal, sem alterar sua composição, você pode criar um único cristal com alta margem de segurança.
Existem 2 métodos conhecidos para a produção de monocristais:
- super alta pressão e fundição de metal;
- pressão criogênica.
O primeiro método é popular para processar metais leves. Dada a pureza do metal e o aumento da pressão, gradualmente aparecerá um novo metal com as mesmas propriedades, mas com maior resistência. Sob certas condições, é possível obter um único cristal com uma rede ideal. Na presença de impurezas, existe a possibilidade de que a rede cristalina não seja a ideal.
Em metais pesados, com o aumento da pressão, ocorre o processo de alteração da estrutura. O cristal único ainda não se formou, mas a substância mudou de propriedades.
A fundição criogênica é baseada na produção de líquidos criogênicos. A cristalização não ocorre sob a influência de um campo magnético. A forma semicristalina torna-se um cristal após ser eletricamente carregada.
Diamantee quartzo
As propriedades do diamante baseiam-se no fato de ser uma substância com uma rede cristalina atômica. A ligação entre os átomos determina a força de um diamante. Sob condições constantes, o diamante não muda. Quando exposto ao vácuo, gradualmente se transforma em grafite.
Os tamanhos dos cristais variam significativamente. Os diamantes cultivados sinteticamente têm faces cúbicas e parecem diferentes de suas contrapartes. As propriedades do diamante são usadas para cortar vidro.
Os cristais de quartzo são encontrados em todos os lugares. O mineral é um dos mais comuns. O quartzo é geralmente incolor. Se houver muitas rachaduras dentro da pedra, ela é branca. Quando outras impurezas são adicionadas, ela muda de cor.
Os cristais de quartzo são usados na fabricação de vidro, para criar ultrassom, em equipamentos elétricos, de rádio e televisão. Algumas variedades são usadas em joias.
Estrutura de monocristais
Metais no estado sólido têm uma estrutura cristalina. A estrutura dos monocristais é uma série infinita de átomos alternados. Na realidade, a ordenação dos átomos pode ser perturbada devido a efeitos térmicos, mecânicos ou por vários outros motivos.
As redes de cristal são encontradas em 3 tipos:
- tipo de tungstênio;
- tipo de cobre;
- tipo de magnésio.
Aplicativo
Os monocristais artificiais são uma oportunidade de obter materiais com novas propriedades. A área de aplicação de monocristais é muito grande. O quartzo e o spar foram criados pela natureza, enquanto o fluoreto de sódio foi cultivado artificialmente.
Os monocristais sãomateriais usados em óptica e eletrônica. Quartzo e mica são usados em óptica, mas são caros. Sob condições artificiais, você pode cultivar um único cristal, que será distinguido pela pureza e força.
Diamond é usado onde é necessária alta resistência. Mas é sintetizado com sucesso em condições artificiais. Os monocristais tridimensionais são cultivados a partir de derretimentos.
