Монокристаллы - одиночные кристаллы (кварц, слюда) Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника.
Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обладает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии. Плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии. На первый взгляд кажется, что число видов симметрии может быть бесконечно большим. В 1867 г. русский инженер А. В. Гадолин впервые доказал, что кристаллы могут обладать лишь 32 видами симметрии. Убедимся в симметрии кристаллика снега- снежинки
Симметрия кристаллов и другие их свойства, о которых мы будем говорить далее, привели к важной догадке о закономерностях в расположении частиц, составляющих кристалл.
А сейчас познакомимся с поликристаллами.
Поликристаллы - это твёрдые тела, состоящие из большого числа кристаллов, беспорядочно ориентированных друг относительно друга (сталь, чугун …)
 | |||
 | |||
Поликристаллы тоже имеют правильную форму и ровные грани, температура плавления у них имеет постоянное значение для каждого вещества. Но в отличии от монокристаллов, поликристаллы изотропны, т.е. физические свойства одинаковые по всем направлениям. Это объясняется тем, что кристаллы внутри располагаются беспорядочно, и каждый в отдельности обладает анизотропией, а в целом кристалл изотропен.
Кроме кристаллических тел существуют - аморфные тела.
Аморфные тела - это твёрдые тела, где сохраняется только ближний порядок в расположении атомов. (Кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец).
Например, кварц может находиться как в кристаллическом состоянии, так и аморфном - кремнезём. Они не имеют постоянной температуры плавления и обладают текучестью. Аморфные тела изотропны, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям.
На примере графита и алмаза можно показать, что свойства кристаллических веществ определяются структурой кристаллических решеток. Между алмазом и графитом оказывается много общего, хотя на первый взгляд это общее трудно увидеть. Алмаз необычно тверд, прозрачен, не проводит электрический ток (диэлектрик), обработанные алмазы - драгоценность, известны в быту как бриллианты.
 | |||
 | |||
Графит мягок, легко расслаивается, непрозрачен, электропроводен и не похож на драгоценный камень. А между тем и алмаз, и графит - это чистый углерод.
Различие свойств алмаза и графита связано только с различием кристаллических решеток. При определенных условиях возможен переход вещества из одной кристаллической модификации в другую. Если нагреть графит до температуры 2000-2500 К под давлением 1010 Па, то произойдет перестройка кристаллической решетки, в результате чего графит превратится в алмаз. Так получают искусственные алмазы. 
Кристаллы в природе.
Реальный кристалл — это огромная совокупность одинаковых структурных элементов (молекул, атомов, ионов), которые во всех трех измерениях расположены в строгом порядке, образуя кристаллическую решетку [4].
Часть атомной структуры кристалла, параллельными переносами которой (трансляциями) в трех измерениях можно построить всю кристаллическую решетку называют элементарной ячейкой. Как правило, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Длину ребра этого элементарного параллелепипеда называют периодом кристаллической решетки [2].
Одним из первых, кто выдвинул идею существования кристаллической решётки, был Ньютон. "Нельзя ли предположить, — писал он, — что при образовании... кристалла частицы... установились в строй и в ряды?" Его современник, нидерландский физик Христиан Гюйгенс, увидел в этом причину правильной формы кристаллов. "Правильность, обнаруживаемая в этих образованиях, — отмечал он, — по-видимому, происходит от расположения маленьких невидимых и одинаковых частичек, из которых они состоят" [5].
Большинство твердых веществ на Земле являются кристаллическими. Вопрос о происхождении минералов в природе тесно связан с происхождением и развитием Земли. Считается, что многие минералы и горные породы образовались при охлаждении земной коры подобно тому, как образуется лед при замерзании воды. Магма, вещество земной коры в расплавленном состоянии, представляет собой сложный расплав различных веществ, насыщенный различными горячими газами и парами. При охлаждении магмы сначала в ней образовались кристаллы того вещества, температура кристаллизации которого самая высокая.
По мере дальнейшего охлаждения происходила кристаллизация других минералов, обладающих меньшей температурой кристаллизации, и так до тех пор, пока вся магма не затвердела. При затвердевании объем земной коры уменьшался, и в ней появлялись трещины и пустоты. В таких пустотах рост кристаллов происходит беспрепятственно. В них часто находят крупные и хорошо ограненные кристаллы кварца, пластинчатые кристаллы слюды площадью в несколько квадратных метров и многие другие.
| 
|
| Рис. 1 | Рис. 2 |
Многие минералы возникли из пересыщенных водных растворов. Первым среди них следует назвать каменную соль NаСl, являющуюся одним из наиболее знакомых каждому человеку минералов. Толщина пластов каменной соли, образовавшихся при испарении воды соленых озер, достигает в некоторых месторождениях нескольких сотен метров.
Близ Солт-Лейк-Сити (США) находится Долина Смерти, покрытая бесконечными белыми полями соляных многогранников - такыров, естественных образований, формирующихся при высыхании соляных озер (рис. 1). А у подножия восточных склонов этой Долины Смерти образуются мощные соляные "торосы" (рис. 2).
В России в Астраханской области находится безжизненное соленое озеро Баскунчак, площадь которого 106 км2. Каменная соль, кристаллизуясь, образует поликристаллические структуры, напоминающие заснеженные ветви кустарника. На рисунке 3 показан "осколок" такой ветви.
|
| Рис. 3 |
Мир камня
Всю историю своего существования люди пытались обрести чудо, например, получить из свинца золото или превратить горный хрусталь в бриллианты.
Как известно, драгоценные настоящие природные камни (кристаллы) - это твердые соли различных металлов, молекулы которых организованы в упорядоченную структуру, так называемую кристаллическую решетку. В природе кристаллы образовывались в течение миллионов лет, в глубине земной коры, при высоких температурах (до 2000 °С) и под колоссальным давлением сотни тысяч атмосфер. Мест, где складывались такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость драгоценных камней. Поэтому, ученые решили создать аналог природных минералов. Им в лабораторных условиях необходимо было воспроизвести природные явления, причем в ускоренном варианте. Однако, получить столь высокие температуры и давление стало возможным лишь в начале прошлого века.
В 1902 году французскому инженеру Вернейлю после многочисленных неудачных попыток удалось синтезировать небольшой кристалл рубина весом 6 г. Фактически он стал самым первым искусственным драгоценным камнем, идентичным природному. Именно благодаря синтетическим рубинам стал возможен ряд открытий. Например, на основе рубина был изобретен лазер, позволивший точно измерить расстояние от Земли до Луны. Позже оказалось, что с помощью технологии синтеза рубинов, возможно, получать и другие ценные кристаллы - сапфиры и гранаты.
До сих пор в мире рубины, сапфиры и гранаты пользуются большим спросом. Сапфировые стекла, например, необходимы для производства иллюминаторов космических кораблей, головок самонаводящихся ракет, мобильных телефонов и часов.
Большой популярностью пользуются и искусственно выращенные алмазы. Повышенная твердость алмазов определяет их использование в промышленности. Алмазы применяют на операциях резки, полирования, шлифования и сверления.
Американские ученые научились выращивать гигантские алмазы совершенной формы. Это позволит расширить сферу применения алмазов в промышленности.
Так же в промышленности используют искусственные кристаллы кварца и кремния.
А в ювелирном деле первым научились использовать искусственный изумруд. Он ценится исключительно из-за своей редкости, а также небольших объемов производства. Не менее ценным для ювелиров стал гранат зеленого и розового цветов.
В 1968 году российские физики получили прозрачный кристалл, не имеющий природного близнеца, и назвали его фианитом в честь своего Физического института Академии наук (ФИАН), хотя первые опыты по синтезу подобных кристаллов осуществлялись еще в 20-х годах французскими химиками. Целью синтеза фианита было получение кристалла для применения в лазерах. Правда, превзойти гранат по своим "лазерным" свойствам фианит не смог, но его необычную красоту, многоцветность и дешевизну по достоинству оценили ювелиры. До 98% фианитов производится для их нужд.
А для хирургии выпускается скальпель с фианитом. Установлено, что некоторые люди страдают аллергией на металл, а лезвие из фианита позволяет избежать аллергической реакции. Выращивать фианиты легко и приятно, а добавление тех или иных примесей позволяет создавать уникальные кристаллы не встречающихся в природе цветов, например лаванды, или добиваться необычных оптических эффектов, таких как смена цвета при изменении освещения - так называемый александритовый эффект.