Umut elmasından Folgers kahvesindeki parlak bitlere kadar, kristaller her zaman imparatorları tarih boyunca hayranlık uyandıran, ilham veren dindarları ve hayranlık uyandıran güce sahip oldular. Ama kristaller sadece bir sürü güzel yönler değiller - kullanışlı özelliklere sahipler. Metallere güç katıyor, saatlerimizi yönetiyor ve modern yaşamın dijital göstergelerini ve floresan ampullerini kullanıyorlar.
Oh, ve onlar bizim yemeğimizi hazırlar ve içeceklerimizi de soğuturlar.
Evet, tuz, şeker ve buz kristalleri de aynen bahsettiğimiz taşlar, metaller, flüoresan boyalar ve sıvı kristaller gibi. Bu onların cazibesinin bir parçası; Kristaller hemen hemen her şeyden yapılabilir. Aslında, çoğu mineral doğal olarak kristalin bir formda bulunur [kaynak: Smithsonian].
Gündelik konuşmamızda bu her yerde bulunmanın bir ipucu bulunabilir. Birinin düşüncelerinin bir çözüm etrafında aniden "kristalleştiğini" söylediğimizde, bunun ne anlama geldiğine dair net bir şekilde anlaşılıyoruz: dönebilen olasılıklardan oluşan bir karmaşa, kendini hala ve düzenli bir şeye çözdü. Bilinçli ya da değil, bir kristalin temel niteliğinin, özellikle atomların düzenli, periyodik bir düzeninin [kaynak: UCSB] düzen olduğunu anlıyoruz.
Kristaller, tezgah üstü bir pasta tenekesinde, yüksek teknoloji ürünü bir laboratuarda veya Dünya'nın derinlerinde bir çatlakta büyüyebilir. Reçete aldatıcı bir şekilde basittir: Bir gaz bulutu, bir çözelti havuzu veya erimiş kayalardan oluşan bir küre alın, onu doğru mineral veya bileşikle doldurun, daha sonra oda sıcaklığında ve erimiş lavların ısısında bir yerde bir düdüklü tencerede pişirin. Ancak bu tarifi uygulamak, bir şefin ustalığının ve bir ana fırıncının - veya doğal kristallerin, dilsizliğin ve çok fazla zamanın - titiz bir kontrolünün (kaynak: Avlanma; Shea; Smithsonian].
Diğer her şey eşit, daha uzun büyüme süreleri daha az kirletici ile daha büyük kristaller üretir [kaynaklar: CU Boulder; UCSB]. Her zaman kirlilikleri kaybetmek istemediğinizden değil: Her şeyden önce, krom, demir ve titanyum gibi - atomik düzenlemenin yönleriyle birlikte - karakteristik renklerini [kaynak: Ansiklopedi Britannica; Kay; Smithsonian].
Elbette, kristaller, başka her şey gibi, büyümek için yerlere ihtiyaç duyarlar. Sıkışık mahallelerde yakala ve küçük kalırlar; Birkaç kristalli mineralleri Japon metro taşıtları gibi küçük bir alana sıkıştırın ve kristal konglomeralarla sonlandırın. Her yerde mezar taşlarının ve tezgahların tercih edilen kayası olan granit, sıkışık volkanik çatlaklarda magma soğanı olarak büyüyen kuvars, feldispat ve mika kristallerinin bir araya gelmesidir [kaynak: Smithsonian].
İşte orada var: bir kristal nasıl yetiştirilir.
Şimdi... tam olarak bir kristal neydi?
Endüstrinin mavi vitriol lakaplı bu yavru bakır tuz kristalleri için her türlü kullanımı vardır.
Fizikte "kristal" terimi, iç simetri ve ilgili, düzenli bir yüzey paterni olan bir katı maddeyi tarif eder. Bu yapılandırma, denir kristal yapı, o kadar düzenli tekrarlar ki, kristaller boyunca atomların örgütlenmesini tahmin etmek için kullanabilirsiniz: Encyclopaedia Britannica; Isaacs ve arkadaşları].
Bu düzenleme birkaç komşu atomun ötesine taşınırsa uzun menzilli sipariş, formasyonda yürüyen bir yarı-zaman bandına benzer. LCD monitörlerde bulunanlar gibi sıvı kristaller genellikle kısa menzilli sipariş (bandın dağılma-delme işlemini daha küçük alt birimlere resimleyin). Katı kristaller her iki modeli de alabilir. İşte nasıl: Kristalin maddeler eridikçe amorfYani sadece kısa menzil sırasını gösterirler. Soğudukça, uzun süreli bir formasyona geri dönebilir veya silikon bazlı cam gibi şekilsiz kalabilirler [kaynaklar: Arfken et al.; Ansiklopedi Britannica; Isaacs ve arkadaşları].
Bant üyelerimizin rolü, iyonik veya kovalent bağlarla bağlanmış iyonlardır (pozitif veya negatif yüklü atomlar). Bu bağlar, çeşitli kompakt ve istikrarlı şekillerde toplanır koordinasyon polihedra [kaynaklar: Banfield; Flemenkçe].
Bu koordinasyon polihedra'yı daha iyi görebilmek için, yürüyüş bandını unutun ve bunun yerine Elhamra'da bulunanlar gibi geometrik bir mozaiği resmedin. Mozaiği üç boyutlu olarak görselleştirin, böylece tessera (fayans) küpler, piramitler ve elmas biçimli katılardan oluşur, her biri belirli bir kristal türü içinde atomların düzenini tanımlar.
Bir silika kristalinde, küçük bir merkezi silikon iyonu, dört tane daha büyük oksijen iyonları tarafından çevrelenebilir, üçgen bir piramit veya tetrahedron oluşturur. Manganez (II) oksitinde, küçük bir merkezi manganez iyonu, altı tane daha büyük oksijen iyonu içinde yer alır - biri, biri ortada, dörtte biri ortada bir kare içinde, üç boyutlu bir elmas ya da oktahedron [kaynaklar: Banfield; Flemenkçe; Purdue].
Bu 3 boyutlu mozaik karolar birkaç farklı desende toplanabilir veya kafeslerKöşelerinde atomik bağları, kenarları boyunca veya yüzleri boyunca paylaşarak. Aynı unsurlar hem "karo şekilleri" (koordinasyon polyhedra) hem de mozaik desenleri (kafesler) bakımından farklı düzenlemeler üstlenebilirler. Bu varyasyonlar denir polimorflarıve bir kristalin özelliklerini belirlerken anahtar rol oynarlar. Karbon al: Tetrahedral olarak düzenlenmiş, sert, açık elmaslar oluşturuyor; katmanlı bir petek içinde düzenlenmiş, yumuşak, gri grafit oluşturur [kaynaklar: Hollandaca; Purdue; UCSB].
Kristallendirme her zaman tek kristaller üretmez.Bazen, kendi kendini düzenleyen süreç, birlikte büyüyerek, farklı yönlerde hizalanmış bir kafes örgüsü oluşturan bir dizi alanda başlar. Bunlar polikristallerindenGenellikle hızlı soğutma sırasında gelişir, tek kristallerden daha güçlü olma eğilimi [kaynakları: Ansiklopedisi Britannica; Ansiklopedi Britannica; Virginia Üniversitesi]. Isıtıldığında daha büyük kristaller daha küçük olanları emebilir. Bu nedenle sıcaklık ve basınç, stres ve gerilme, kristallerin özelliklerini, onların dönüşümlerinde veya bunların yaratılmasında etkileyebilir.
Bir Alışkanlık Yapmak
Kristaller düzenli polyhedra'dır - normal çokgenlerin üç boyutlu versiyonları (kareler küp haline gelir, eşkenar üçgenler üçgen piramit haline gelir). Bununla birlikte, büyüme koşulları dış görünümlerine neden olabilir veya kristal alışkanlığıönemli ölçüde farklılık göstermek için, uzmanlar tarafından prizmatik, akiküler (iğne şeklinde), lifli, eşit (tüm yönlerde eşit), tabular, plati (plaka benzeri), uzun, çubuk benzeri, lathlike, needlelike, düzensiz ve benzeri [kaynaklar: Ansiklopedi Britannica; Ansiklopedi Britannica; Isaacs ve arkadaşları].
Belki dilinizde yakalamaya çalıştığınız tek kristal türü?
Bütün bu kristaller konuşması, kendiniz yetiştirmek için kaşınıyorsa, büyümek istediğiniz şeye bağlı olarak şanslısınız ya da değilsiniz. Tuz ya da şeker? Emin. Yapay elmaslar? Bond kötü adam Blofeld'in bile, neden sadece onları kaçırmanın daha basit olduğuna karar vereceksiniz.
Kristalleri üç ana yoldan birinde büyütebilirsiniz: bir buhardan, bir çözeltiden veya eriyikten. Her bir yönteme tek tek bakalım. buhar birikimi.
Kristallerin bir buhardan artabileceği gerçeği hiç de şaşırtıcı değil. Sonuçta, atmosferik buz kristalleri - onlara bulutlar ve kar taneleri diyoruz - her zaman yapın. Birikirler çünkü atmosfer olur aşırı doymuş nem ile: Belirli bir sıcaklıkta ve basınçta tutabileceğinden daha fazla su içerir, bu nedenle fazla su gaz halini ve kristalin buza karışır [kaynak: Encyclopaedia Britannica; Libbrecht].
Diğer kristal türleri - örneğin silisyum, anahtar elemanlar ile süpersatüre edilmiş gazlardan büyüyebilir, ancak bunu yapmak için kimyasal olarak reaktif bir desteğe ihtiyaç duyabilir [kaynak: Encyclopaedia Britannica; McKenna].
Çoğu durumda, bu süreç, diğer moleküllerin, süspansiyondan çıktıkça, diğer moleküllerin katman katmanları tutturdukları küçük bir tohum kristali ile başlar. Bu, gümüş iyodür kristallerinin buz kristalleri için çekirdeklenme bölgeleri sağlayarak "bulut tohumlama" ya yardımcı olur.. Süreç büyük bir sabır gerektiriyor, ama şaşırtıcı derecede saf kristaller üretiyor [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; McKenna].
Çözümden büyüme Buhar büyümesi ile çok ortak noktaları paylaşır, ancak sıvı aşırı doymuş ortam olarak gazı değiştirir. Bilim projeleri olarak yaratılan tuz ve şeker kristalleri, çözüm yetiştirilen kristallerin iyi örnekleridir. Çözünmüş yaklaşım, gaz birikimini hem büyüme hızı hem de kristal boyutu açısından geride bırakmaktadır. İşte bu yüzden: Gazlı bir halde, buharlaştırılmış madde diğer gaz molekülleri arasında baş döndürücü bir Viyana valsinde fırlar ve bireysel dansçıların zemini terk etmesi ve kristalin kliklerine katılması biraz zaman alabilir. Bir çözüm, daha hızlı büyümeyi teşvik ederek yüzeye yakın bir yerde takılan kristalleştirici duvar çiçekleriyle dolu bir lise yavaş dansı gibi davranır. Kullanıcı dostu olması çözüm yaklaşımının uzun yıllardır sentetik kristal büyümesine neden neden olduğunu açıklıyor [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; Zaitseva ve arkadaşları].
Üçüncü yöntem, eriyikten büyümebir sıvı haline ilk gazın soğutulmasını ve ardından kristalin katılaşana kadar sıvıyı soğutmayı gerektirir. Eriyik metodu, polikristallerin yapımında mükemmeldir fakat aynı zamanda kristal çekme, Bridgman yöntemi ve epitaksi gibi teknikler kullanarak tek kristaller üretebilir. Bir sonraki bölümde [source: Encyclopaedia Britannica] 'ya daha yakından bakalım.
Çılgınca Saldırı
Kristaller, özellikle yalıtkanlar veya yarı iletkenler olarak hareket edebilecekleri tüketici elektroniğinde bir dizi kullanışlı kaliteye sahiptir. piezoelektrik özellikbir kristalin sıkıldığında veya şapırıldığında elektrik yükü aldığı, kristalleri oturma odasındaki hoparlörlerden ultrason tarayıcılara kadar her şeyde yararlı hale getirir. Piezoelektrik kristaller ayrıca bir elektrik yükünün altında titreşir. Tutarlı salınım özelliği, kuvars saatlerinin ve saatlerinin güvenilir zamana sahip olmasını sağlar [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; Piezo Enstitüsü; Smithsonian].
1975 dolaylarında: Kıdemli laboratuvar teknisyeni Charles Young, Corning Glass Canada Road tesisindeki bir kristal yetiştiricisinde büyüyen safir kristalleri izliyor. Kristaller sodyum buharlı lambalarda kullanıldı.
Tarihsel olarak, eriyen kristaller, bilim kadar çok sanattı. Bugün, bazen moleküler ölçekte büyüme koşullarını titizlikle kontrol eden bir dizi yüksek teknolojili teknikten herhangi birini gerektirmektedir.
İçinde kristal çekerekBir makine, bir eriyik küresini ölene kadar bir tohum kristali düşürür, daha sonra yavaş yavaş gelişmekte olan tohumu yukarı doğru hareket ettirir, hareketinin zamanını kristalin büyüme oranıyla çakışması için zamanlar. Hareket hızını değiştirmek, kristalin çapını değiştirir. Üreticiler bilgisayar çiplerinde bulunan büyük çaplı silikon kristalleri bu şekilde büyüyorlar - ki bu uygun görünüyor, çünkü bilgisayarlar da çekme işlemini kontrol ediyor. Bunu hayatın silikon çemberi olarak düşünün.
Altında Bridgman yöntemiÜreticiler, konik bir alt uçla bir pota (maddeyi ısıtmak için kullanılan özel bir kap) eritilmiş malzeme ile doldurup daha sonra bir soğutucu bölgeye indirirler.Kristal büyüme, soğutulmuş pota ucunda başladı, daha sonra pota aşağı doğru devam ederken yukarı doğru ilerliyor. Bu yaklaşan ve yaklaşan yaklaşım sayesinde kristal oluşumu alanı, büyüme açısından uygun bir sıcaklık bölgesinde kalmaktadır, en sonunda, potasyumun içeriği tek bir kristal oluşturur [kaynakları: Encyclopaedia Britannica; Chen ve diğ.; Yu ve Cardona].
Epitaksi (Yunanca epi "üstüne" + taksiler "düzenleme") bize, bir kristali büyütmenin en iyi yolunun bazen başka bir kristalin üstünde olduğunu hatırlatır. Ancak, sadece herhangi bir kristal yapmaz. İlk olarak, taban veya substrat atomik ölçekte bile oldukça düz olmalıdır. İkincisi, substratın yapısı, büyüme kristalinin atomik düzenlemesini güçlü bir şekilde etkilediği için, istenen büyüme kafesi ile mümkün olduğunca yakın olmalıdır [kaynaklar: Ansiklopedi Britannica; Fang ve diğ.; Oxford Sözlükleri; Yu ve Cardona]. Bilardo topları dolu bir raf resmi ve daha üstte istifleme daha topları hayal edin. Yeni topları hareket ettirebilirsin, ama her zaman, altındaki toplar arasındaki boşluğa otururlar.
Epitaxy, bir dizi teknikten oluşan geniş bir terimdir [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; Yu ve Cardona]:
Tamam, bu tüketici elektroniği hakkında yeterli konuşma. Hepimiz o blingin yoksa bir şey ifade etmediğini biliyoruz.
Faking It: Yakut ve Safir
Endüstriyel elmaslar piyasadaki tek fugazi taşlarından uzaktır. Kuru film fotoğrafçılığının geliştirilmesine yardımcı olan Fransız bilim adamı Marc Gaudin'in 1873'te nasıl büyüdüğünü anlatan sentetik yakutlar var. Bilim adamlarının ısıl işlemden çıkarılmasının bir yolu olarak 1950'lere kadar nasıl algılandığını 1950'lere kadar algılamak oldukça kolaydı. yetiştirilen taş, yetiştirilen mikroskopik olarak kavisli büyüme paternleri [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; Kay].
High-end kol saatleri bazen yüzlerini çizilmeye karşı dayanıklı, ancak kırılgan, sentetik safir [kaynak: BlueDial] ile kaplar.
Kristal Gayle, Kristal Bernard, Kristal Maymun - hayır, biz bunların hiçbirini kastetmiyoruz. Ünlü kristallerden söz ettiğimizde, elbette, bling'e atıfta bulunuyoruz. Buz. Rocks. Yumruk ateşleyicileri.
Jewels.
Değerli taşlar, ekstra bir şeyle kristallerdir. Ona pizzazz der. Bunları bireysel kayaçlar olarak düşünmemize rağmen, aynı minerallerden birçok değerli taşlar ortaya çıkar. Aralarındaki tek fark, onları ticari marka renkleri ile özdeşleştiren yapısal farklılıklar ve mineral katışıklardır.
Yakutlar ve safirlerin her ikisi de korindon (kristalli alüminyum oksit veya alümina) türleridir, ancak yakutun tatlı kırmızıları, kristal yapısında alüminyumu kısmen değiştiren küçük miktarda kromdan kaynaklanırken, safirlerin parlak mavileri demir ve titanyum katışkılarından kaynaklanır [kaynaklar: Encyclopaedia Britannica; Kay].
Ametist ve sitrin, doğal olarak renksiz olan kuvarsın (kristalin silisyum dioksit aka silika) farklı versiyonlarıdır. Antik Yunanlılar, kuvarsın erimesi çok zor olan buz olduğunu düşündüler, krystallos ("buz"), böylece bize kelime kristalini verir. Sarımsı sitrin aşırı ısınan ametistten kaynaklanır, ancak uzmanlar, karakteristik mor popunu tam olarak ametist verenlere göre değişir. Bazıları demir oksit olduğunu söylerken, diğerleri manganez veya hidrokarbonları tercih ederken [kaynaklar: Banfield; Ansiklopedi Britannica; Ansiklopedi Britannica].
Silika zengin mineral ailesi veya silikatlar, hem bir değerli taş hem de piezoelektrik özellikleri açısından değerli olan turmalin ve akuamarin (soluk mavi-yeşil), zümrüt (koyu yeşil), heliodor (altın sarısı) içeren bir mücevher ailesi olan beril içerir. ) ve morganit (pembe). Bulunan en büyük kristal Malakialina, Madagaskar'dan bir berildi. 59 metre (18 metre) uzunluğunda ve 11 feet (3.5 metre) çapında ölçülerek, 400 ton ağırlığında (380.000 kilogram) [kaynak: Banfield; Ansiklopedi Britannica; Ansiklopedi Britannica].
Silikatlar, birkaç elementel kristal ailesinden sadece bir tanesidir. Oksitler (yukarıda bahsedilen korindon dahil), negatif yüklü bir iyon olarak oksijen içerir; fosfatlar fosfor paketi; boron ile borat patlaması (B); sülfürler ve sülfatlar sülfür ile görülür; ve halojenürler periyodik cetvelde [kaynak: Banfield], klor ve grup VIIA'dan diğer elementlere hızlı tutunurlar.
Karbonat ailesi karbon ve oksijen açısından zengin kristaller içerir. Kuyumcular, aragonit için en iyi şeyi bilirler, istiridyelerin incileri oluşturmak için kullandıkları bir kalsiyum karbonat çeşididir. Aragonit hem jeolojik hem de biyolojik süreçlerden oluşabilir [kaynaklar: Banfield; Ansiklopedi Britannica].
Sonuncusu değil, Meksika'nın Chihuahua eyaletinde, Cueva de los Cristales veya Kristaller Mağarası olarak adlandırılan bir kireçtaşı mağarası vardır, bu sayede selenyumun (şeffaf bir alçıtaşı) yumuşak, saydam kristalleri ile çarpılır. 30 metrelik ya da 9 metrelik ballpark'lar insan spelunkers [kaynak: Shea].
Peki dünyanın herhangi bir yerinde en büyük kristal nedir? Dünyada olabilir - kelimenin tam anlamıyla. Bazı bilim adamlarına göre, Dünya'nın ay büyüklüğündeki iç çekirdeği bir dev demir kristal olabilir [kaynak: Broad].
Yüzüne biraz mor bakıyorsun
Kristallerin halk ilaçları olarak ünü, Yeni Çağ hareketinden çok daha ileriye uzanmaktadır.Örneğin, Ametist, monikerini "sarhoş değil" anlamına gelen Yunanca kelimelerden alır. Eski Yunanlılar, değerli taşlardan yapılmış tılsımlar ve içme kaplarının onları uçucu olmayacaklarına karşı koruyacağına inanıyorlardı. Biz hangover ilaç olarak kullandıklarını düşünmek için titriyoruz.
Ekolojiden evrenin kendisine (bazıları) göre kendini organize eden sistemler, kaotik olanlar olarak zihin bükme gibi kendi yollarındadır. Gerçekten de, bazıları öz-örgütlenmeyi “kargaşa karşıtı” olarak adlandırmışlardır, çünkü kaos başlangıç koşullarına karşı oldukça hassas olsa da, kendi kendini organize eden sistemler çok sayıda başlangıç koşuluyla başlar ve hemen hemen aynı son durumla sonuçlanır.
Organizasyon ve çokluk, kristallerin neyle ilgili olduğu. Onlar emirle tanımlanırlar, ama tek bir türün düzeni değildir. Çokluklar - morfolojiler, kafesler, polihedralar, bazen kristaller bile - aynı atom atomlarının bize neden elmas veya kurşun kalem verebileceğidir. Bunun içinde yüce bir şey var.