Кристаллы. виды кристаллов (моно-, поли-; ионные, ковалентные, металлические, молекулярные)
Свойства твердых тел в первую очередь определяются периодическим расположением атомов, т. е. кристаллической решеткой. Кристаллическая решетка, реализующая такую математическую абстракцию как группа симметрии, является удивительным миром, в котором «живут» не только вакансии или дислокации, но и такие странные объекты, как фононы и другие квазичастицы.
Этот мир не только удивителен, но и красив, недаром все драгоценные камни — кристаллы.
Все твёрдые тела являются разновидностями кристаллов. Большинство твердых тел состоит из множества беспорядочно расположенных мелких кристалликов, т. е. они являются поликристаллическими.
Крупные одиночные кристаллы, называемые монокристаллами, встречаются сравнительно редко. Порой они бывают действительно крупными. Так, найдены кристаллы горного хрусталя (кварца) массой несколько сотен килограммов! Поликристаллическую структуру имеют металлы.
Но в силу их пластичности ее трудно наблюдать — она обычно скрыта из-за механической и термической обработки, которой подвергаются изделия из металла. Истинным критерием кристаллической структуры служит, однако, не геометрическая форма большого образца, а периодичность расположения составляющих его атомов на микроскопическом уровне.
Наиболее известные примеры кристаллов: лед, алмаз, кварц, каменная соль. Большинство твердых тел не обладает столь характерной для кристаллов правильной геометрической формой многогранника с плоскими гранями и острыми ребрами.
Слово «кристалл» происходит от греч. krystallos — «лед».
Интенсивность взаимодействия зависит от природы химической связи между отдельными атомами. По характеру химической связи все кристаллы делятся на четыре типа: ионные кристаллы (такова обычная поваренная соль NaCl), ковалентные кристаллы (алмаз, кремний), металлические кристаллы (название говорит само за себя), молекулярные кристаллы (нафталин).
В ионных кристаллах межатомные силы возникают за счет электростатического притяжения между атомами-донорами, которые отдают электроны и становятся положительными ионами (обычно это металлы) и атомами-акцепторами, присоединяющими эти электроны и превращающимися в отрицательные ионы (обычно это неметаллы). В ковалентных кристаллах силы возникают за счет частичного перекрытия электронных облаков соседних атомов (между атомами образуются электронные «мостики»).
Для металлов характерно полное «обобществление» валентных электронов, и межатомные силы носят характер коллективного взаимодействия. В молекулярных кристаллах соседние атомы взаимодействуют посредством слабых ван-дер-ваальсовых сил (диполь-дипольное взаимодействие).
Не будучи живыми существами, кристаллы тем не менее растут. В растворе, в парах или в расплаве из крохотных затравочных центров образуются кристаллы видимых размеров.
Рост кристаллов происходит за счет присоединения отдельных молекулярных блоков, занимающих устойчивое и симметричное положение относительно блоков. Форма блоков и вид возникающей симметрии определяются направлением и интенсивностью химических связей между ними.
Конечная форма кристалла во многом зависит от стабильности условий, в которых происходит рост.
