Kryształ – Pokrój

Pokrój kryształu – wygląd zewnętrzny kryształu uwzględniający wzajemne proporcje, wielkości i wykształcenia określonych jego ścian powstających w czasie jego wzrostu.

Wprawdzie każdy minerał krystalizuje tylko w jednym układzie, ale może wykazywać różne pokroje. Pokrój określa się nazwami oddającymi wygląd kryształu. W mineralogii jest to kształt pojedynczego kryształu minerału.

Kryształy narastają z różną szybkością w różnych kierunkach, dlatego też bryła kryształu nie musi być wielościanem geometrycznie regularnym. W kryształach tego samego minerału jedyną wielkością stałą są kąty dwuścienne między analogicznymi ścianami. Zasada ta została odkryta w 1669 r. przez Nicolasa Steno (zwanego też Nielsem Stensenem). Do pomiaru kątów na krysztale stosuje się goniometry.

Pokroje:

 

  • izometryczny – a≈b≈c, identyczne lub zbliżone wymiary w trzech kierunkach,
  • tabliczkowy – a≠b≠c, różne wymiary w trzech kierunkach:
  • listewkowy – wymiary różne w trzech kierunkach, przy czym jeden wymiar wyraźnie przeważa nad pozostałymi;
  •  płytkowy – a≈b>c – podobne wymiary w dwóch kierunkach, zaś w trzecim jest wyraźnie mniejszy;
  • płytkowy  blaszkowy
  • płytkowy  łuseczkowy;
  •  wydłużony – a≈b<c, jeden z wymiarów większy od pozostałych, które z kolei dzieli się na:
  •  wydłużony słupkowy – podobne wymiary w dwóch kierunkach, w trzecim zaś wymiar wyraźnie większy od dwóch poprzednich,
  • wydłużony pręcikowy,
  • wydłużony igiełkowy,
  • wydłużony włóknisty;
  •  pokroje o nazwach geometrycznych.

 

Kryształ – Zbliźniaczenia

Zbliźniaczenia – zjawisko powstawania regularnych, tzw. prawidłowych zrostów krystalicznych. Celowe wywoływanie tego zjawiska nazywa się bliźniakowaniem.

Prawidłowość zrostu bliźniaczego polega na ułożeniu osobników wchodzących w skład zbliźniaczenia symetrycznie względem pewnej płaszczyzny lub prostej. Nie może nią być płaszczyzna lub oś symetrii osobników tworzących zrost bliźniaczy.

Prawidłowe zrosty mogą też tworzyć kryształy różnych minerałów. Jest to możliwe wówczas, gdy z roztworu lub stopu wydzielają się minerały okazujące podobieństwo krystalograficzne i strukturalne. Zrosty takie tworzy np. albit z ortoklazem, sfaleryt z pirytem cynowym.

Prawidłowe zrosty różnych minerałów są dość rozpowszechnione w przyrodzie. Nie zawsze można je rozpoznać na podstawie wyglądu zewnętrznego i dlatego dawniej niektóre zrosty uważano za odrębne kryształy. Dopiero wprowadzenie bardziej precyzyjnych metod badania minerałów umożliwiło dokładniejsze ich poznanie.

Niektóre typy zbliźniaczeń, właściwe pewnym substancjom krystalicznym, otrzymały nazwę praw bliźniaczych, które podają wskaźniki płaszczyzny lub osi bliźniaczej. Ta sama substancja może tworzyć bliźniaki według kilku a nawet kilkunastu praw bliźniaczych.

Obecność zbliźniaczeń wpływa na wygląd zewnętrzny i bywa pomocna przy identyfikacji substancji krystalicznej. Na bliźniakach występują kąty wklęsłe, których nigdy nie ma na pojedynczych kryształach.

Rodzaje zbliźniaczeń

  •  bliźniaki kontaktowe (zbliźniaczenia stykowe) – płaszczyzna zrostu osobników jest zgodna z płaszczyzną bliźniaczą, którą jest jedna ze ścian rzeczywistych lub możliwych kryształu, ale nigdy płaszczyzna symetrii
  • bliźniaki penetracyjne (zbliźniaczenia przerosłe) – tworzą je kryształy przerastające się wzajemnie ; płaszczyzna zrostu jest nierówna, a prawo bliźniacze określone jest przez oś nie pokrywającą się z osiami symetrii kryształu
  •  bliźniaki wielokrotne – są to zrosty trzech lub więcej kryształów

 

Bliźniaki wielokrotne

  • polisyntetyczne – o równoległych płaszczyznach zrostu (typowe dla plagioklazów)
  •   cykliczne – płaszczyzny bliźniacze nie są równoległe, natomiast niekiedy tworzą pierścień (bliźniaki cerusytu, chryzoberylu
  • penetracyjne wielokrotne – przykładem jest bliźniak aragonitu, gdzie trzy kryształy rombowe krzyżują się, tworząc fałszywy słup heksagonalny.

Nazwy zwyczajowe zbliźniaczeń:

jaskółcze ogony – występujące w gipsie; ma ono charakter stykowy, przypomina wyglądem rozgałęziony ogon jaskółki; w Polsce występują w dolinie Nidy, ich wielkość dochodzi nawet do 3 m
krzyż żelazny – występują w pirytcie; powstają z dwu przerosłych obróconych o 90° kryształów o postaci dwunastościanu pentagonalnego
karlsbardzkie – występujące w ortoklazach;
  kolankowe – występujące w rutylu;
Krzyż grecki – typ zbliźniaczenia staurolitu, polegający na przerastaniu się słupowych kryształów tego minerału pod kątem prostym
Krzyż świętego Andrzeja – typ zbliźniaczenia staurolitu, polegający na przerastaniu się słupowych kryształów tego minerału pod kątem 60°
Trojaki – występujący w aragonitach – typ zbliźniaczeń wielokrotnych, będących zrostem trzech kryształów tego samego rodzaju; często tą nazwą określa się pseudoheksagonalne, cykliczne bliźniaki aragonitu

 

Kryształ – Polikryształ

Polikryształ – ciało stałe, będące zlepkiem wielu monokryształów, zwanych w tym przypadku domenami krystalicznymi lub ziarnami. Domeny w polikrysztale mają zwykle orientację statystyczną, choć w pewnych, szczególnych warunkach można także uzyskać polikryształy o bardzo regularnym układzie domen. Określony układ domen tworzy tzw. mikrostrukturę polikryształu.

Układ struktur krystalicznych tworzy tzw. mikrostrukturę polikryształu, którą można obserwować za pomocą zwykłego mikroskopu optycznego. Na granicach domen krystalicznych występuje wiele niejednorodności w ułożeniu cząsteczek i w tych miejscach ciało to jest najsłabsze. Powoduje to, że mikrostruktura polikryształu ma bardzo silny wpływ na jego własności mechaniczne. W przełomie ciało polikrystaliczne o statystycznym układzie domen jest szorstkie, objawiając układ monokryształów w ciele (ich wielkość i ułożenie).

Olbrzymia większość substancji krystalicznych występujących w naturze ma charakter polikrystaliczny, gdyż do wytworzenia monokryształu o znacznych wymiarach potrzebne są bardzo szczególne warunki. Wyjątkiem są bardzo rzadkie i cenne okazy samorodków złota, oraz naturalne, duże monokryształy diamentu.

Kryształ – Monokryształ

Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika). Monokryształ może zawierać w całej swej objętości niewielką ilość defektów tejże struktury, a jego zewnętrzna forma nie musi odzwierciedlać struktury krystalicznej.

Proces uzyskiwania monokryształów nazywa się monokrystalizacją.

Metody otrzymywania monokryształów:

  • przez powolne odparowanie rozpuszczalnika
  • przez powolne ochładzanie roztworu
  • przez powolną dyfuzję rozpuszczalników w fazie ciekłej
  • przez powolną dyfuzję reagentów
  • przez dyfuzję par
  • przez sublimację
  • przez wyciągania ze stopionej substancji (metoda Czochralskiego)
  • metoda wiszącej kropli
  • metoda kropli typu „sandwich”
  • metoda mikro-mostka
  • metoda Bridgmana-Stockbargera (z substancji stopionych)
  • metoda Verneuila
  • metoda beztyglowa

 

Kryształ – Opis

Kryształ – Ciało krystaliczne – ciało stałe, w którym cząsteczki, atomy lub jony są ułożone w uporządkowany w powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych schemat ułożenia.

W objętości ciała cząsteczki zajmują ściśle określone miejsca zwane węzłami sieci przestrzennej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń.

Określenie – ciało krystaliczne odnosi się do ciał o dwojakiej budowie:

  • monokryształu, zwanego krócej kryształem – uporządkowanie obejmuje całe ciało
  •  polikryształu – uporządkowanie obejmuje fragmenty ciała.

Kryształy posiadają symetrię translacyjną oraz uporządkowanie układu w skali powyżej 50 Å, co odróżnia je od ciał amorficznych, na przykład szkła.

Ciała krystaliczne powstałe w wyniku procesów naturalnych, geologicznych (zwykle są to polikryształy) nazywa się minerałami.

Niektóre kryształy można opisać za pomocą jednakowego układu odniesienia.

Układ odniesienia w kryształach:

  •  osie krystalograficzne X, Y, Z
  •  wektory a, b, c będące bazowymi wektorami translacji komórki elementarnej w sieci krystalicznej
  •   kąty α, β, γ zawarte pomiędzy osiami krystalograficznymi

Kąty zawarte pomiędzy osiami krystalograficznymi oraz odcinki a, b, c stanowią tzw. stałe sieciowe, wyznaczając kształt komórki elementarnej (zob. sieć Bravais’go).

Kryształy mogą mieć różny układ wewnętrzny cząsteczek w sieci krystalicznej. Na tej podstawie pogrupowano je w układy krystalograficzne.

Oddziaływania między cząsteczkami tworzącymi kryształ:

  • siły van der Waalsa (w kryształach cząsteczkowych, np. w suchym lodzie)
  •  wiązania typowo kowalencyjne (np. w diamencie)
  •  wiązania metaliczne, np. w czystych metalach lub ich stopach
  •  wiązania wodorowe (np. w lodzie)
  •   silne oddziaływania elektrostatyczne (w kryształach jonowych, np. w chlorku sodu, chlorku cezu)
  •  inne odmiany słabych oddziaływań elektrostatycznych.

Występują również swoiste „hybrydy”, jak np. grafit, który posiada tzw. płaszczyzny grafenowe, w których między atomami występują silne wiązania kowalencyjne, natomiast oddziaływania między płaszczyznami mają charakter sił van der Waalsa.