Цель исследования С помощью литературных и интернет-источников узнать что такое кристаллы, что изучает наука – кристаллография. Узнать какие бывают и где встречаются кристаллы в природе. На примере снежинок узнать о строении кристаллов и от чего зависит их форма. Познакомиться с применением кристаллов. Вырастить кристаллы в домашних условиях.
Уилсон Бентли Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. С тех пор он уже не мог остановиться. До конца жизни, сорок с лишним лет, Бентли фотографировал их. Более пяти тысяч кристаллов, и ни одного одинакового.
В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха.
В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.
Звёздчатые дендриты кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.
Цвет снега Свет, пробившийся через толщу снега возле края этой ямки, будет казаться желтоватым, глубже он становится желтовато- зеленым, голубовато- зеленоватым и, наконец, ярко синим. Отсвет голубого неба здесь ни при чем, и чтобы убедиться в этом, можно провести опыт в пасмурную погоду или заглянуть в отверстие через картонную трубку.
Оборудование для проведения опыта соль для выращивания кристаллов (если вы еще никогда не выращивали кристаллов, то советую использовать медный купорос; он продается в садоводческих и хозяйственных магазинах и из него получаются красивые синие кристаллы); сосуды на 500 мл; фильтрованная бумага или вата; толстые нитки, каркасы;
Твердые тела разделяют на аморфные тела и кристаллы. Отличие вторых от первых состоит в том, что атомы кристаллов располагаются согласно некоторому закону, образуя тем самым трехмерную периодическую укладку, что называется – кристаллическая решетка.
Примечательно, что название кристаллов происходит от греческих слов «застывать» и «холод», и во времена Гомера этим словом называли горный хрусталь, который тогда считался «застывшим льдом». Сперва данным термином называли лишь ограненные прозрачные образования. Но позже, кристаллами стали звать также непрозрачные и не ограненные тела природного происхождения.
Кристаллическая структура и решетка
Идеальный кристалл представляется в виде периодически повторяющихся одинаковых структур – так называемых элементарных ячеек кристалла. В общем случае, форма такой ячейки – косоугольный параллелепипед.
Следует различать такие понятия как кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Первая – это математическая абстракция, изображающая регулярное расположение неких точек в пространстве. В то время как кристаллическая структура – это реальный физический объект, кристалл, в котором с каждой точкой кристаллической решетки связана определенная группа атомов или молекул.
Кристаллическая структура граната — ромб и додекаэдр
Основным фактором, определяющим электромагнитные и механические свойства кристалла, является строение элементарной ячейки и атомов (молекул), связанных с ней.
Анизотропия кристаллов
Главное свойство кристаллов, отличающее их от аморфных тел – это анизотропия. Это означает, что свойства кристалла различны, в зависимости от направления. Так, например, неупругая (необратимая) деформация осуществляется лишь по определенным плоскостям кристалла, и в определенном направлении. В связи с анизотропией кристаллы по-разному реагируют на деформацию в зависимости от ее направления.
Однако, существуют кристаллы, которые не обладают анизотропией.
Виды кристаллов
Кристаллы разделяют на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллами называют вещества, кристаллическая структура которых распространяется на все тело. Такие тела являются однородными и имеют непрерывную кристаллическую решетку. Обычно, такой кристалл обладает ярко выраженной огранкой. Примерами природного монокристалла являются монокристаллы каменной соли, алмаза и топаза, а также кварца.
Немало веществ имеют кристаллическую структуру, хотя обычно не имеют характерной для кристаллов формы. К таким веществам относятся, например, металлы. Исследования показывают, что такие вещества состоят из большого количества очень маленьких монокристаллов — кристаллических зерен или кристаллитов. Вещество, состоящее из множества таких разноориентированных монокристаллов, называется поликристаллическим. Поликристаллы зачастую не имеют огранки, а их свойства зависят от среднего размера кристаллических зерен, их взаимного расположения, а также строения межзеренных границу. К поликристаллам относятся такие вещества как металлы и сплавы, керамики и минералы, а также другие.
В настоящее время можно считать твердо установленным, что жидкость может затвердевать после ее охлаждения до температуры плавления только при наличии в ней «центров кристаллизации». В случае их отсутствия жидкость «переохлаждается», т. е. температура понижается ниже точки плавления данного вещества, но вещество остается в жидком состоянии. Возможность такого переохлаждения для воды была замечена уже более двухсот лет назад, в 1724 г., Фаренгейтом. Выгодная покупка недвижимости в Одессе в то время, как не сложно догадаться, доступна еще не была.
Позднее были установлены и изучены разнообразнейшие обстоятельства, способствующие как затвердеванию переохлажденной жидкости, так и ее сохранению в жидком виде. Выяснилось, что громадное значение для начала кристаллизации имеет «заражение» какими-либо твердыми частицами. Так^ если вода имеет поверхность, доступную действию атмосферного воздуха со взвешенными в нем пылинками различных твердых веществ, то ее трудно переохладить. Напротив, в запаянной пробирке, особенно при откачке оттуда воздуха, вода очень легко переохлаждается.
Кристаллизацию переохлажденной жидкости обыкновенно можно вызвать, потирая какой-нибудь твердой палочкой внутреннюю стенку стеклянного сосуда, в котором находится жидкость. При этом, по всей вероятности, от стенки отрываются микроскопические частички стекла, и они-то играют роли затравки.
К таким же заключениям приводят и факты, взятые из практических наблюдений. Капитан корабля «Днсковери» Р. Ф. Скотт записал 12 сентября 1902 г. в корабельном журнале, что сети и веревки, спущенные под воду (очевидно, переохлажденную), оказывались после их поднятия покрытыми кристаллами льда, причем в одном случае вокруг линя толщиной в 1 дюйм (2,54 см) образовался цилиндро-хлопьевидного льда диаметром около 25 см. Кристаллы льда в виде листочкоз были перпендикулярны к канату, и их плоскости взаимно пересекались под углом 60°. «Все это,- по словам Скотта,- похоже на красивое кружево; выставляя его на свет, мы видим сквозь него роскошные краски спектра, как от призмы. От прикосновения лед распадается на куски, и каждый листочек можно расщепить на тончайшие слои».
При этом нельзя упускать из вида, что кристаллизация жидкости сопровождается выделением теплоты, и если эту теплоту не удалять, то температура жидкости поднимется до такого предела, когда кристаллизация уже будет невозможна. Поэтому за ростом кристаллов из их зародышей удобно следить в переохлажденной жидкости. Так и поступал.виднейший современный исследователь этих вопросов Тамман, основоположник учения о центрах кристаллизации и признанный авторитет в этой области. Он и его сотрудники исследовали многочисленные жидкости, определяя для них две величины: скорость образования зародышей в зависимости от степени переохлаждения и затем, с полученными зародышами, скорость их роста.
Однако среди исследованных Тамманом жидкостей отсутствовала вода. По признанию Таммана первые же центры кристаллизации у воды растут с такой быстротой, что через незначительное время весь сосуд заполняется тонкими ледяными иглами, и поэтому невозможно проследить за скоростью возникновения кристаллических зародышей.
Технические трудности, помешавшие Тамману наблюдать начальную стадию кристалтизации воды, удалось преодолеть мне, причем оказалось, что для преодоления этих трудностей потребовались вовсе уж не чрезмерно сложные приемы.
В. своих работах по изучению кристаллизационных свойств воды вообще и ядер кристаллизации ее в частности я исходил из вывода теоретиков физико-химиков о том, что при малых переохлаждениях скорость развития ядер очень мала, а также из данных опыта, подтверждавших означенный вывод.
Поэтому я считал мнение Таммана, что при незначительном переохлаждении воды ядра кристаллизации будто бы развиваются настолько быстро, что технически нет возможности их изучать, неправильным, и это доказал на опыте, работая в области действительно малых переохлаждений (десятые и сотые доли градуса ниже 0°), при которых скорости развития ядер можно снизить до таких пределов, которые допускают возможность изучать ядра легко и свободно.
Таким образом преграда, мешавшая ранее Тамману и другим исследователям изучать ядра кристаллизации воды, оказалась снятой.
Для осуществления такой установки сосуд с переохлажденной водой окружался охладительной смесью из раствора соли ‘в воде со снегом; температура замерзания раствора зависит от концентрации в нем соли.
Исследование показало, что для наблюдения образования ледяных кристаллов наиболее удобны температуры между 0 и -1°. В случае более низких температур отмеченная Тамманом трудность уже сильно дает себя знать. Приходится считаться еще и с другими трудностями: с выделением теплоты при образовании кристаллов и с тем, что они стремятся всплывать вверх и уходят таким образом из-под наблюдения.
На рисунке показан один из вариантов примененной мной установки, где эти помехи уже не имеют места. Здесь буквой Я обозначен кристаллик льда, всплывающий наверх. Навстречу ему идет поток, воды, приводимой в движение вращающимся винтом. Скорость движения воды вниз поддерживается как раз такой, чтобы кристаллик оставался практически на неизменном уровне. Наружная трубка с протекающим по ней соляным раствором имеет назначением поддерживать постоянную температуру.
Применяя тонкое регулирование переохлаждения воды, можно было по желанию ускорять или замедлять, останавливать или. даже вести в обратном направлении процесс роста наблюдаемого кристалла, так что удалось уже выращенный кристалл вновь уменьшить и даже доводить до полного уничтожения.
Из этих опытов выяснилось, что форма кристаллического зародыша льда есть правильный диск, который при дальнейшем росте превращается в правильную шестиугольную пластинку прозрачного льда, а это последняя уже разрастается в шестилучевую звездочку. Дальнейший рост звездочки, которую удалось доводить до диаметра.2-3 см, дает ажурное строение, напоминающее по виду снежинку.
Громадные трудности связаны с фотографированием кристалликов. Ввиду их прозрачности их можно видеть только под таким углом зрения, при котором падающий на них свет испытывает полное внутреннее отражение. Кристаллики, вынутые из воды, обволакиваются жидкостью, а при ее удалении нарушается их нежная и тонкая структура.
На вопрос Киньте что-нибудь интересное про жидкие кристаллы заданный автором A. G.
лучший ответ это Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК) - вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть) , так и твердых тел (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой жидкости, состоящие из молекул вытянутой формы, определенным образом упорядоченных во всем объеме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности. По типу ЖК обычно разделяют на три большие группы: нематики, смектики и холистерики.
История открытия жидких кристаллов
Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Однако, как иногда случается, учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей. Даже после появления в 1904 г. книги «Жидкие кристаллы» , написанной Отто Леманном (Otto Lehmann), никто не догадался применить их в технике.
В 1963 г. американец Дж. Фергюсон догадался использовать важнейшее свойство жидких кристаллов - изменять цвет под воздействием температуры - для обнаружения не видимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос.
В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвященная жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г. , когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея (George Gray) синтезировала жидкие кристаллы из относительно дешевого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.
Применение жидких кристаллов
Одно из важных направлений использования жидких кристаллов - термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы - сильно нагретые или холодные, неработающие - сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.
С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ - информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя ничтожное количество энергии от малогабаритного аккумулятора или батарейки.
Цель исследования С помощью литературных и интернет-источников узнать что такое кристаллы, что изучает наука – кристаллография. Узнать какие бывают и где встречаются кристаллы в природе. На примере снежинок узнать о строении кристаллов и от чего зависит их форма. Познакомиться с применением кристаллов. Вырастить кристаллы в домашних условиях.
Уилсон Бентли Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. С тех пор он уже не мог остановиться. До конца жизни, сорок с лишним лет, Бентли фотографировал их. Более пяти тысяч кристаллов, и ни одного одинакового.
В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха.
В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.
Звёздчатые дендриты кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.
Цвет снега Свет, пробившийся через толщу снега возле края этой ямки, будет казаться желтоватым, глубже он становится желтовато- зеленым, голубовато- зеленоватым и, наконец, ярко синим. Отсвет голубого неба здесь ни при чем, и чтобы убедиться в этом, можно провести опыт в пасмурную погоду или заглянуть в отверстие через картонную трубку.
Оборудование для проведения опыта соль для выращивания кристаллов (если вы еще никогда не выращивали кристаллов, то советую использовать медный купорос; он продается в садоводческих и хозяйственных магазинах и из него получаются красивые синие кристаллы); сосуды на 500 мл; фильтрованная бумага или вата; толстые нитки, каркасы;
