Kristalen zijn vaste lichamen met een regelmatige geometrische vorm. De structuur waarbinnen geordende deeltjes zich bevinden, wordt een kristalrooster genoemd. De punten van locatie van de deeltjes waarin ze oscilleren worden de knopen van het kristalrooster genoemd. Al deze lichamen zijn verdeeld in eenkristallen en polykristallen.
Wat zijn enkele kristallen
Enkele kristallen zijn enkele kristallen waarin het kristalrooster een duidelijke volgorde heeft. Vaak heeft een enkel kristal een regelmatige vorm, maar deze eigenschap is niet verplicht bij het bepalen van het type kristal. De meeste mineralen zijn eenkristallen.
De uitwendige vorm hangt af van de groeisnelheid van de stof. Met een langzame toename en de homogeniteit van het materiaal hebben de kristallen de juiste slijpvorm. Bij gemiddelde snelheid is de snede niet uitgesproken. Bij een hoge kristallisatiesnelheid groeien polykristallen bestaande uit veel eenkristallen.
Klassieke voorbeelden van eenkristallen zijn diamant, kwarts,topaas. In de elektronica zijn enkelkristallen, die de eigenschappen hebben van halfgeleiders en diëlektrica, van bijzonder belang. Legeringen van eenkristallen worden gekenmerkt door een verhoogde hardheid. Ultrazuivere eenkristallen hebben dezelfde eigenschappen, ongeacht hun oorsprong. De chemische samenstelling van mineralen is afhankelijk van de groeisnelheid. Hoe langzamer het kristal groeit, hoe perfecter de samenstelling.
Polykristallen
Enkele kristallen en polykristallen worden gekenmerkt door een hoge moleculaire interactie. Een polykristal bestaat uit veel eenkristallen en heeft een onregelmatige vorm. Ze worden soms kristallieten genoemd. Ze verschijnen als gevolg van natuurlijke groei of worden kunstmatig gekweekt. Polykristallen kunnen legeringen, metalen, keramiek zijn. De belangrijkste kenmerken worden gevormd door de eigenschappen van eenkristallen, maar korrelgroottes, de onderlinge afstand en korrelgrenzen zijn van groot belang. In aanwezigheid van grenzen veranderen de fysieke kenmerken van polykristallen aanzienlijk, de sterkte neemt af.
Polykristallen worden gegenereerd als gevolg van kristallisatie, veranderingen in kristallijne poeders. Deze mineralen zijn minder stabiel dan eenkristallen, wat resulteert in een ongelijke groei van individuele korrels.
Polymorfisme
Enkele kristallen zijn stoffen die in twee toestanden tegelijk kunnen voorkomen, die verschillen in hun fysieke eigenschappen. Deze functie wordt polymorfisme genoemd.
Tegelijkertijd kan een stof in de ene toestand stabieler zijn dan in een andere. Wanneer de omgevingsomstandigheden veranderen, kan de situatie:wijzigen.
Polymorfisme is van de volgende typen:
- Reconstructie - verval vindt plaats bij atomen en moleculen.
- Vervorming - de structuur is gewijzigd. Er treedt compressie of rekking op.
- Shift - sommige elementen van de structuur veranderen van locatie.
Kristaleigenschappen kunnen veranderen bij een plotselinge verandering in samenstelling. Het klassieke voorbeeld van polymorfisme is koolstofmodificatie. In de ene staat is het diamant, in de andere is het grafiet, stoffen met verschillende eigenschappen.
Sommige vormen van koolhydraten worden bij verhitting grafiet. Veranderingen in eigenschappen kunnen optreden zonder vervorming van het kristalrooster. In het geval van ijzer leidt de vervanging van sommige componenten tot het verdwijnen van magnetische eigenschappen.
Kristalsterkte
Elk materiaal dat in moderne technologie wordt gebruikt, heeft een uiteindelijke sterkte. Een legering van nikkel, chroom en ijzer heeft de grootste sterkte. Het vergroten van de sterkte van metalen zal de militaire en civiele uitrusting verbeteren. Een verhoogde slijtvastheid resulteert in een langere levensduur. Om deze reden hebben wetenschappers lange tijd de sterkte van eenkristallen bestudeerd.
Pure eenkristallen zijn kristallen met een ideaal kristalrooster, bevatten een klein aantal defecten. Met een afname van het aantal defecten neemt de sterkte van metalen meerdere keren toe. Tegelijkertijd blijft de dichtheid van het metaal bijna hetzelfde.
Enkele kristallen met een ideaal rooster zijn tot aan het smeltpunt bestand tegen mechanische belasting. Verander niet mettijd. Meestal hebben dergelijke eenkristallen een dislocatie van nul. Maar dit is een optionele voorwaarde. Kracht wordt verklaard door het feit dat microscheuren worden gevormd op plaatsen waar het grootste aantal dislocaties is. En als ze er niet zijn, kunnen er nergens scheuren ontstaan. Dit betekent dat het eenkristal zal meegaan totdat de drempel van zijn sterkte wordt overschreden.
Kunstmatige enkele kristallen
Het kweken van eenkristallen is mogelijk op het huidige niveau van de wetenschap. Bij het verwerken van metaal, zonder de samenstelling te veranderen, kunt u een enkel kristal maken met een hoge veiligheidsmarge.
Er zijn 2 bekende methoden voor de productie van eenkristallen:
- super hoge druk en metaalgieten;
- cryogene druk.
De eerste methode is populair voor het verwerken van lichte metalen. Gezien de zuiverheid van het metaal en de toenemende druk, zal er geleidelijk een nieuw metaal verschijnen met dezelfde eigenschappen, maar met verhoogde sterkte. Onder bepaalde omstandigheden is het mogelijk om een enkel kristal te verkrijgen met een ideaal rooster. In aanwezigheid van onzuiverheden bestaat de mogelijkheid dat het kristalrooster niet ideaal is.
In zware metalen vindt bij toenemende druk het proces van structuurverandering plaats. Het eenkristal is nog niet uitgekomen, maar de stof heeft eigenschappen veranderd.
Cryogeen gieten is gebaseerd op de productie van cryogene vloeistoffen. Kristallisatie vindt niet plaats onder invloed van een magnetisch veld. De semi-kristallijne vorm wordt een kristal nadat het elektrisch is opgeladen.
Diamanten kwarts
De eigenschappen van diamant zijn gebaseerd op het feit dat het een stof is met een atomair kristalrooster. De binding tussen atomen bepa alt de sterkte van een diamant. Onder constante omstandigheden verandert de diamant niet. Bij blootstelling aan vacuüm verandert het geleidelijk in grafiet.
Kristalafmetingen variëren aanzienlijk. Synthetisch gekweekte diamanten hebben kubusvlakken en zien er anders uit dan hun tegenhangers. De eigenschappen van diamant worden gebruikt om glas te snijden.
Kwartskristallen zijn overal te vinden. Het mineraal is een van de meest voorkomende. Kwarts is meestal kleurloos. Als er veel scheuren in de steen zijn, dan is deze wit. Wanneer andere onzuiverheden worden toegevoegd, verandert het van kleur.
Kwartskristallen worden gebruikt bij de vervaardiging van glas, voor het maken van ultrageluid, in elektrische, radio- en televisieapparatuur. Sommige soorten worden gebruikt in sieraden.
Structuur van eenkristallen
Metalen in vaste toestand hebben een kristallijne structuur. De structuur van eenkristallen is een eindeloze reeks afwisselende atomen. In werkelijkheid kan de ordening van atomen worden verstoord door thermische effecten, mechanisch of om een aantal andere redenen.
Kristalroosters zijn er in 3 soorten:
- wolfraamtype;
- koper type;
- magnesiumtype.
Toepassing
Kunstmatige eenkristallen is een kans om materiaal met nieuwe eigenschappen te verkrijgen. Het toepassingsgebied van enkele kristallen is erg groot. Kwarts en spar zijn door de natuur gemaakt, terwijl natriumfluoride kunstmatig is gekweekt.
Monokristallen zijnmaterialen die worden gebruikt in optica en elektronica. Kwarts en mica worden gebruikt in optica, maar zijn duur. Onder kunstmatige omstandigheden kun je een enkel kristal laten groeien, dat zich onderscheidt door zuiverheid en kracht.
Diamond wordt gebruikt waar hoge sterkte vereist is. Maar het wordt met succes gesynthetiseerd in kunstmatige omstandigheden. Driedimensionale eenkristallen worden gekweekt uit smelt.
