Читать «Журнал «Вокруг Света» №3 за 2004 год» онлайн - страница 2
Вокруг Света
Очевидно, что далеко не всегда твердое тело может быть столь упорядоченно: нужны уникальные условия, чтобы вырос огромный монокристалл. Однако факт существования природных кристаллов кварца ростом с человека и искусственных кремниевых размером с ногу не может не удивлять.
Упорядоченное расположение атомов сочетается в кристаллах с анизотропией – различием оптических, электрических и механических свойств по разным направлениям. Атомы могут выстраиваться в достаточна причудливые структуры, напоминающие тетраэдры, параллелепипеды, икосаэдры и прочие геометрические фигуры. В науке о кристаллах – кристаллографии – в зависимости от симметрии расположения атомов выделяют 6 кристаллических групп, которые распадаются на 32 класса. В результате получается несколько сотен различных форм макроорганизации кристаллических тел. Причем на форму монокристалла влияет не только форма элементарной атомной ячейки, но и те условия, в которых происходит рост кристалла. В целом мир кристаллов удивительно разнообразен и красив, особенно если на него смотреть в поляризованном свете. Анизотропия оптических свойств приводит к вращению плоскости поляризации проходящего света, в результате чего даже самые тонкие кристаллические слои начинают сверкать всеми цветами радуги.
Кристаллизоваться могут не только простейшие неорганические соединения, но и сложные полимерные и белковые молекулы, а также вирусные частицы. Такого рода молекулярные и биологические кристаллы, конечно же, не отличаются красотой и прочностью «настоящих» твердых кристаллов, но в остальном – подобны им. Самоорганизация неживой материи бывает достаточно необычной и принимает не только форму строгих и ровных кубиков и пирамид, но и причудливых фрактальных структур, похожих на деревья или снежинки. На рисунке: так бы выглядела кристаллическая решетка кварца, если бы мы могли видеть атомы и химические связи. Кварц имеет элементарную ячейку, состоящую из 3 атомов кремния (красные шарики) и 6 атомов кислорода (желтые шарики). При этом каждый атом кремния соединен химическими связями (тонкие палочки) с 4 атомами кислорода, а каждый атом кислорода – с 2 атомами кремния.
Искусственные кристаллы пробовали выращивать еще в XVI веке, но научились этому делу только в середине XX столетия. Кристаллы соли, сахара и квасцов в счет, конечно, не идут, поскольку водорастворимые химические соединения умеют превращаться в причудливые горы и леса с незапамятных времен. Сегодня растят не только то, что необходимо для промышленного применения, но и просто красивые камни для украшений, типа фианитов и изумрудов. Значение сверхчистых кристаллических материалов в нашей жизни огромно. Электроника использует особо чистые кристаллический кремний, сапфир, рубин и кварц, машиностроение – искусственные алмаз, корунд, рубин, нитевидный углерод и кевлар.
