คริสตัล

คริสตัลหรือผลึกของแข็งเป็นของแข็งวัสดุซึ่งเป็นคนละเรื่อง (เช่นอะตอม , โมเลกุลหรือไอออน ) จะจัดในโครงสร้างโมเลกุลสั่งซื้อสูงขึ้นรูปผลึกตาข่ายที่ขยายในทุกทิศทาง ^[1]^[2]นอกจากนี้โดยทั่วไปแล้วผลึกเดี่ยวขนาดมหึมายังสามารถระบุได้ด้วยรูปทรงเรขาคณิตประกอบด้วยใบหน้าแบนที่มีลักษณะเฉพาะเจาะจง การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของผลึกและการก่อตัวของผลึกเป็นที่รู้จักกันเป็นผลึก กระบวนการสร้างผลึกผ่านกลไกของการเจริญเติบโตของผลึกจะเรียกว่าการตกผลึกหรือแข็งตัว

ผลึก อเมทิสต์ควอตซ์

ด้วยกล้องจุลทรรศน์ ผลึกเดี่ยวมีอะตอมในการจัดเรียง เป็นระยะที่ใกล้สมบูรณ์แบบ polycrystalประกอบด้วยผลึกกล้องจุลทรรศน์จำนวนมาก (เรียกว่า " crystallites " หรือ "ธัญพืช"); และ ของแข็งอสัณฐาน (เช่น แก้ว ) ไม่มีการจัดเรียงเป็นระยะแม้ในกล้องจุลทรรศน์

คำว่าคริสตัลมาจากคำภาษากรีกโบราณκρύσταλλος ( krustallos ) ซึ่งหมายถึงทั้ง " น้ำแข็ง " และ " หินคริสตัล ", ^[3]จากκρύος ( kruos ), "น้ำแข็งเย็น, น้ำค้างแข็ง" ^[4]^[5]

ตัวอย่างของผลึกขนาดใหญ่รวมถึงเกล็ดหิมะ , เพชรและเกลือ ของแข็งอนินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่ใช่ผลึก แต่เป็นโพลีคริสตัลคือผลึกขนาดเล็กจำนวนมากหลอมรวมกันเป็นของแข็งชิ้นเดียว ตัวอย่างของโพลีคริสตัล ได้แก่โลหะหินเซรามิกและน้ำแข็งส่วนใหญ่ ของแข็งประเภทที่สามคือของแข็งอสัณฐานซึ่งอะตอมไม่มีโครงสร้างเป็นระยะ ๆ ตัวอย่างของป่นโปรตีน ได้แก่แก้ว , ขี้ผึ้งและหลายพลาสติก

แม้จะมีชื่อ แต่คริสตัลตะกั่วแก้วคริสตัลและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องไม่ใช่คริสตัล แต่เป็นแก้วประเภทหนึ่งคือของแข็งอสัณฐาน

คริสตัลมักใช้ในการปฏิบัติทางวิทยาศาสตร์เทียมเช่นการบำบัดด้วยคริสตัลและอัญมณีบางครั้งก็เกี่ยวข้องกับการสะกดในความเชื่อของWiccanและการเคลื่อนไหวทางศาสนาที่เกี่ยวข้อง ^[6]^[7]^[8]

โครงสร้างผลึก (กล้องจุลทรรศน์)

Halite (เกลือแกง, NaCl): กล้องจุลทรรศน์และกล้องจุลทรรศน์

โครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ของคริสตัลเฮ ไลท์ (สีม่วงคือ โซเดียมอิออนสีเขียวคือ คลอรีนอิออน) มี ความสมมาตรของลูกบาศก์ในการจัดเรียงของอะตอม

คริสตัลฮาไลท์มาโคร (~ 16 ซม.) มุมฉากระหว่างหน้าคริสตัลเกิดจากความสมมาตรของลูกบาศก์ของการจัดเรียงของอะตอม

ความหมายทางวิทยาศาสตร์ของ "คริสตัล" จะขึ้นอยู่กับการจัดเรียงโมเลกุลของอะตอมภายในนั้นเรียกว่าโครงสร้างผลึก คริสตัลเป็นของแข็งที่อะตอมก่อตัวเป็นระยะ ( Quasicrystalsเป็นข้อยกเว้นดูด้านล่าง )

ของแข็งทั้งหมดไม่ได้เป็นผลึก ตัวอย่างเช่นเมื่อน้ำเหลวเริ่มเป็นน้ำแข็งการเปลี่ยนเฟสจะเริ่มต้นด้วยผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กที่เติบโตจนหลอมรวมกันเป็นโครงสร้างโพลีคาร์บอเนต ในบล็อกสุดท้ายของน้ำแข็งแต่ละผลึกขนาดเล็ก (เรียกว่า " crystallites " หรือ "ธัญพืช") เป็นคริสตัลจริงกับการจัดระยะของอะตอม แต่ polycrystal ทั้งไม่ได้มีการจัดระยะของอะตอมเพราะรูปแบบเป็นระยะ ๆ เสียที่ข้าวเขตแดน ส่วนใหญ่เห็นด้วยตาเปล่าอนินทรีของแข็งมี polycrystalline เกือบทั้งหมดรวมทั้งโลหะ , เซรามิก , น้ำแข็ง , หินฯลฯ ของแข็งที่มีค่ามิได้ผลึกคริสตัลไลน์เช่นแก้วจะถูกเรียกว่าป่นโปรตีนที่เรียกว่าแก้ว , น้ำเลี้ยงหรือ noncrystalline สิ่งเหล่านี้ไม่มีลำดับเป็นระยะแม้กระทั่งในกล้องจุลทรรศน์ มีความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างของแข็งที่เป็นผลึกและของแข็งอสัณฐาน: โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการขึ้นรูปแก้วไม่ได้ปล่อยความร้อนแฝงของฟิวชันออกมา แต่การสร้างผลึกจะทำ

โครงสร้างผลึก (การจัดเรียงของอะตอมในคริสตัล) มีลักษณะเป็นเซลล์หน่วยซึ่งเป็นกล่องจินตภาพขนาดเล็กที่มีอะตอมอย่างน้อยหนึ่งอะตอมในการจัดเรียงเชิงพื้นที่เฉพาะ เซลล์หน่วยจะซ้อนกันในพื้นที่สามมิติเพื่อสร้างผลึก

ความสมมาตรของคริสตัลถูก จำกัด โดยข้อกำหนดที่ให้เซลล์หน่วยเรียงซ้อนกันอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่มีช่องว่าง มี 219 symmetries คริสตัลเป็นไปได้เรียกว่าเป็นพื้นที่กลุ่ม crystallographic สิ่งเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มออกเป็นระบบคริสตัล 7 ระบบเช่นระบบลูกบาศก์คริสตัล (ซึ่งผลึกอาจเป็นก้อนหรือกล่องสี่เหลี่ยมเช่นเฮไลท์ที่แสดงทางด้านขวา) หรือระบบคริสตัลหกเหลี่ยม (ซึ่งผลึกอาจเป็นรูปหกเหลี่ยมเช่นน้ำแข็งธรรมดา )

ใบหน้าและรูปร่างของคริสตัล

ในฐานะที่เป็น haliteคริสตัลมีการเจริญเติบโตอะตอมใหม่ได้อย่างง่ายดายมากสามารถแนบไปกับชิ้นส่วนของพื้นผิวที่มีโครงสร้างอะตอมขนาดหยาบและหลาย พันธบัตรห้อยต่องแต่ง ดังนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้ของคริสตัลจึงงอกออกมาอย่างรวดเร็ว (ลูกศรสีเหลือง) ในที่สุดพื้นผิวทั้งหมดประกอบด้วยใบหน้าที่เรียบและ มั่นคงซึ่งอะตอมใหม่ไม่สามารถยึดติดกันได้อย่างง่ายดาย

คริสตัลเป็นที่รู้จักโดยทั่วไปจากรูปร่างประกอบด้วยใบหน้าแบนที่มีมุมที่คมชัด ลักษณะรูปร่างเหล่านี้ไม่จำเป็นสำหรับคริสตัล - คริสตัลถูกกำหนดทางวิทยาศาสตร์โดยการจัดเรียงอะตอมด้วยกล้องจุลทรรศน์ไม่ใช่รูปร่างมหภาค - แต่รูปร่างลักษณะมหภาคมักปรากฏให้เห็นและมองเห็นได้ง่าย

ผลึกยูฮีดอลคือผลึกที่มีใบหน้าแบนที่เห็นได้ชัดและมีรูปร่างที่ดี คริสตัลแอนฮีดอลไม่ได้เนื่องจากคริสตัลเป็นเม็ดเดียวในของแข็งโพลีคาร์บอเนต

ใบหน้าแบน (เรียกอีกแง่มุม ) ของeuhedralคริสตัลจะเน้นในลักษณะเฉพาะเมื่อเทียบกับพื้นฐานการจัดเรียงอะตอมของผลึกพวกเขามีเครื่องบินของค่อนข้างต่ำดัชนีมิลเลอร์ ^[9]สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการวางแนวพื้นผิวบางส่วนมีความเสถียรมากกว่าแบบอื่น ๆ ( พลังงานพื้นผิวต่ำกว่า) เมื่อคริสตัลเติบโตขึ้นอะตอมใหม่จะยึดติดกับส่วนที่หยาบกว่าและมีความเสถียรน้อยกว่าของพื้นผิวได้ง่าย แต่น้อยกว่ากับพื้นผิวที่เรียบและมั่นคง ดังนั้นพื้นผิวเรียบจึงมีขนาดใหญ่ขึ้นและเรียบขึ้นจนกระทั่งพื้นผิวคริสตัลทั้งหมดประกอบด้วยพื้นผิวระนาบเหล่านี้ (ดูแผนภาพด้านขวา)

หนึ่งในเทคนิคที่เก่าแก่ที่สุดในวิทยาศาสตร์ของผลึกประกอบด้วยการวัดการหมุนสามมิติของใบหน้าของคริสตัลและใช้พวกเขาเพื่อสรุปพื้นฐานสมมาตรคริสตัล

นิสัยคริสตัลเป็นรูปทรงภายนอกที่มองเห็นได้ สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยโครงสร้างของคริสตัล (ซึ่ง จำกัด การวางแนวด้านที่เป็นไปได้) เคมีและพันธะของคริสตัลที่เฉพาะเจาะจง (ซึ่งอาจเป็นที่ชื่นชอบบางแง่มุมมากกว่าชนิดอื่น ๆ ) และเงื่อนไขที่คริสตัลก่อตัวขึ้น

เกิดขึ้นในธรรมชาติ

เกล็ด น้ำแข็ง

ฟอสซิล เปลือกด้วย ผลึก แคลไซต์

หิน

โดยปริมาณและน้ำหนักความเข้มข้นที่ใหญ่ที่สุดของผลึกในโลกเป็นส่วนหนึ่งของของแข็งข้อเท็จจริง โดยทั่วไปแล้วคริสตัลที่พบในหินจะมีขนาดตั้งแต่เศษมิลลิเมตรไปจนถึงหลายเซนติเมตรแม้ว่าจะพบผลึกขนาดใหญ่เป็นพิเศษในบางครั้ง เมื่อปี 2542^{[อัปเดต]}คริสตัลที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือคริสตัลเบริลจาก Malakialina มาดากัสการ์ยาว 18 ม. (59 ฟุต) เส้นผ่านศูนย์กลาง 3.5 ม. (11 ฟุต) น้ำหนัก 380,000 กก. (840,000 ปอนด์) ^[10]

ผลึกบางชนิดเกิดจากกระบวนการแมกมาติกและการแปรสภาพทำให้เกิดผลึกหินจำนวนมาก หินอัคนีส่วนใหญ่เกิดจากหินหนืดหลอมเหลวและระดับของการตกผลึกขึ้นอยู่กับสภาวะที่ทำให้แข็งตัวเป็นหลัก หินเช่นหินแกรนิตซึ่งเย็นตัวช้ามากและอยู่ภายใต้แรงกดดันอย่างมากได้ตกผลึกอย่างสมบูรณ์ แต่ลาวาหลายชนิดถูกเทออกที่พื้นผิวและเย็นลงอย่างรวดเร็วและในกลุ่มหลังนี้มีสสารอสัณฐานหรือคล้ายแก้วเล็กน้อย หินผลึกอื่น ๆ หินแปรเช่นหินอ่อน , ไมกา schistsและquartzitesจะ recrystallized ซึ่งหมายความว่าพวกเขาอยู่ที่โขดหิน fragmental ก่อนเช่นหินปูน , หินและหินทรายและไม่เคยได้รับในหลอมเหลวสภาพมิได้สิ้นเชิงในการแก้ปัญหา แต่อุณหภูมิและความดันเงื่อนไขสูงของการแปรสภาพได้กระทำกับพวกเขาโดยการลบโครงสร้างเดิมของพวกเขาและกระตุ้นให้เกิดการตกผลึกใน สถานะของแข็ง ^[11]

ผลึกหินอื่น ๆ ได้เกิดจากการตกตะกอนจากของเหลวโดยทั่วไปคือน้ำจนกลายเป็นแร่ดรูสหรือเส้นเลือดควอตซ์ evaporitesเช่นHalite (แร่) , ยิปซั่มและหินปูนบางคนได้รับฝากจากสารละลายส่วนใหญ่เนื่องจากการระเหยในสภาพอากาศที่แห้งแล้ง

น้ำแข็ง

น้ำที่ใช้น้ำแข็งในรูปแบบของหิมะ , ทะเลน้ำแข็งและธารน้ำแข็งเป็นผลึกที่พบบ่อย / โครงสร้าง polycrystalline บนโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ^[12]เดียวเกล็ดหิมะเป็นผลึกเดี่ยวหรือคอลเลกชันของผลึกที่^[13]ในขณะที่ก้อนน้ำแข็งเป็นpolycrystal ^[14]

ผลึกออร์แกนิก

ที่อาศัยอยู่หลายคนมีชีวิตที่มีความสามารถในการผลิตผลึกเช่นแคลเซียมคาร์บอเนตและaragoniteในกรณีของที่สุดหอยหรือhydroxylapatiteในกรณีของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

Polymorphism และ allotropy

อะตอมกลุ่มเดียวกันมักจะแข็งตัวได้หลายวิธี Polymorphismคือความสามารถของของแข็งที่มีอยู่ในรูปแบบคริสตัลมากกว่าหนึ่งรูปแบบ ตัวอย่างเช่นโดยทั่วไปแล้วน้ำแข็งในน้ำจะพบในรูปหกเหลี่ยมIce I hแต่ยังสามารถมีอยู่ในรูปของน้ำแข็งที่ I c , น้ำแข็งรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน IIและรูปแบบอื่น ๆ อีกมากมาย polymorphs ที่แตกต่างกันมักจะเรียกว่าแตกต่างกันขั้นตอน

นอกจากนี้อะตอมเดียวกันอาจก่อตัวเป็นเฟสที่ไม่เป็นผลึกได้ ตัวอย่างเช่นน้ำสามารถก่อตัวเป็นน้ำแข็งอสัณฐานได้ในขณะที่ SiO ₂สามารถสร้างได้ทั้งซิลิกาที่หลอมรวม (แก้วอสัณฐาน) และควอตซ์ (คริสตัล) ในทำนองเดียวกันหากสารสามารถสร้างผลึกได้ก็สามารถก่อตัวเป็นโพลีคริสตัลได้เช่นกัน

สำหรับองค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์แตกต่างเป็นที่รู้จักกันอัญรูป ตัวอย่างเช่นเพชรและกราไฟต์เป็นคาร์บอนสองรูปแบบผลึกในขณะที่คาร์บอนอสัณฐานเป็นรูปแบบที่ไม่เป็นผลึก โพลีมอร์ฟแม้ว่าจะมีอะตอมเหมือนกัน แต่ก็อาจมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่นเพชรเป็นหนึ่งในสารที่แข็งที่สุดที่รู้จักกันดีในขณะที่กราไฟต์มีความนุ่มมากจนใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่น

Polyamorphismเป็นปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันซึ่งอะตอมเดียวกันสามารถมีอยู่ในรูปของแข็งอสัณฐานได้มากกว่าหนึ่งรูปแบบ

การตกผลึก

เครื่องตกผลึกความเย็นแนวตั้ง ในโรงงานน้ำตาลบีทรูท

การตกผลึกเป็นกระบวนการสร้างโครงสร้างผลึกจากของเหลวหรือจากวัสดุที่ละลายในของเหลว (ไม่ค่อยมีการสะสมผลึกโดยตรงจากก๊าซดูการสะสมของฟิล์มบางและepitaxy )

การตกผลึกเป็นสาขาที่ซับซ้อนและได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเนื่องจากขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของเหลวชนิดเดียวสามารถแข็งตัวเป็นรูปแบบต่างๆที่เป็นไปได้ มันสามารถสร้างผลึกเดี่ยวอาจจะมีความเป็นไปได้ต่าง ๆขั้นตอน , stoichiometriesสิ่งสกปรกข้อบกพร่องและนิสัย หรืออาจก่อตัวเป็นโพลีคริสตัลที่มีความเป็นไปได้ต่างๆสำหรับขนาดการจัดเรียงการวางแนวและระยะของเมล็ด รูปแบบสุดท้ายของของแข็งจะถูกกำหนดโดยภายใต้เงื่อนไขที่ของเหลวจะถูกผลึกเช่นเคมีของของเหลวที่ความดันบรรยากาศที่อุณหภูมิและความเร็วที่พารามิเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลง

เทคนิคอุตสาหกรรมที่เฉพาะเจาะจงในการผลิตผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (ที่เรียกว่าลูกเปตอง ) รวมถึงกระบวนการ Czochralskiและเทคนิค Bridgman วิธีการอื่น ๆ ที่แปลกใหม่น้อยตกผลึกอาจจะใช้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของสารรวมทั้งการสังเคราะห์ไฮโดร , ระเหิดหรือเพียงแค่การตกผลึกใช้ตัวทำละลาย

ผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยกระบวนการทางธรณีวิทยา ตัวอย่างเช่นผลึกซีลีไนต์ที่สูงเกิน 10 เมตรพบได้ในCave of the Crystalsในเมือง Naica ประเทศเม็กซิโก ^[15]สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการก่อผลึกทางธรณีวิทยาเห็นข้างต้น

คริสตัลนอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นโดยกระบวนการทางชีวภาพให้ดูข้างต้น ตรงกันข้ามสิ่งมีชีวิตบางอย่างมีเทคนิคพิเศษในการป้องกันไม่ให้เกิดการตกผลึกจากที่เกิดขึ้นเช่นโปรตีนสารป้องกันการแข็งตัว

ข้อบกพร่องสิ่งสกปรกและการจับคู่

ข้อบกพร่องทางผลึกสองประเภท ด้านบนขวา:ขอบคลาดเคลื่อน ด้านล่างขวา:คลาดเคลื่อนสกรู

เหมาะคริสตัลมีอะตอมที่สมบูรณ์แบบในทุกรูปแบบการทำซ้ำว่า ^[16]อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงวัสดุที่เป็นผลึกส่วนใหญ่มีข้อบกพร่องในการตกผลึกหลายแบบซึ่งเป็นจุดที่รูปแบบของคริสตัลถูกขัดจังหวะ ประเภทและโครงสร้างของข้อบกพร่องเหล่านี้อาจมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติของวัสดุ

ตัวอย่างบางส่วนของข้อบกพร่องทางผลึก ได้แก่ ข้อบกพร่องที่ว่าง (พื้นที่ว่างที่อะตอมควรพอดี) ข้อบกพร่องคั่นระหว่างหน้า (อะตอมพิเศษที่บีบในจุดที่ไม่พอดี) และความคลาดเคลื่อน (ดูรูปด้านขวา) ผลกระทบที่มีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุศาสตร์เพราะพวกเขาช่วยตรวจสอบความแข็งแรงทางกลของวัสดุ

ข้อบกพร่องในการตกผลึกอีกประเภทหนึ่งที่พบบ่อยคือสิ่งเจือปนซึ่งหมายความว่าอะตอม "ผิด" มีอยู่ในคริสตัล ตัวอย่างเช่นคริสตัลที่สมบูรณ์แบบของเพชรจะมีเฉพาะอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น แต่คริสตัลแท้อาจมีอะตอมโบรอนอยู่บ้างเช่นกัน สิ่งเจือปนโบรอนเหล่านี้จะเปลี่ยนสีของเพชรเป็นสีน้ำเงินเล็กน้อย ในทำนองเดียวกันความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทับทิมและแซฟไฟร์คือชนิดของสิ่งสกปรกที่มีอยู่ในคริสตัลคอรันดัม

จับคู่ หนาแน่นกลุ่มคริสตัล

ในสารกึ่งตัวนำสิ่งเจือปนชนิดพิเศษที่เรียกว่าสารเจือปนจะทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของคริสตัลเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เช่นทรานซิสเตอร์สามารถทำได้โดยการใส่สารกึ่งตัวนำเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันลงในที่ต่างๆในรูปแบบที่เฉพาะเจาะจง

จับคู่เป็นบางปรากฏการณ์ระหว่างข้อบกพร่อง crystallographic และขอบเกรน เช่นเดียวกับขอบเขตเมล็ดพืชขอบเขตแฝดมีการวางแนวคริสตัลที่แตกต่างกันทั้งสองด้าน แต่แตกต่างจากขอบเขตเกรนการวางแนวไม่ได้เป็นแบบสุ่ม แต่เกี่ยวข้องกันในลักษณะเฉพาะของภาพสะท้อน

โมเสกคือการแพร่กระจายของการวางแนวระนาบคริสตัล คริสตัลโมเสคประกอบด้วยหน่วยผลึกขนาดเล็กที่มีการ misaligned ค่อนข้างมีความเคารพซึ่งกันและกัน

พันธะเคมี

โดยทั่วไปปริมาณของแข็งที่สามารถจัดขึ้นร่วมกันโดยประเภทต่างๆของพันธะเคมีเช่นพันธบัตรโลหะ , พันธบัตรไอออนิก , พันธะโควาเลน , ฟานเดอร์ Waals พันธบัตรและอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นผลึกหรือไม่ใช่ผลึก อย่างไรก็ตามมีแนวโน้มทั่วไปบางประการดังต่อไปนี้

โลหะเป็นโพลีคาร์บอเนตเกือบตลอดเวลาแม้ว่าจะมีข้อยกเว้นเช่นโลหะอสัณฐานและโลหะผลึกเดี่ยว หลังปลูกสังเคราะห์ (โลหะที่มีขนาดเล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ตามธรรมชาติอาจรวมตัวกันเป็นผลึกเดี่ยว แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีขนาดใหญ่กว่า) วัสดุผสมไอออนิกมักเป็นผลึกหรือโพลีคริสตัลลีน ในทางปฏิบัติผลึกเกลือขนาดใหญ่สามารถสร้างขึ้นได้โดยการแข็งตัวของของเหลวที่หลอมเหลวหรือโดยการตกผลึกจากสารละลาย ผูกมัด covalentlyของแข็ง (บางครั้งเรียกของแข็งเครือข่ายโควาเลนต์ ) ยังเป็นคนธรรมดามากตัวอย่างที่โดดเด่นเป็นเพชรและควอทซ์ อ่อนแอแวนเดอร์ Waals กองกำลังยังช่วยถือคริสตัลร่วมกันบางอย่างเช่นผลึกของแข็งโมเลกุลเช่นเดียวกับพันธะ interlayer ในกราไฟท์ โดยทั่วไปวัสดุพอลิเมอร์จะรวมตัวกันเป็นบริเวณที่เป็นผลึก แต่ความยาวของโมเลกุลมักจะป้องกันการตกผลึกที่สมบูรณ์และบางครั้งโพลีเมอร์ก็ไม่มีรูปร่างโดยสมบูรณ์

Quasicrystals

วัสดุ โฮลเมียมแมกนีเซียมสังกะสี (Ho-Mg-Zn) แบบฟอร์ม ควอซีคริสตัลซึ่งสามารถใช้ในรูปร่างมหภาคของ เฟห้าเหลี่ยม quasicrystals เท่านั้นที่สามารถใช้สมมาตร 5 เท่านี้ได้ ขอบใบยาว 2 มม.

quasicrystalประกอบด้วยอาร์เรย์ของอะตอมที่มีการสั่งซื้อ แต่ไม่เป็นระยะอย่างเคร่งครัด พวกมันมีคุณลักษณะหลายอย่างที่เหมือนกันกับคริสตัลธรรมดาเช่นการแสดงรูปแบบที่ไม่ต่อเนื่องในการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์และความสามารถในการสร้างรูปร่างที่มีใบหน้าเรียบและแบน

Quasicrystals มีชื่อเสียงมากที่สุดในด้านความสามารถในการแสดงความสมมาตรห้าเท่าซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับผลึกธาตุทั่วไป (ดูทฤษฎีบทข้อ จำกัด ของผลึก )

สหภาพนานาชาติของผลึกมีนิยามใหม่ของคำว่า "คริสตัล" ที่จะรวมทั้งผลึกธาตุสามัญและควอซีคริสตัล ( "ใด ๆ ที่เป็นของแข็งที่มีความต่อเนื่องเป็นหลักเลนส์แผนภาพ" ^[17] )

Quasicrystals ค้นพบครั้งแรกในปี 1982 ค่อนข้างหายากในทางปฏิบัติ มีเพียงประมาณ 100 ของแข็งเท่านั้นที่รู้จักกันในรูปแบบควาซิคริสตัลเทียบกับผลึกธาตุประมาณ 400,000 ชิ้นที่รู้จักกันในปี 2547 ^[18]รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2554 ได้รับรางวัลจากDan Shechtmanสำหรับการค้นพบควาซิคริสตัล ^[19]

คุณสมบัติพิเศษจาก anisotropy

คริสตัลสามารถมีคุณสมบัติพิเศษทางไฟฟ้าแสงและเชิงกลที่แก้วและโพลีคริสตัลไม่สามารถทำได้ตามปกติ คุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับแอนไอโซโทรปีของคริสตัลกล่าวคือการขาดความสมมาตรในการหมุนในการจัดเรียงอะตอม คุณสมบัติอย่างหนึ่งก็คือผลของเพียโซอิเล็กทริกซึ่งแรงดันไฟฟ้าข้ามคริสตัลสามารถหดตัวหรือยืดออกได้ อีกประการหนึ่งคือbirefringenceซึ่งภาพซ้อนจะปรากฏขึ้นเมื่อมองผ่านคริสตัล นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติต่างๆของคริสตัลรวมถึงการนำไฟฟ้า , permittivity ไฟฟ้าและมอดุลัสอาจจะแตกต่างกันไปในทิศทางที่แตกต่างกันในคริสตัล ตัวอย่างเช่นผลึกกราไฟท์ประกอบด้วยแผ่นซ้อนกันและแม้ว่าแต่ละแผ่นจะมีความแข็งแรงทางกลไกมาก แต่แผ่นนั้นก็ค่อนข้างจะผูกติดกันอย่างหลวม ๆ ดังนั้นความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุจึงค่อนข้างแตกต่างกันขึ้นอยู่กับทิศทางของความเค้น

ไม่ใช่คริสตัลทั้งหมดที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ทั้งหมด ในทางกลับกันคุณสมบัติเหล่านี้ไม่ได้เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะของคริสตัล พวกเขาสามารถปรากฏในแก้วหรือpolycrystalsที่ได้รับการทำanisotropicจากการทำงานหรือความเครียดเผื่อตัวอย่างเช่นbirefringence เกิดความเครียด

การตกผลึก

Crystallographyเป็นศาสตร์แห่งการวัดโครงสร้างผลึก (หรืออีกนัยหนึ่งก็คือการจัดเรียงอะตอม) ของคริสตัล เทคนิคหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายผลึกเป็น X-ray การเลี้ยวเบน ตัวเลขขนาดใหญ่ของโครงสร้างผลึกที่รู้จักกันจะถูกเก็บไว้ในฐานข้อมูล crystallographic

แกลเลอรีรูปภาพ

อินซูลินผลึกที่ปลูกในวงโคจรโลก
Hoar Frost : ผลึกน้ำแข็งชนิดหนึ่ง (ภาพที่ถ่ายจากระยะประมาณ 5 ซม.)
แกลเลียมโลหะที่สร้างผลึกขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดาย
คริสตัลอะพาไทต์ตั้งอยู่ด้านหน้าและตรงกลางของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนโรโดโครไรต์สีแดงเชอร์รี่ก้อนฟลูออไรต์สีม่วงควอตซ์และก้อนไพไรต์สีเหลืองทองเหลือง
ลูกเปตองของซิลิกอนเช่นนี้เป็นประเภทที่สำคัญของอุตสาหกรรมผลิตผลึกเดี่ยว
ตัวอย่างที่ประกอบด้วยคริสตัลแชลโคปีไรต์เคลือบโดยกำเนิดซึ่งตั้งอยู่บนเตียงของผลึกควอทซ์ใสและคริสตัลไพไรต์มันวาว คริสตัลเคลือบผิวโดยกำเนิดมีความยาวไม่เกิน 1.5 ซม.
เหมือนเข็มmilleriteผลึกห่อหุ้มบางส่วนในแคลไซต์คริสตัลและออกซิไดซ์บนพื้นผิวของพวกเขาเพื่อzaratite ; จากDevonian Milwaukee Formation of Wisconsin

ดูสิ่งนี้ด้วย

ปัจจัยการบรรจุปรมาณู
แอนตี้คริสตัล
Cocrystal
คอลลอยด์คริสตัล
การเติบโตของคริสตัล
คริสตัลออสซิลเลเตอร์
ผลึกเหลว
คริสตัลแห่งกาลเวลา

อ้างอิง

^ Stephen Lower "Chem1 ออนไลน์ตำรา-สหรัฐอเมริกาของเรื่อง" สืบค้นเมื่อ 2016-09-19 .
^ Ashcroft และ Mermin (1976) ฟิสิกส์สถานะของแข็งCS1 maint: ใช้พารามิเตอร์ผู้เขียน ( ลิงค์ )
^ κρύσταλλος ,เฮนรีจอร์จ Liddell ,โรเบิร์ตสกอตต์ ,กรีกพจนานุกรมอังกฤษในห้องสมุดดิจิตอลเซอุส
^ κρύοςเฮนรีจอร์จ Liddell, โรเบิร์ตสกอตต์กรีกพจนานุกรมอังกฤษในห้องสมุดดิจิตอลเซอุส
^ "พจนานุกรมมรดกอเมริกันของภาษาอังกฤษ" . Kreus พ.ศ. 2543 อ้างถึงวารสารต้องการ|journal=( ความช่วยเหลือ )CS1 maint: อื่น ๆ ( ลิงค์ )
^ Regal, Brian (2552). Pseudoscience: วิกฤตสารานุกรม กรีนวูด. น. 51. ไอ 978-0-313-35507-3
^ Patti Wigington (31 สิงหาคม 2559). "การใช้คริสตัลและอัญมณีในเวทมนตร์" . About.com . สืบค้นเมื่อ14 พฤศจิกายน 2559 .
^ "เวทมนตร์แห่งคริสตัลและอัญมณี" . แม่มด 14 ธันวาคม 2554 . สืบค้นเมื่อ14 พฤศจิกายน 2559 .
^ วิทยาศาสตร์พื้นผิวของโลหะออกไซด์โดย Victor E.Henrich, PA Cox, หน้า 28,ลิงก์ Google Books
^ G.Cressey and IF Mercer, (1999) Crystals , London, Natural History Museum, หน้า 58
^ ‹ดู Tfd› ประโยคก่อนหน้าอย่างน้อยหนึ่งประโยครวมข้อความจากสิ่งพิมพ์ที่เป็นสาธารณสมบัติแล้ว : ‹ดู Tfd›Flett, John Smith (2454) “ เพทวิทยา ”. ใน Chisholm, Hugh (ed.) สารานุกรมบริแทนนิกา . 21 (ฉบับที่ 11) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
^ โยชิโนริฟุรุคาวะ, "น้ำแข็ง"; Matti Leppäranta, "Sea Ice"; DP Dobhal, "ธารน้ำแข็ง"; และบทความอื่น ๆ ใน Vijay P. Singh, Pratap Singh และ Umesh K. Haritashya, eds.,สารานุกรมหิมะน้ำแข็งและธารน้ำแข็ง (Dordrecht, NE: Springer Science & Business Media, 2011) ไอ 904812641X , 9789048126415
^ ลิเบรชต์เคนเน็ ธ ; วิง, ราเชล (2015-09-01). เกล็ดหิมะ: ฤดูหนาวของ Artistry Voyageur Press. ISBN 9781627887335.
^ Hjorth-Hansen, E. (2017-10-19). Snow Engineering 2000: ความก้าวหน้าและการพัฒนาล่าสุด เส้นทาง ISBN 9781351416238.
^ "Cave of Crystal Giants - นิตยสารเนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก" . nationalgeographic.com .
^ สหราชอาณาจักร), Science Research Council (Great (1972). Report of the Council . HM Stationery Office.
^ International Union of Crystallography (1992). “ รายงานคณะกรรมการบริหารปี 2534” . Acta Crystallogr ก . 48 (6): 922–946 ดอย : 10.1107 / S0108767392008328 . PMC 1826680
^ Steurer W. (2004). "ปีที่ยี่สิบของการวิจัยโครงสร้างในควอซีคริสตัล. ส่วนผมเหลี่ยมแปดเหลี่ยม decagonal และ dodecagonal ควอซีคริสตัล" Z. Kristallogr . 219 (7–2004): 391–446 รหัสไปรษณีย์ : 2004ZK .... 219..391S . ดอย : 10.1524 / zkri.219.7.391.35643 .
^ "รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2554" . Nobelprize.org สืบค้นเมื่อ2011-12-29 .

อ่านเพิ่มเติม

โฮเวิร์ดเจไมเคิล; Darcy Howard (ผู้วาดภาพประกอบ) (1998). "ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการตกผลึกและระบบผลึกแร่" . ร้าน Bob's Rock สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2006-08-26 . สืบค้นเมื่อ2008-04-20 .
คราสมันน์, โทมัส (2548–2551) “ โครงการคริสตัลยักษ์” . Krassmann. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2008-04-26 . สืบค้นเมื่อ2008-04-20 .
ผู้เขียนหลายคน (2550) “ จุลสารการสอน” . ค่าคอมมิชชั่นในการสอน Crystallographic สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 2008-04-17 . สืบค้นเมื่อ2008-04-20 .
ผู้เขียนหลายคน (2547) "โครงสร้างผลึกตาข่าย: ดัชนีโดยกลุ่มอวกาศ" สืบค้นเมื่อ2016-12-03 .
ผู้เขียนหลายคน (2010) “ การตกผลึก” . สเปนสภาวิจัยแห่งชาติกรมผลึก สืบค้นเมื่อ2010-01-08 .

[1] Stephen Lower "Chem1 ออนไลน์ตำรา-สหรัฐอเมริกาของเรื่อง" สืบค้นเมื่อ 2016-09-19 .

[2] Ashcroft และ Mermin (1976) ฟิสิกส์สถานะของแข็งCS1 maint: ใช้พารามิเตอร์ผู้เขียน ( ลิงค์ )

[3] κρύσταλλος ,เฮนรีจอร์จ Liddell ,โรเบิร์ตสกอตต์ ,กรีกพจนานุกรมอังกฤษในห้องสมุดดิจิตอลเซอุส

[4] κρύοςเฮนรีจอร์จ Liddell, โรเบิร์ตสกอตต์กรีกพจนานุกรมอังกฤษในห้องสมุดดิจิตอลเซอุส

[5] "พจนานุกรมมรดกอเมริกันของภาษาอังกฤษ" . Kreus พ.ศ. 2543 อ้างถึงวารสารต้องการ|journal=( ความช่วยเหลือ )CS1 maint: อื่น ๆ ( ลิงค์ )

[6] Regal, Brian (2552). Pseudoscience: วิกฤตสารานุกรม กรีนวูด. น. 51. ไอ 978-0-313-35507-3

[7] Patti Wigington (31 สิงหาคม 2559). "การใช้คริสตัลและอัญมณีในเวทมนตร์" . About.com . สืบค้นเมื่อ14 พฤศจิกายน 2559 .

[8] "เวทมนตร์แห่งคริสตัลและอัญมณี" . แม่มด 14 ธันวาคม 2554 . สืบค้นเมื่อ14 พฤศจิกายน 2559 .

[9] วิทยาศาสตร์พื้นผิวของโลหะออกไซด์โดย Victor E.Henrich, PA Cox, หน้า 28,ลิงก์ Google Books

[10] G.Cressey and IF Mercer, (1999) Crystals , London, Natural History Museum, หน้า 58

[EB1911-11] ‹ดู Tfd› ประโยคก่อนหน้าอย่างน้อยหนึ่งประโยครวมข้อความจากสิ่งพิมพ์ที่เป็นสาธารณสมบัติแล้ว : ‹ดู Tfd›Flett, John Smith (2454) “ เพทวิทยา ”. ใน Chisholm, Hugh (ed.) สารานุกรมบริแทนนิกา . 21 (ฉบับที่ 11) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

[12] โยชิโนริฟุรุคาวะ, "น้ำแข็ง"; Matti Leppäranta, "Sea Ice"; DP Dobhal, "ธารน้ำแข็ง"; และบทความอื่น ๆ ใน Vijay P. Singh, Pratap Singh และ Umesh K. Haritashya, eds.,สารานุกรมหิมะน้ำแข็งและธารน้ำแข็ง (Dordrecht, NE: Springer Science & Business Media, 2011) ไอ 904812641X , 9789048126415

[13] ลิเบรชต์เคนเน็ ธ ; วิง, ราเชล (2015-09-01). เกล็ดหิมะ: ฤดูหนาวของ Artistry Voyageur Press. ISBN 9781627887335.

[14] Hjorth-Hansen, E. (2017-10-19). Snow Engineering 2000: ความก้าวหน้าและการพัฒนาล่าสุด เส้นทาง ISBN 9781351416238.

[15] "Cave of Crystal Giants - นิตยสารเนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก" . nationalgeographic.com .

[16] สหราชอาณาจักร), Science Research Council (Great (1972). Report of the Council . HM Stationery Office.

[17] International Union of Crystallography (1992). “ รายงานคณะกรรมการบริหารปี 2534” . Acta Crystallogr ก . 48 (6): 922–946 ดอย : 10.1107 / S0108767392008328 . PMC 1826680

[18] Steurer W. (2004). "ปีที่ยี่สิบของการวิจัยโครงสร้างในควอซีคริสตัล. ส่วนผมเหลี่ยมแปดเหลี่ยม decagonal และ dodecagonal ควอซีคริสตัล" Z. Kristallogr . 219 (7–2004): 391–446 รหัสไปรษณีย์ : 2004ZK .... 219..391S . ดอย : 10.1524 / zkri.219.7.391.35643 .

[19] "รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2554" . Nobelprize.org สืบค้นเมื่อ2011-12-29 .

[1]