Кристаллы и их применение Кристаллы, кристаллы, соцветья во мглу погруженной земли. Когда расцвели вы, на свете другие цветы не цвели. Нацежен был мало-помалу Из мрака лучистый хрусталь, чтоб стало под силу кристаллу вместить несовместимую даль. Тускла на свету, но как факел кристалла живая свеча пылает во мраке…Во мраке – начало любого луча. Испанский поэт и философ Мигель де Унамуно

Введение Мы живём в мире, в котором большая часть веществ находится в твёрдом состоянии. Мы пользуемся различными находится в твёрдом состоянии. Мы пользуемся различными механизмами, приборами. Мы живём в домах и квартирах. Имеем мебель, бытовые приборы, современные средства связи: радио, телевидение, компьютеры и т.д. А ведь всё это твёрды тела. С физической точки зрения, человек - твёрдое тело. В природе часто встречаются твёрдые тела, имеющие форму правильных многогранников. Такие тела назвали кристаллами. Знаменитое изречение академика А.Е. Ферсмана « Почти весь мир кристалличен. В мире царит кристалл и его твёрдые прямолинейные законы » полностью согласуется с неугасающим научным интересом учённых всего мира и всех областей знания научным интересом учённых всего мира и всех областей знания к данному объекту исследования. к данному объекту исследования. Чтобы наиболее полно и всесторонне изучить эту проблему, мы создали четыре группы: теоретики, инженеры, ювелиры и создали четыре группы: теоретики, инженеры, ювелиры и экспериментаторы. Перед каждой группой стояли свои цели и решались определённые задачи. Мы предлагаем результаты нашей работы вашему вниманию.

Происхождение кристаллов Симметрия... Является той Идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытался построить порядок, красоту и совершенство. Герман Вейль Кристалл – от греч. «кристаллом» – Кристалл – от греч. «кристаллом» – буквально лед, горный хрусталь. буквально лед, горный хрусталь. Симметрия кристаллов – закономерность атомного строения, внешней формы и физических свойств кристаллов, заключающаяся в том, что кристалл может быть совмещён с самим собой путём поворотов, отражений, параллельных переносов (трансляций) и других преобразований симметрий, а также комбинаций этих преобразований.

Пространственная решётка

Кальцит Во всех структурах кристаллов можно выделить множество одинаковых атомов, расположенных наподобие узлов пространственной решётки. Для всех без исключения кристаллов характерно решётчатое строение.

Простые формы низших сингоний

Важнейшие простые формы кубических сингоний

Простые формы средних сингоний

Монокристаллы и поликристаллы Монокристаллом называется одиночный кристалл, имеющий макроскопическую упорядоченную кристаллическую решётку. Монокристаллы обычно обладают геометрически правильной внешней формой, но этот признак не является обязательным. Поликристаллы – совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов – кристаллитов. В отличии от монокристаллов поликристаллы изотропны, т.е. их свойства одинаковы во всех направлениях.

Самоцвет, или драгоценный камень Отличительная черта – особая красота. В большинстве своём это минералы, гораздо реже – минеральные агрегаты (горные породы). К драгоценным камням относят также некоторые материалы органического происхождения: Аметист Горный хрусталь Бирюза Жемчуг КораллЛазурит

Янтарь Серпентин Нефрит Изумруд

Полудрагоценные камни Учение о драгоценных камнях – геммология. Это часть науки о полезных ископаемых, охватывающая происхождение, строение, классификацию и обработку драгоценных камней. Аметист Циркон Топаз

Ювелирные изделия Под ювелирными изделиями понимают: Украшение, состоящее из одного или нескольких драгоценных камней, оправленных в драгоценный металл.

Меры массы драгоценных камней Карат – единица массы, бытующая в торговле драгоценными камнями и в ювелирном деле с античных времён. 1 карат = 0,2 г. Грамм – единица массы, используемая в торговле ювелирными камнями для менее дорогих камней, и особенно для необработанного камне цветного сырья (например, группа кварца) Гран – мера массы жемчуга 1 гран = 0,05 г. = 0,25 кар.

Эффект «кошачьего глаза» Поверхностные оптические эффекты: световые фигуры и цветовые переливы Причины появления – отражение, интерференция и дифракция световых волн. Эффект «кошачьего глаза» присущ камням, представляющим собой агрегаты параллельно сросшихся волокнистых или игольчатых индивидов либо содержащим тонкие параллельно ориентированные полые каналы.

Астеризм Астеризм - появление на поверхности камня световых фигур в виде светлых полосок, пересекающихся в одной точке и напоминающих звёздные лучи; число этих лучей и угол их пересечения определяются симметрией кристаллов. Иризация Иризация – радужная цветовая игра некоторых ювелирных камней, результат разложения белого цвета, преломляющегося на мелких разрывах и трещинках в камне на спектральные цвета.

Адулярисценция Адулярисценция - голубовато-белое мерцающее сияние лунного камня, драгоценной разновидности адуляра. Лабрадорисценция Лабрадорисценция – цветовая игра синих, зелёных, красных, золотисто- коричневых и других тонах с металлическим отливом, наблюдаемая у лабрадора и особенно у спектролита – его финской разновидности, играющей всеми цветами спектра.

«Шёлк» «Шёлк» - шелковистый блеск и переливы у некоторых драгоценных камней, вызванные присутствием в них параллельно ориентированных включений тонковолокнистых или игольчатых минералов либо полых канальцев. Опализация - мерцание цветовых искр у благородного опала, меняющееся в зависимости от угла зрения. Опализация

Применение жидких кристаллов в устройствах отображения информации. В конце XIX века в германской физике О. Леман и австрийский ботаник Ф. Рейнитцер обратили внимание на то, что некоторые аморфные и жидкие вещества отличаются весьма упорядоченной параллельной укладкой удлинённых по форме молекул. Позже их назвали жидкими кристаллами (ЖК). Различают смектические кристаллы (с послойной укладкой молекул), нематические (с хаотически параллельно смещёнными удленёнными молекулами) и холестерические (по структуре близкие к нематическим, но отличающихся большей подвижностью молекул).

Принцип работы ЖК-индикатора Расположение молекул в ЖК изменяется под действием таких факторов, как температура, давление, электрические и магнитные поля; изменения же расположения молекул приводят к изменению оптических свойств, таких как цвет, прозрачность и способность к вращению плоскости поляризации проходящего света. На всём этом основаны многочисленные применения ЖК.

TFT - технологии В дисплеях, сделанных по технологии TN-Film, жидкие кристаллы выравниваются перпендикулярно подлодке, так же, как и в обычных TFT- дисплеях. Плёнка на верхней поверхности позволяет увеличить угол обзора. TN+Film

IPS (In-Plane Switching или Super-TFT) При подаче напряжения молекулы выравниваются параллельно подложке.

MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) Технология MVA фирмы Fujitsu. С технической точки зрения это наилучший компромисс для получения широких углов обзора и малого времени реакции.

Сравнение различных технологий Технология MVA обеспечивает улучшенное время реакции и хорошие значения угла обзора, однако рыночная доля технологии Fujitsu до сих пор достаточно мала.

Выращивание кристаллов в домашних условиях

Выращивание кристаллов с использованием медного купороса

Кристалл ОтрасльПример применения Алмаз Разведка и добыча полезных ископаемых Буровые инструменты Ювелирная промышленность Украшения Контрольно-измерительные приборы Морские хронометры – особо точные приборы Обрабатывающая промышленность Алмазные подшипники Рубин ПриборостроениеОпорные камни для часов Химическая промышленность Фильеры для протяжки волокна Научные исследования Рубиновый лазер Ювелирная промышленность Украшения Германий, кремний Электронная промышленность Полупроводниковые схемы и устройства Флюорит, турмалин, исландский шпат Опто-электронная промышленность Оптические приборы Кварц, слюда Электронная промышленность Электронные приборы (конденсаторы и т.д.) Применение кристаллов

Кристалл ОтрасльПример применения Сапфир, аметист Ювелирная промышленность Украшения Графит ОбрабатывающаяГрафитовая смазка Машиностроение Графитовая смазка Итоги Все физические свойства, благодаря которым кристаллы так широко применяются, зависят от их строения – их пространственной кристаллической решётки.

Занимательные задачи 2. Почему снежинки имеют правильную форму? Ответ: Основное свойство кристаллов – симметрия. 3. Почему стекло разбивается даже при небольшой нагрузке? Ответ: Стекло относится к хрупким телам, у которых практически отсутствует пластическая деформация, так что упругая деформация непосредственно завершается разрушением. 4. Почему в мороз снег скрепит по ногами? Ответ: Снежинки – кристаллики, под ногами они разрушаются, вследствие этого появляется звук. 1. Какие отличия между кристаллическими твёрдыми телами и жидкими вы знаете? Ответ: Правильная геометрическая форма является существенным внешним признаком любого кристалла в природных условиях.

5. Алмаз и графит состоят из одинаковых атомов углерода. Почему же отличаются свойства алмаза и графита? Ответ: Эти вещества различаются кристаллическим строением. У алмаза прочные ковалентные связи, у графита – слоистая структура. 6. Какое свойство отличает алмаз от других веществ? Ответ: Твёрдость. 7. Какие вещества вы знаете, которые не уступают алмазу по прочности? Ответ: Одним из таких веществ является нитрид бора. Очень прочной ковалентной связью связываются атомы бора и азота в кристаллической решётке нитрида бора. Нитрид бора по твёрдости не уступает алмазу, по прочности и термостойкости превосходит его.