Τι είναι ο κρύσταλλος ;
Οι κρύσταλλοι είναι υλικά που παρουσιάζουν μια πολύ τακτική και επαναλαμβανόμενη διάταξη των ατόμων ή των μορίων τους. Αυτό το τακτικό μοτίβο είναι που κάνει τους κρυστάλλους τόσο ξεχωριστούς! Τα άτομα ενός κρυστάλλου είναι συνήθως διατεταγμένα σύμφωνα με ένα τρισδιάστατο πλέγμα, το οποίο προσδίδει στους κρυστάλλους τη χαρακτηριστική τους λαμπερή όψη.
Οι κρύσταλλοι σχηματίζονται από διαλύματα, πράγμα που σημαίνει ότι οι χημικές ουσίες και τα μόρια από τα οποία αποτελούνται αναμιγνύονται σε υγρή μορφή. Όταν αυτά τα μόρια ψύχονται αργά, αρχίζουν να ευθυγραμμίζονται με τάξη. Όσο πιο αργά ψύχονται τα μόρια, τόσο μεγαλύτεροι και πιο τέλειοι είναι οι κρύσταλλοι.
Τα στάδια σχηματισμού των κρυστάλλων
-
Δημιουργία πυρήνα
Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία ενός κρυστάλλου είναι η δημιουργία ενός πυρήνα. Αυτό μπορεί να συμβεί τυχαία, αλλά οι κρύσταλλοι θα σχηματιστούν πιο εύκολα αν τους δώσετε ένα μικρό σπόρο για να ξεκινήσουν. Ο πυρήνας μπορεί να σχηματιστεί από πολλά πράγματα, όπως σωματίδια σκόνης και πάγου στον αέρα, ή ακόμα και ένα απλό κόκκο σκόνης στα δάχτυλά σας !
-
Κρυστάλλωση
Η κρυστάλλωση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα μόρια ευθυγραμμίζονται για να σχηματίσουν έναν κρύσταλλο. Αυτό συμβαίνει όταν ο πυρήνας περιβάλλεται από ένα διάλυμα που περιέχει τα κατάλληλα μόρια. Τα μόρια του διαλύματος προσκολλώνται στον πυρήνα και αρχίζουν να σχηματίζουν έναν κρύσταλλο.
-
Ανάπτυξη του κρυστάλλου
Καθώς ο κρύσταλλος αναπτύσσεται, όλο και περισσότερα μόρια εναποτίθενται στη δομή του. Η ταχύτητα ανάπτυξης καθορίζεται από διάφορες παραμέτρους, ιδίως τη θερμοκρασία και την υγρασία του διαλύματος.
Οι διάφοροι τύποι κρυστάλλων ανάλογα με τη διαδικασία κρυστάλλωσης
Η κρυστάλλωση παράγει πολλούς διαφορετικούς τύπους κρυστάλλων με μοναδικές ιδιότητες! Το σχήμα και το μοτίβο που δημιουργεί κάθε κρύσταλλος εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία κατά τη στιγμή του σχηματισμού.
Υπάρχουν διάφορες ονομασίες για τις μορφές που εμφανίζονται στους κρυστάλλους, μεταξύ των οποίων οι έξι κύριες μορφές που αναφέρονται παρακάτω:
Κυβική: πρόκειται για τη συνηθέστερη μορφή κρυστάλλου, με έξι τετράγωνες όψεις που συναντώνται σε ορθή γωνία
Οκταεδρική: Αυτή η μορφή έχει οκτώ τριγωνικές όψεις και είναι συνηθισμένη στους κρυστάλλους με υψηλή συμμετρία
Τρικλινική: πρόκειται για έναν ακανόνιστο κρύσταλλο με τρεις κύριους άξονες, γεγονός που επιτρέπει την ύπαρξη δύο διαφορετικών μορφών ταυτόχρονα!
Μονοκλινική: Αυτός ο κρύσταλλος έχει μόνο έναν άξονα συμμετρίας. Περιλαμβάνει άνισες πλευρές που συναντώνται σε γωνίες διαφορετικές από 90 μοίρες και αναγνωρίζεται από τις λοξές πλευρές του
Ορθορομβικό: Αυτός ο κρύσταλλος διαθέτει τρεις άξονες συμμετρίας και ορθές γωνίες μεταξύ τους. Οι μορφές του είναι ορθογώνιες
Εξαγωνικό : Πρόκειται για κρύσταλλο με έξι πλευρές και δύο άξονες συμμετρίας που διέρχονται από το κέντρο. Αναγνωρίζεται από τις καμπύλες ακμές του.
Οι διάφοροι τύποι κρυστάλλων
Οι κρύσταλλοι που συναντώνται στη φύση
Οι κρύσταλλοι δεν είναι πάντα καθαροί, γεγονός που δυσχεραίνει τον προσδιορισμό της ακριβούς σύνθεσής τους. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα από τα πιο συνηθισμένα ορυκτά που συναντώνται στη φύση:
Η φθορίτη (CaF₄) είναι ένα ορυκτό που περιέχει φθοριούχο ασβέστιο και υδροφθορικό οξύ (HF). Χρησιμοποιείται από παλιά ως πηγή φθορίου, το οποίο αποτελεί βασικό συστατικό της οδοντόκρεμας και άλλων προϊόντων.
Ο χαλαζίας (SiO₂) είναι το πιο κοινό ορυκτό στη Γη, αποτελώντας περίπου το 12% του φλοιού του πλανήτη. Βρίσκεται σε πολλές διαφορετικές μορφές, όπως ο χαλαζίτης και ο αμέθυστος.
Ο ασβεστίτης (CaCO₃) είναι ένα ορυκτό που απαντάται κυρίως στον ασβεστόλιθο και το μάρμαρο. Αποτελεί βασικό συστατικό του τσιμέντου και χρησιμοποιείται για την παραγωγή γύψου Παρισιού.
Οι κρύσταλλοι που καλλιεργούνται σε εργαστήριο
Στο εργαστήριο, μπορούμε να δημιουργήσουμε κρυστάλλους οποιουδήποτε σχήματος και μεγέθους, ελέγχοντας τις συνθήκες υπό τις οποίες σχηματίζονται. Αυτό μας προσφέρει μεγάλη ευελιξία όσον αφορά τις δυνατότητες αξιοποίησης αυτών των υλικών! Ακολουθούν μερικές συνήθεις εφαρμογές των συνθετικών κρυστάλλων:
– Οι ημιαγωγοί: πρόκειται για υλικά που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικές συσκευές για τον έλεγχο της έντασης του φωτός ή τη μεταφορά σημάτων.
– Οι καταλύτες: πρόκειται για ουσίες που μεταβάλλουν την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων, καθιστώντας τις πιο αποτελεσματικές και λιγότερο δαπανηρές. Μας επιτρέπουν να δημιουργούμε νέα υλικά που χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως τα φαρμακευτικά προϊόντα και οι κινητήρες αυτοκινήτων !
– Κρύσταλλοι διαμαντιού: μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λειαντικά ή εργαλεία κοπής χάρη στη σκληρότητά τους. Χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή τρυπανιών και των άκρων ορισμένων βελόνων !
– Τα γυαλιά: είναι υλικά που μπορούν να σχηματιστούν μέσω μιας διαδικασίας παρόμοιας με την κρυστάλλωση, στην οποία όμως τα άτομα δεν συγκεντρώνονται σε κρυστάλλους. Τα γυαλιά έχουν πολλές εφαρμογές, όπως τα τζάμια κτιρίων και αυτοκινήτων, οι φακοί φωτογραφικών μηχανών, καθώς και οι οπτικές ίνες που επιτρέπουν την απόκτηση εικόνων υψηλής ποιότητας στο διαδίκτυο.
– Τα λέιζερ ημιαγωγών: πρόκειται για συσκευές που περιέχουν έναν ημιαγωγό, ο οποίος επιτρέπει την παραγωγή μιας δέσμης λέιζερ υψηλής ενέργειας και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας ! Αυτού του είδους τα λέιζερ συναντώνται σε συσκευές ανάγνωσης CD ή DVD, καθώς και σε σαρωτές γραμμωτών κωδικών σε σούπερ μάρκετ, βενζινάδικα και σε πολλά άλλα μέρη !