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Sont communspropriétés des cristaux

Introduction

Les cristaux sont des substances solides qui ont une forme externe naturelle de polyèdres symétriques réguliers basée sur leur structure interne, c'est-à-dire sur l'un des nombreux arrangements réguliers spécifiques des particules qui composent la substance.

La physique du solide repose sur le concept de cristallinité de la matière. Toutes les théories des propriétés physiques des solides cristallins reposent sur l'idée de périodicité parfaite des réseaux cristallins. En utilisant cette idée et les concepts qui en découlent sur la symétrie et l'anisotropie des cristaux, les physiciens ont développé une théorie de la structure électronique des solides. Cette théorie permet de donner une classification stricte des solides, déterminant leur type et leurs propriétés macroscopiques. Cependant, cela nous permet de classer uniquement les substances connues et étudiées et ne nous permet pas de prédéterminer la composition et la structure de nouvelles substances complexes qui auraient un ensemble donné de propriétés. Ce dernier problème est particulièrement important pour la pratique, puisque sa solution permettrait de créer des matériaux sur mesure pour chaque cas spécifique. Dans des conditions extérieures appropriées, les propriétés des substances cristallines sont déterminées par leur composition chimique et le type de réseau cristallin. L'étude de la dépendance des propriétés d'une substance vis-à-vis de sa composition chimique et de sa structure cristalline est généralement divisée en les étapes distinctes suivantes : 1) étude générale des cristaux et de l'état cristallin de la matière 2) construction de la théorie des liaisons chimiques et de ses application à l'étude de diverses classes de substances cristallines 3) étude des schémas généraux de changements dans la structure des substances cristallines lorsque leur composition chimique change, 4) établissement de règles permettant de prédéterminer la composition chimique et la structure des substances qui ont un certain ensemble de propriétés physiques.

Basiquepropriétés des cristaux- anisotropie, homogénéité, capacité d'auto-combustion et présence d'un point de fusion constant.

1. Anisotropie

anisotropie des cristaux auto-combustibles

Anisotropie - elle s'exprime par le fait que les propriétés physiques des cristaux ne sont pas les mêmes dans différentes directions. Les grandeurs physiques comprennent les paramètres suivants : résistance, dureté, conductivité thermique, vitesse de la lumière, conductivité électrique. Un exemple typique de substance présentant une anisotropie prononcée est le mica. Les plaques de mica cristallin se divisent facilement uniquement le long de plans. Dans les directions transversales, il est beaucoup plus difficile de fendre les plaques de ce minéral.

Un exemple d'anisotropie est le cristal du minéral disthène. Dans le sens longitudinal, le disthène a une dureté de 4,5, dans le sens transversal - 6. Le disthène minéral (Al 2 O), caractérisé par une dureté nettement différente dans des directions inégales. Le long de l'extension, les cristaux de disthène sont facilement rayés par une lame de couteau ; dans la direction perpendiculaire à l'extension, le couteau ne laisse aucune marque.

Riz. 1 cristal de dythène

Cordiérite minérale (Mg 2 Al 3). Minéral, aluminosilicate de magnésium et de fer. Le cristal de cordiérite apparaît différemment coloré dans trois directions différentes. Si vous coupez un cube avec des bords dans un tel cristal, vous remarquerez ce qui suit. Perpendiculairement à ces directions, puis le long de la diagonale du cube (de haut en haut il y a une couleur bleu grisâtre, dans le sens vertical - couleur bleu indigo et dans le sens traversant le cube - jaune.

Riz. 2 Cube découpé dans de la cordiérite.

Un cristal de sel de table en forme de cube. À partir d'un tel cristal, les tiges peuvent être taillées dans différentes directions. Trois d'entre eux sont perpendiculaires aux faces du cube, parallèles à la diagonale

Chacun des exemples est exceptionnel par sa spécificité. Mais grâce à des recherches précises, les scientifiques sont arrivés à la conclusion que tous les cristaux sont anisotropes d’une manière ou d’une autre. De plus, les formations amorphes solides peuvent être homogènes et même anisotropes (une anisotropie, par exemple, peut être observée lorsque le verre est étiré ou comprimé), mais les corps amorphes ne peuvent en aucun cas prendre eux-mêmes une forme multiforme.

Riz. 3 Détection de l'anisotropie de conductivité thermique sur quartz (a) et de son absence sur verre (b)

A titre d'exemple (Fig. 1) des propriétés anisotropes des substances cristallines, il faut tout d'abord mentionner l'anisotropie mécanique, qui consiste en ce qui suit. Toutes les substances cristallines ne se divisent pas également dans des directions différentes (mica, gypse, graphite, etc.). Les substances amorphes se divisent également dans toutes les directions, car l'amorphisme est caractérisé par l'isotropie (équivalence) - les propriétés physiques se manifestent également dans toutes les directions.

L'anisotropie de la conductivité thermique peut être facilement observée dans l'expérience simple suivante. Appliquez une couche de cire colorée sur le visage d'un cristal de quartz et amenez une aiguille chauffée sur une lampe à alcool au centre du visage. Le cercle de cire fondu obtenu autour de l'aiguille prendra la forme d'une ellipse sur le bord du prisme ou la forme d'un triangle irrégulier sur l'une des faces de la tête de cristal. Sur une substance isotrope, par exemple le verre, la forme de la cire fondue sera toujours un cercle régulier.

L'anisotropie se manifeste également par le fait que lorsqu'un solvant interagit avec un cristal, la vitesse des réactions chimiques est différente dans différentes directions. En conséquence, chaque cristal, une fois dissous, acquiert finalement sa propre forme caractéristique.

En fin de compte, la raison de l'anisotropie des cristaux est qu'avec un arrangement ordonné d'ions, de molécules ou d'atomes, les forces d'interaction entre eux et les distances interatomiques (ainsi que certaines quantités qui ne leur sont pas directement liées, par exemple la conductivité électrique ou la polarisabilité) s'avèrent inégaux dans différentes directions. La raison de l'anisotropie d'un cristal moléculaire peut aussi être l'asymétrie de ses molécules, je voudrais noter que tous les acides aminés, à l'exception du plus simple - la glycine, sont asymétriques.

Toute particule d'un cristal a une composition chimique strictement définie. Cette propriété des substances cristallines est utilisée pour obtenir des substances chimiquement pures. Par exemple, lorsque l’eau de mer est gelée, elle devient fraîche et potable. Maintenant, devinez si la glace de mer est fraîche ou salée ?

2. Uniformité

L'homogénéité s'exprime dans le fait que tous les volumes élémentaires d'une substance cristalline, identiquement orientés dans l'espace, sont absolument identiques dans toutes leurs propriétés : ils ont la même couleur, masse, dureté, etc. Ainsi, chaque cristal est un corps homogène, mais en même temps anisotrope. Un corps est considéré comme homogène si, à des distances finies de n'importe quel point, il en existe d'autres qui lui sont équivalents non seulement physiquement, mais aussi géométriquement. En d’autres termes, ils sont dans le même environnement que ceux d’origine, puisque le placement des particules matérielles dans l’espace cristallin est « contrôlé » par le réseau spatial, nous pouvons supposer que la face cristalline est un réseau nodal plat matérialisé, et que le edge est une rangée nodale matérialisée. En règle générale, les faces cristallines bien développées sont déterminées par les réseaux nodaux ayant la plus grande densité de nœuds. Le point où trois faces ou plus se rencontrent est appelé le sommet du cristal.

L'homogénéité n'est pas seulement inhérente aux corps cristallins. Les formations solides amorphes peuvent également être homogènes. Mais les corps amorphes ne peuvent pas eux-mêmes prendre une forme multiforme.

Des développements sont en cours qui peuvent augmenter le coefficient d’uniformité des cristaux.

Cette invention a été brevetée par nos scientifiques russes. L'invention concerne l'industrie sucrière, notamment la production de masse cuite. L'invention permet d'augmenter le coefficient d'uniformité des cristaux dans la masse cuite et contribue également à augmenter le taux de croissance des cristaux au stade final de croissance en raison d'une augmentation progressive du coefficient de sursaturation.

Les inconvénients de ce procédé connu sont le faible coefficient d'uniformité des cristaux dans la masse cuite de première cristallisation, et la durée importante d'obtention de la masse cuite.

Le résultat technique de l'invention est d'augmenter le coefficient d'uniformité des cristaux dans la masse cuite de première cristallisation et d'intensifier le processus d'obtention de la masse cuite.

3. Capacité de retenue

La capacité d'auto-découpage s'exprime dans le fait que tout fragment ou boule usiné à partir d'un cristal dans un environnement approprié à sa croissance au fil du temps se recouvre d'arêtes caractéristiques d'un cristal donné. Cette caractéristique est liée à la structure cristalline. Une boule de verre, par exemple, ne possède pas une telle caractéristique.

Les propriétés mécaniques des cristaux comprennent les propriétés associées à des effets mécaniques tels que l'impact, la compression, la tension, etc. (clivage, déformation plastique, fracture, dureté, fragilité).

La capacité de s'auto-limiter, c'est-à-dire dans certaines conditions, prendre une forme naturelle à multiples facettes. Cela révèle également sa structure interne correcte. C'est cette propriété qui distingue une substance cristalline d'une substance amorphe. Un exemple illustre cela. Deux boules taillées dans du quartz et du verre sont plongées dans une solution de silice. De ce fait, la boule de quartz sera recouverte de bords, mais celle en verre restera ronde.

Les cristaux d'un même minéral peuvent avoir des formes, des tailles et un nombre de faces différents, mais les angles entre les faces correspondantes seront toujours constants (Fig. 4 a-d) - c'est la loi de constance des angles des facettes dans les cristaux. Dans ce cas, la taille et la forme des faces des différents cristaux d'une même substance, la distance entre eux et même leur nombre peuvent changer, mais les angles entre les faces correspondantes dans tous les cristaux d'une même substance restent constants dans les mêmes conditions. de pression et de température. Les angles entre les faces du cristal sont mesurés à l'aide d'un goniomètre (rapporteur). La loi de constance des angles des facettes s'explique par le fait que tous les cristaux d'une substance ont une structure interne identique, c'est-à-dire ont la même structure.

Selon cette loi, les cristaux d'une certaine substance sont caractérisés par leurs angles spécifiques. Par conséquent, en mesurant les angles, il est possible de prouver que le cristal étudié appartient à une substance particulière.

Les cristaux idéalement formés présentent une symétrie, ce qui est extrêmement rare dans les cristaux naturels en raison de la croissance rapide des faces (Fig. 4e).

Riz. 4ème loi de constance des angles des facettes dans les cristaux (a-d) et croissance des faces avant 1, 3 et 5 d'un cristal poussant sur la paroi d'une cavité cristalline (e)

Le clivage est une propriété des cristaux dans laquelle ils se divisent ou se brisent dans certaines directions cristallographiques, entraînant la formation de plans même lisses appelés plans de clivage.

Les plans de clivage sont orientés parallèlement aux faces cristallines réelles ou possibles. Cette propriété dépend entièrement de la structure interne des minéraux et se manifeste dans les directions dans lesquelles les forces d'adhésion entre les particules matérielles des réseaux cristallins sont les plus faibles.

Selon le degré de perfection, on peut distinguer plusieurs types de décolletés :

Très parfait - le minéral se divise facilement en plaques ou feuilles minces individuelles ; il est très difficile de le diviser dans une autre direction (micas, gypse, talc, chlorite).

Riz. 5 Chlorite (Mg, Fe) 3 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 2 (Mg, Fe) 3 (OH) 6)

Parfait - le minéral se divise relativement facilement, principalement le long des plans de clivage, et les morceaux brisés ressemblent souvent à des cristaux individuels (calcite, galène, halite, fluorite).

Riz. 6Calcite

Moyen - lors de la division, des plans de clivage et des fractures inégales se forment dans des directions aléatoires (pyroxènes, feldspaths).

Riz. 7 Feldspaths ((K, Na, Ca, parfois Ba) (Al 2 Si 2 ou AlSi 3 ) O 8))

Imparfait - les minéraux se divisent dans des directions arbitraires avec formation de surfaces de fracture inégales ; les plans de clivage individuels sont difficiles à détecter (soufre natif, pyrite, apatite, olivine).

Riz. 8 cristaux d'apatite (Ca 5 3 (F, Cl, OH))

Dans certains minéraux, lors de la fissuration, seules des surfaces inégales se forment ; dans ce cas, on parle d'un clivage très imparfait ou de son absence (quartz).

Riz. 9 Quartz(SiO2)

Le clivage peut apparaître dans une, deux, trois directions et rarement plus. Pour le caractériser plus en détail, indiquez la direction dans laquelle s'étend le clivage, par exemple le long d'un rhomboèdre pour la calcite, le long d'un cube pour la halite et la galène, le long d'un octaèdre pour la fluorine.

Les plans de clivage doivent être distingués des faces cristallines : le plan a généralement une brillance plus forte, forme une série de plans parallèles les uns aux autres et, contrairement aux faces cristallines, sur lesquels on ne peut pas observer de nuances.

Ainsi, le clivage peut être tracé dans une (mica), deux (feldspaths), trois (calcite, halite), quatre (fluorine) et six (sphalérite). Le degré de perfection du clivage dépend de la structure du réseau cristallin de chaque minéral, puisque la rupture le long de certains plans (réseaux plats) de ce réseau en raison de liaisons plus faibles se produit beaucoup plus facilement que dans d'autres directions. Dans le cas de forces d’adhésion égales entre particules cristallines, il n’y a pas de clivage (quartz).

Fracture - la capacité des minéraux à se diviser non pas le long des plans de clivage, mais le long d'une surface inégale complexe

La séparation est la propriété de certains minéraux de se diviser avec la formation de plans parallèles, bien que le plus souvent pas entièrement égaux, non déterminés par la structure du réseau cristallin, qui est parfois confondue avec un clivage. Contrairement au clivage, la séparation est une propriété de certains spécimens individuels d'un minéral donné, et non de l'espèce minérale dans son ensemble. La principale différence entre la séparation et le clivage est que les copeaux résultants ne peuvent pas être davantage divisés en fragments plus petits, même avec des copeaux parallèles.

Symétrie- le modèle le plus général associé à la structure et aux propriétés d'une substance cristalline. C’est l’un des concepts fondamentaux généralisants de la physique et des sciences naturelles en général. « La symétrie est la propriété des figures géométriques de répéter leurs parties, ou, plus précisément, leur propriété dans différentes positions de s'aligner sur la position d'origine. » Pour faciliter l'étude, des modèles de cristaux sont utilisés, qui transmettent les formes de cristaux idéaux. Pour décrire la symétrie des cristaux, il est nécessaire de déterminer les éléments de symétrie. Ainsi, un objet symétrique est un objet qui peut être combiné avec lui-même par certaines transformations : rotations et/ou réflexions (Figure 10).

1. Le plan de symétrie est un plan imaginaire qui divise le cristal en deux parties égales, l’une des parties étant pour ainsi dire une image miroir de l’autre. Un cristal peut avoir plusieurs plans de symétrie. Le plan de symétrie est désigné par la lettre latine P.

2. L'axe de symétrie est une ligne, lorsqu'elle tourne à 360° autour de laquelle le cristal répète sa position initiale dans l'espace le nième nombre de fois. Désigné par la lettre L. n - détermine l'ordre de l'axe de symétrie, qui dans la nature ne peut être que du 2ème, 3ème, 4ème et 6ème ordre, c'est-à-dire L2, L3, L4 et L6. Il n’y a pas d’axes d’ordre 5 ou supérieur dans les cristaux, et les axes de premier ordre ne sont pas pris en compte.

3. Centre de symétrie - un point imaginaire situé à l'intérieur du cristal où les lignes reliant les points correspondants à la surface du cristal se coupent et se coupent en deux1. Le centre de symétrie est désigné par la lettre C.

Toute la variété des formes cristallines trouvées dans la nature est réunie en sept systèmes (systèmes) : 1) cubique ; 2) hexagonale ; 3) tétragonal (carré) ; 4) trigonal ; 5) rhombique ; 6) monoclinal et 7) triclinique.

4. Point de fusion constant

La fusion est le passage d'une substance de l'état solide à l'état liquide.

Cela s'exprime par le fait que lorsqu'un corps cristallin est chauffé, la température s'élève jusqu'à une certaine limite ; avec un chauffage supplémentaire, la substance commence à fondre et la température reste constante pendant un certain temps, car toute la chaleur va détruire le réseau cristallin. On pense que la raison de ce phénomène est que la majeure partie de l'énergie de chauffage fournie au corps solide sert à réduire les liaisons entre les particules de la substance, c'est-à-dire pour détruire le réseau cristallin. Dans le même temps, l’énergie d’interaction entre les particules augmente. Une substance fondue possède une plus grande réserve d’énergie interne qu’à l’état solide. La partie restante de la chaleur de fusion est consacrée à l'exécution de travaux visant à modifier le volume du corps lors de sa fusion. La température à laquelle commence la fusion est appelée point de fusion.

Lors de la fusion, le volume de la plupart des corps cristallins augmente (de 3 à 6 %) et lors de la solidification, il diminue. Mais il existe des substances dont le volume diminue lorsqu'elles sont fondues et dont le volume augmente lorsqu'elles se solidifient.

Ceux-ci incluent, par exemple, l'eau et la fonte, le silicium et quelques autres. C'est pourquoi la glace flotte à la surface de l'eau et la fonte solide flotte dans sa propre fonte.

Les substances amorphes, contrairement aux substances cristallines, n'ont pas de point de fusion clairement défini (ambre, résine, verre).

Riz. 12Ambre

La quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre une substance est égale au produit de la chaleur spécifique de fusion et de la masse de la substance.

La chaleur spécifique de fusion montre la quantité de chaleur nécessaire pour transformer complètement 1 kg d'une substance solide en liquide, prise au taux de fusion.

L'unité SI de chaleur spécifique de fusion est 1J/kg.

Pendant le processus de fusion, la température du cristal reste constante. Cette température est appelée point de fusion. Chaque substance a son propre point de fusion.

Le point de fusion d'une substance donnée dépend de la pression atmosphérique.

Dans les corps cristallins au point de fusion, la substance peut être observée simultanément à l'état solide et liquide. Sur les courbes de refroidissement (ou de chauffage) des substances cristallines et amorphes, on constate que dans le premier cas il y a deux inflexions brusques, correspondant au début et à la fin de la cristallisation ; dans le cas du refroidissement d'une substance amorphe, on a une courbe lisse. Grâce à cette caractéristique, il est facile de distinguer les substances cristallines des substances amorphes.

Bibliographie

1. Manuel du chimiste 21 « CHIMIE ET ​​TECHNOLOGIE CHIMIQUE » page 10 (http://chem21.info/info/1737099/)

2. Manuel de géologie (http://www.geolib.net/cristallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html)

3. « Université fédérale de l'Oural, du nom du premier président de la Russie B.N. Eltsine", section Cristallographie géométrique (http://media.ls.urfu.ru/154/489/1317/)

4. Chapitre 1. Cristallographie avec les bases de la chimie des cristaux et de la minéralogie (http://kafgeo.igpu.ru/web-text-books/geology/r1-1.htm)

5. Demande : 2008147470/13, 12/01/2008 ; CIB C13F1/02 (2006.01) C13F1/00 (2006.01). Titulaire(s) du brevet : établissement d'enseignement public d'enseignement professionnel supérieur Académie technologique d'État de Voronej (RU) (http://bd.patent.su/2371000-2371999/pat/servl/servlet939d.html)

6. Université pédagogique d'État de Toula, du nom de L.N. Département d'écologie de Tolstoï Golynskaya F.A. "Le concept de minéraux en tant que substances cristallines" (http://tsput.ru/res/geogr/geology/lec2.html)

7. Cours de formation informatique « Géologie générale » Cours magistral. Conférence 3 (http://igd.sfu-kras.ru/sites/igd.institute.sfu-kras.ru/files/kurs-geologia/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D0% B8/%D0% BB % D0% B5% D0% BA % D1% 86% D0% B8% D1% 8F_3.htm)

8. Cours de physique (http://class-fizika.narod.ru/8_11.htm)

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Propriétés de base des cristaux

Les cristaux ont de multiples facettes, car leurs taux de croissance dans différentes directions sont différents. S’ils étaient identiques, la seule forme serait une boule.

Non seulement le taux de croissance, mais aussi presque toutes leurs propriétés diffèrent dans des directions différentes, c'est-à-dire inhérent aux cristaux anisotropie (« un » - non, « nizos » - identique, « tropos » - propriété), inégalité dans les directions.

Par exemple, la calcite, lorsqu'elle est chauffée, s'étire dans le sens longitudinal (a = 24,9·10 -6 o C -1) et dans le sens transversal, elle se contracte (a = -5,6·10 -6 o C -1). Il a également une direction dans laquelle la dilatation thermique et la compression se compensent (la direction de dilatation nulle). Si vous coupez une plaque perpendiculairement à cette direction, son épaisseur ne changera pas lorsqu'elle est chauffée et elle peut être utilisée pour la fabrication de pièces en mécanique de précision.

Dans le graphite, l'expansion le long de l'axe vertical est 14 fois supérieure à celle dans les directions transversales à cet axe.

L'anisotropie des propriétés mécaniques des cristaux est particulièrement évidente. Les cristaux à structure en couches - mica, graphite, talc, gypse - se divisent très facilement en fines feuilles dans le sens des couches ; leur division dans d'autres directions est incomparablement plus difficile. Le sel est brisé en petits cubes, le longeron espagnol en rhomboèdres (phénomène de clivage).

Dans les cristaux, il existe également une anisotropie des propriétés optiques, de la conductivité thermique, de la conductivité électrique, de l'élasticité, etc.

DANS polycristallin, constitué de nombreux grains monocristallins orientés de manière aléatoire, il n'y a pas d'anisotropie des propriétés.

Encore une fois, il faut souligner que les substances amorphes isotrope.

Certaines substances cristallines peuvent également présenter une isotropie. Par exemple, la lumière se propage dans des cristaux cubiques à la même vitesse dans différentes directions. Nous pouvons dire que de tels cristaux sont optiquement isotropes, bien qu’une anisotropie des propriétés mécaniques puisse être observée dans ces cristaux.

Uniformité – la propriété d’un corps physique d’être identique dans tout son volume. L'homogénéité d'une substance cristalline s'exprime dans le fait que toutes les sections du cristal de même forme et également orientées sont caractérisées par les mêmes propriétés.

Capacité à s'autodétruire – la capacité d'un cristal à prendre une forme multiforme dans des conditions favorables. Décrit par la loi des angles constants de Stenon.

Platitude Et hanche droite . La surface du cristal est limitée par des plans ou des faces qui, se croisant, forment des lignes droites - des bords. Les points d'intersection des arêtes forment les sommets.

Les faces, les arêtes, les sommets, ainsi que les angles dièdres (droits, obtus, aigus) sont des éléments de limitation externe des cristaux. Les angles dièdres (ce sont deux plans sécants), comme mentionné ci-dessus, sont une constante pour un type de substance donné.

La formule d'Euler établit la relation entre les éléments de la contrainte (formes fermées simples uniquement) :

G + B = P + 2,

G – nombre de faces,

B – nombre de sommets,

P – nombre de côtes.

Par exemple, pour un cube 6+8=12+2

Les bords des cristaux correspondent aux rangées du réseau, les faces - aux grilles plates.

Symétrie cristalline .

« Les cristaux brillent par leur symétrie », écrivait le grand cristallographe russe E.S. Fedorov.

La symétrie est la répétition naturelle de figures égales ou de parties égales d'une même figure. "Symétrie" - du grec. « proportionnalité » des points correspondants dans l’espace.

Si un objet géométrique dans un espace tridimensionnel est tourné, déplacé ou réfléchi et, en même temps, il est exactement aligné avec lui-même (transformé en lui-même), c'est-à-dire est resté invariant à la transformation qui lui est appliquée, alors l'objet est symétrique et la transformation est symétrique.

Dans ce cas, il peut y avoir des cas de combinaison :

1. La combinaison de triangles égaux (ou d'autres formes) se fait en les faisant pivoter de 180° dans le sens des aiguilles d'une montre et en les superposant les uns sur les autres. De tels chiffres sont appelés compatibles-égaux. Exemple – gants identiques (gauche ou droite).

Conférence 16

Propriétés physiques des cristaux

La physique du solide est l'étude de la structure et des propriétés physiques des solides. Il établit la dépendance des propriétés physiques sur la structure atomique d'une substance, développe des méthodes d'obtention et d'étude de nouveaux matériaux cristallins présentant des caractéristiques spécifiées.

Les propriétés physiques des cristaux sont déterminées par :

1) la nature des éléments chimiques qui composent les cristaux ;

2) type de liaison chimique ;

3) la nature géométrique de la structure, c'est-à-dire la disposition relative des atomes dans la structure cristalline ;

4) imperfection de la structure, c'est-à-dire la présence de défauts.

En revanche, c'est par les propriétés physiques des cristaux que l'on juge habituellement du type de liaison chimique.

La résistance des cristaux peut être facilement jugée par leurs propriétés mécaniques et thermiques. Plus le cristal est résistant, plus sa dureté est grande et plus son point de fusion est élevé. Si vous étudiez le changement de dureté avec un changement de composition dans une série de substances du même type et comparez les données obtenues avec les valeurs correspondantes des températures de fusion, vous pouvez remarquer un « parallélisme » dans le changement de ces propriétés.

Permettez-moi de vous rappeler que la caractéristique la plus caractéristique des propriétés physiques des cristaux est leur symétrie et anisotropie. Un milieu anisotrope se caractérise par la dépendance de la propriété mesurée à la direction de mesure.

Nous avons déjà dit que la chimie des cristaux est étroitement liée à la cristallographie et à la physique. C'est pourquoi, la tâche principale de la physique des cristaux(une branche de la cristallographie qui étudie les propriétés physiques des cristaux) est l'étude des modèles de propriétés physiques des cristaux à partir de leur structure, ainsi que la dépendance de ces propriétés vis-à-vis des influences externes.

Les propriétés physiques des substances peuvent être divisées en deux groupes : les propriétés sensibles à la structure et les propriétés insensibles à la structure. Les premiers dépendent de la structure atomique des cristaux, les seconds principalement de la structure électronique et du type de liaison chimique. Un exemple des premières est les propriétés mécaniques (masse, densité, capacité thermique, point de fusion, etc.), un exemple des secondes est la conductivité thermique et électrique, les propriétés optiques et autres.

Ainsi, une bonne conductivité électrique des métaux, due à la présence d'électrons libres, sera observée non seulement dans les cristaux, mais aussi dans les métaux en fusion.

La nature ionique de la liaison se manifeste notamment par le fait que de nombreux sels, par exemple les halogénures de métaux alcalins, se dissolvent dans les solvants polaires et se dissocient en ions. Cependant, le manque de solubilité ne peut pas encore servir de preuve de la présence d'une liaison non polaire dans un composé. Ainsi, l'énergie de liaison, par exemple, des oxydes est tellement supérieure à l'énergie de liaison des halogénures alcalins que la constante diélectrique de l'eau n'est plus suffisante pour séparer les ions du cristal.

De plus, certains composés, principalement avec une liaison de type homéopolaire, sous l'influence de la constante diélectrique élevée d'un solvant polaire, peuvent se dissocier en ions en solution, bien qu'à l'état cristallin ils puissent ne pas être des composés ioniques (par exemple, HCl, HBr).

Dans les connexions hétérodesmiques, certaines propriétés, telles que la résistance mécanique des connexions, dépendent d'un seul type de liaison (le plus faible).

Un cristal peut donc être considéré, d’une part, comme un milieu discontinu (discret). En revanche, une substance cristalline peut être considérée comme un milieu anisotrope continu. Dans ce cas, les propriétés physiques qui apparaissent dans une certaine direction ne dépendent pas des traductions. Cela permet de décrire la symétrie des propriétés physiques à l'aide de groupes de symétrie ponctuelle.

Lors de la description de la symétrie d'un cristal, nous ne prenons en compte que la forme externe, c'est-à-dire que nous considérons la symétrie des figures géométriques. P. Curie a montré que la symétrie des figures matérielles est décrite par un nombre infini de groupes ponctuels, qui à la limite tendent vers les sept groupes de symétrie limites précédemment considérés (familles d'un cône tournant, d'un cône fixe, d'un cylindre tournant, d'un cylindre, un cylindre fixe, une famille de bille à points de surface tournante, une famille de bille fixe).

Groupes de points limites - Groupes de Curie - sont appelés groupes de points contenant des axes d'ordres infinis. Il n'y a que sept groupes de limites : ¥, ¥mm, ¥/m, ¥22, ¥/mm, ¥/¥, ¥/¥mm.

Le lien entre le groupe de symétrie ponctuelle d'un cristal et la symétrie de ses propriétés physiques a été formulé par le physicien allemand F. Neumann : un matériau, en ce qui concerne ses propriétés physiques, présente une symétrie du même genre que sa forme cristallographique. Cette position est connue sous le nom de principe de Neumann.

Un élève de F. Neman, le physicien allemand W. Voigt, a considérablement clarifié ce principe et l'a formulé comme suit : un groupe de symétrie de toute propriété physique doit inclure tous les éléments du groupe de symétrie ponctuelle d'un cristal.

Considérons quelques propriétés physiques des cristaux.

Densité cristalline.

La densité d'une substance dépend de la structure cristalline de la substance, de sa composition chimique, du coefficient de compactage atomique, des valences et des rayons des particules qui la composent.

La densité change avec les changements de température et de pression, car ces facteurs provoquent l'expansion ou la contraction d'une substance.

La dépendance de la densité sur la structure peut être démontrée à l'aide de l'exemple de trois modifications d'Al2SiO5 :

· andalousite (r = 3,14 – 3,16 g/cm3) ;

· sillimanite (r = 3,23 – 3,27 g/cm3) ;

· cyanite (r = 3,53 – 3,65 g/cm3).

À mesure que le coefficient de compactage de la structure cristalline augmente, la densité de la substance augmente. Par exemple, lors de la transition polymorphe du graphite en diamant avec un changement du nombre de coordination des atomes de carbone de 3 à 4, la densité augmente en conséquence de 2,2 à 3,5 g/cm3).

La densité des cristaux réels est généralement inférieure à la densité calculée (des cristaux idéaux) en raison de la présence de défauts dans leurs structures. La densité du diamant, par exemple, varie de 2,7 à 3,7 g/cm3. Ainsi, en réduisant la densité réelle des cristaux, on peut juger du degré de leur défectuosité.

La densité change également avec un changement dans la composition chimique d'une substance lors de substitutions isomorphes - lors du passage d'un membre d'une série isomorphe à un autre. Par exemple, dans la série olivine (Mg, Fe2+ )2[ SiO4 ] la densité augmente à mesure que les cations Mg2+ sont remplacés par Fe2+ à partir de r = 3,22 g/cm3 pour la forstérite Mg2 [ SiO4 ] jusqu'à r = 4,39 g/cm3 pour la fayalite.

Dureté.

La dureté fait référence au degré de résistance d'un cristal aux influences extérieures. La dureté n'est pas une constante physique. Sa valeur dépend non seulement du matériau étudié, mais aussi des conditions de mesure.

La dureté dépend de :

· type de structure ;

· facteur d'emballage (densité spécifique);

· charge des ions formant le cristal.

Par exemple, les polymorphes de CaCO3 - calcite et aragonite - ont respectivement des densités de 3 et 4 et se distinguent par des densités différentes de leurs structures :

· pour la structure de la calcite avec CSFa = 6 - r = 2,72 ;

· pour la structure de l'aragonite avec CSFa = 9 - r = 2,94 g/cm3).

Dans une série de cristaux de construction identique, la dureté augmente avec l’augmentation des charges et la diminution de la taille des cations. La présence dans les structures d'anions assez gros tels que les molécules F-, OH- et H2O réduit la dureté.

Les faces des différentes formes cristallines ont des densités réticulaires différentes et diffèrent par leur dureté. Ainsi, les faces octaèdres (111), qui ont une densité réticulaire plus élevée par rapport aux faces cubiques (100), ont la plus grande dureté dans la structure en diamant.

Capacité à se déformer.

La capacité d'un cristal à subir une déformation plastique est déterminée avant tout par la nature de la liaison chimique entre ses éléments structurels.

Une liaison covalente, qui a une directionnalité stricte, s'affaiblit fortement même avec des déplacements insignifiants des atomes les uns par rapport aux autres. Par conséquent, les cristaux avec une liaison de type covalent (Sb, Bi, As, se, etc.) ne présentent pas la capacité de subir une déformation plastique.

Connexion métallique n'a aucun caractère directionnel et change faiblement lorsque les atomes sont déplacés les uns par rapport aux autres. Cela détermine le degré élevé de plasticité des métaux (malléabilité). Les métaux les plus malléables sont ceux dont les structures sont construites selon la loi du conditionnement cubique serré, qui comporte quatre directions de couches serrées. Métaux moins malléables avec un emballage hexagonal serré - avec une direction des couches les plus denses. Ainsi, parmi les modifications polymorphes du fer, a-Fe et b-Fe n'ont presque aucune malléabilité (réseau de type I), tandis que g-Fe à compactage cubique (réseau cubique à faces centrées) est un métal malléable comme Cu, Pt, Au, Ag, etc.

Liaison ionique n'a aucun caractère directionnel. Par conséquent, les cristaux ioniques typiques (NaCl, CaF2, CaTe, etc.) sont aussi fragiles que les cristaux possédant une liaison covalente. Mais en même temps, ils ont une plasticité assez élevée. Le glissement s'y produit le long de certaines directions cristallographiques. Ceci s'explique par le fait que dans la structure cristalline on peut distinguer (110) des réseaux formés soit par des ions Na+ seuls, soit par des ions Cl-. Lors de la déformation plastique, un maillage plat se déplace par rapport à son voisin de telle manière que les ions Na+ glissent le long des ions Cl-. La différence de charges des ions dans les réseaux voisins empêche la rupture et ils restent parallèles à leur position d'origine. Le glissement le long de ces couches se produit avec une perturbation minime dans la disposition des atomes et est le plus simple.

Propriétés thermiques des cristaux.

La conductivité thermique est étroitement liée à la symétrie. Cela peut être démontré le plus clairement dans l’expérience suivante. Recouvreons les faces de trois cristaux d'une fine couche de paraffine : un cube, un prisme hexagonal et un parallélépipède droit. A l'aide de la pointe d'une fine aiguille chaude, on touche chacune des faces de ces cristaux. A partir des contours des points de fusion, on peut juger de la vitesse de propagation de la chaleur sur les plans des faces dans différentes directions.

Sur un cristal cubique, les contours des points de fusion sur toutes les faces auront la forme d'un cercle, ce qui indique la même vitesse de propagation de la chaleur dans toutes les directions depuis le point de contact avec l'aiguille chaude. La forme des taches dans l'idée de cercles sur toutes les faces d'un cristal cubique est liée à sa symétrie.

La forme des taches sur les faces supérieure et inférieure du prisme hexagonal aura également la forme d'un cercle (la vitesse de propagation de la chaleur dans le plan perpendiculaire à l'axe principal du cristal de catégorie intermédiaire est la même dans toutes les directions). Sur les faces d'un prisme hexagonal, les points de fusion auront la forme d'ellipses, puisque les axes du 2ème ordre sont perpendiculaires à ces faces.

Sur toutes les faces d'un parallélépipède droit (cristal de système orthogonal), les points de fusion auront la forme d'une ellipse, puisque les axes du 2ème ordre sont perpendiculaires à ces faces.

Ainsi, la vitesse de propagation de la chaleur dans le corps cristallin dépend directement de l’élément de symétrie linéaire le long duquel elle se propage. En cristaux cubiques la surface de répartition de la chaleur aura la forme d'une sphère. Par conséquent, en ce qui concerne la conductivité thermique, les cristaux cubiques sont isotropes, c'est-à-dire égaux dans toutes les directions. Surface de conductivité thermique cristaux de catégorie moyenne exprimé par un ellipsoïde de révolution (parallèle à l'axe principal). DANS cristaux des catégories les plus basses et toutes les surfaces de conductivité thermique ont la forme d'un ellipsoïde.

L'anisotropie de la conductivité thermique est étroitement liée à la structure de la substance cristalline. Ainsi, les réseaux et rangées atomiques les plus denses correspondent à des valeurs de conductivité thermique élevées. Par conséquent, les cristaux en couches et en chaînes présentent de grandes différences dans les directions de conductivité thermique.

La conductivité thermique dépend également du degré de défectuosité du cristal - pour les cristaux plus défectueux, elle est inférieure à celle des cristaux synthétiques. Une substance à l'état amorphe a une conductivité thermique inférieure à celle des cristaux de même composition. Par exemple, la conductivité thermique du verre de quartz est nettement inférieure à celle des cristaux de quartz. L'utilisation généralisée de la verrerie à quartz repose sur cette propriété.

Propriétés optiques.

Chaque substance possédant une structure cristalline spécifique se caractérise par des propriétés optiques uniques. Les propriétés optiques sont étroitement liées à la structure cristalline des solides et à sa symétrie.

En ce qui concerne les propriétés optiques, toutes les substances peuvent être divisées en optiquement isotropes et anisotropes. Le premier comprend les corps amorphes et les cristaux de la catégorie la plus élevée, le second comprend tout le reste. Dans les milieux optiquement isotropes, une onde lumineuse, qui est un ensemble d'oscillations harmoniques transversales de nature électromagnétique, se propage à la même vitesse dans toutes les directions. Dans ce cas, les oscillations du vecteur d'intensité des champs électriques et magnétiques se produisent également dans toutes les directions possibles, mais dans un plan perpendiculaire à la direction du faisceau. Dans sa direction, l'énergie lumineuse est transférée. Ce type de lumière est appelé naturel ou non polarisé(Figures a, b).

Dans les milieux optiquement anisotropes, les vitesses de propagation des ondes dans différentes directions peuvent être différentes. Sous certaines conditions, ce qu'on appelle lumière polarisée, pour lequel toutes les oscillations du vecteur champ électrique et magnétique se produisent dans une direction strictement définie (Figure c, d). Le comportement d'une telle lumière polarisée dans les cristaux est basé sur la technique d'études optiques des cristaux utilisant un microscope polarisant.

Biréfringence de la lumière dans les cristaux.

polarisé linéairement avec des plans d'oscillation mutuellement perpendiculaires. La décomposition de la lumière en deux faisceaux polarisés est appelée biréfringence ou biréfringence.

La biréfringence de la lumière est observée dans les cristaux de tous les systèmes, à l'exception du cubique. Dans les cristaux des catégories inférieures et moyennes, la biréfringence se produit dans toutes les directions, à l'exception d'une ou deux directions, appelées axes optiques.

Le phénomène de biréfringence est associé à l'anisotropie des cristaux. L'anisotropie optique des cristaux s'exprime dans le fait que la vitesse de propagation de la lumière dans ceux-ci est différente selon les directions.

DANS cristaux de qualité moyenne Parmi les nombreuses directions de l’anisotropie optique, il existe une seule direction : axe optique, coïncidant avec l'axe principal de symétrie du 3ème, 4ème, 6ème ordre. La lumière se propage dans cette direction sans se diviser.

DANS cristaux de la catégorie la plus basse Il existe deux directions dans lesquelles la lumière ne se divise pas. Les sections cristallines perpendiculaires à ces directions coïncident avec les sections optiquement isotropes.

Influence des caractéristiques structurelles sur les propriétés optiques.

Dans les structures cristallines comportant des couches d’atomes rapprochés, la distance entre les atomes au sein d’une couche dépasse la distance entre les atomes les plus proches situés dans les couches adjacentes. Un tel ordre conduit à une polarisation plus facile si le vecteur tension du champ électrique de l'onde lumineuse est parallèle au plan des couches.

Propriétés électriques.

Toutes les substances peuvent être divisées en conducteurs, semi-conducteurs et diélectriques.

Certains cristaux (diélectriques) sont polarisés sous l'influence d'influences extérieures. La capacité des diélectriques à se polariser est l’une de leurs propriétés fondamentales. La polarisation est un processus associé à la création de dipôles électriques dans un diélectrique sous l'influence d'un champ électrique externe.

En cristallographie et en physique du solide, les phénomènes piézoélectricité et pyroélectricité.

Effet piézoélectrique – modification de la polarisation de certains cristaux diélectriques lors d'une déformation mécanique. L'ampleur des charges résultantes est proportionnelle à la force appliquée. Le signe de la charge dépend du type de structure cristalline. L'effet piézoélectrique se produit uniquement dans les cristaux dépourvus de centre d'inversion, c'est-à-dire ayant des directions polaires. Par exemple, cristaux de quartz SiO2, sphalérite (ZnS).

Effet pyroélectrique – l'apparition de charges électriques à la surface de certains cristaux lorsqu'ils sont chauffés ou refroidis. L'effet pyroélectrique ne se produit que dans les cristaux diélectriques à direction polaire unique, dont les extrémités opposées ne peuvent être combinées par aucune opération d'un groupe de symétrie donné. L'apparition de charges électriques ne peut se produire que le long de certaines directions polaires. Les faces perpendiculaires à ces directions reçoivent des charges de signes différents : l'une est positive et l'autre est négative. L'effet pyroélectrique peut se produire dans des cristaux appartenant à l'une des classes de symétrie polaire : 1, 2, 3, 4, 6, m, mm2, 3m, 4mm, 6mm.

De la cristallographie géométrique, il résulte que les directions passant par le centre de symétrie ne peuvent pas être polaires. Les directions perpendiculaires aux plans de symétrie ou aux axes d’ordre pair ne peuvent pas non plus être polaires.

Il existe deux sous-classes dans la classe des produits pyroélectriques. Le premier comprend les pyroélectriques linéaires, dans lesquels, dans un champ externe, la polarisation électrique dépend linéairement de l'intensité du champ électrique. Par exemple, la tourmaline NaMgAl3B3.Si6(O, OH)30.

Les cristaux de la deuxième sous-classe sont appelés ferroélectriques. Dans ceux-ci, la dépendance de la polarisation à l'intensité du champ externe est non linéaire et la polarisabilité dépend de l'intensité du champ externe. La dépendance non linéaire de la polarisation sur l'intensité du champ électrique est caractérisée par une boucle d'hystérésis. Cette caractéristique des ferroélectriques suggère qu'ils conservent la polarisation électrique en l'absence de champ externe. Grâce à cela, les cristaux de sel de Rochelle (d'où le nom ferroélectrique) se sont révélés être des accumulateurs fiables d'énergie électrique et des enregistreurs de signaux électriques, ce qui leur permet d'être utilisés dans les « cellules mémoire » d'un ordinateur.

Propriétés magnétiques.

Il s’agit de la capacité des corps à interagir avec un champ magnétique, c’est-à-dire à se magnétiser lorsqu’ils sont placés dans un champ magnétique. Selon l'ampleur de la susceptibilité magnétique, on distingue les cristaux diamagnétiques, paramagnétiques, ferromagnétiques et antiferromagnétiques.

Les propriétés magnétiques de toutes les substances dépendent non seulement des caractéristiques de leur structure cristalline, mais également de la nature des atomes (ions) qui les constituent, c'est-à-dire que le magnétisme est déterminé par la structure électronique des coquilles et des noyaux, ainsi que par le mouvement orbital de électrons autour d'eux (spins).

Lorsqu'un atome (ion) est introduit dans un champ magnétique, la vitesse angulaire des électrons en orbite change du fait qu'un mouvement de rotation supplémentaire se superpose au mouvement de rotation initial des électrons autour du noyau, ce qui entraîne l'atome reçoit un moment magnétique supplémentaire. De plus, si tous les électrons de spins opposés dans un atome sont regroupés par paires (Figure A), alors les moments magnétiques des électrons s'avèrent compensés et leur moment magnétique total sera égal à zéro. De tels atomes sont appelés diamagnétiques et les substances qui en sont constituées sont appelées matériaux diamagnétiques. Par exemple, les gaz inertes, les métaux du sous-groupe B - Cu, Ag, Au, Zn, Cd, la plupart des cristaux ioniques (NaCl, CaF2), ainsi que les substances avec une liaison covalente prédominante - Bi, Sb, Ga, graphite. Dans les cristaux à structure en couches, la susceptibilité magnétique pour les directions situées dans la couche dépasse largement celle pour les directions perpendiculaires.

Lors du remplissage des couches électroniques des atomes, les électrons ont tendance à ne pas être appariés. Par conséquent, il existe un grand nombre de substances dans lesquelles les moments magnétiques des électrons dans les atomes sont situés de manière aléatoire et, en l'absence de champ magnétique externe, aucune orientation spontanée des moments magnétiques ne se produit (Figure B). Le moment magnétique total dû aux électrons qui ne sont pas liés par paires et interagissent faiblement les uns avec les autres sera constant, positif ou légèrement supérieur à celui des diélectriques. De tels atomes sont appelés magnétiques et les substances sont appelées paramagnétique. Lorsqu'un para-aimant est introduit dans un champ magnétique, les spins mal orientés acquièrent une certaine orientation, ce qui entraîne l'observation de trois types d'ordre des moments magnétiques non compensés - trois types de phénomènes : ferromagnétisme (Figure C), antiferromagnétisme (Figure D) et ferrimagnétisme (Figure E).

Propriétés ferromagnétiques posséder des substances dont les moments magnétiques des atomes (ions) sont dirigés parallèlement les uns aux autres, ce qui permet au champ magnétique externe de s'intensifier des millions de fois. Le nom du groupe est associé à la présence d'éléments du sous-groupe du fer Fe, Ni, Co.

Si les moments magnétiques des atomes individuels sont antiparallèles et égaux, alors le moment magnétique total des atomes est nul. De telles substances sont appelées antiferromagnétiques. Il s'agit notamment des oxydes de métaux de transition - MnO, NiO, CoO, FeO, de nombreux fluorures, chlorures, sulfures, séléniures, etc.

Lorsque les moments antiparallèles des atomes de la structure cristalline sont inégaux, le moment total s'avère différent de zéro et de telles structures ont une magnétisation spontanée. Ils ont des propriétés similaires ferrites(Fe3O4, minéraux du groupe grenat).

Les solides sont divisés en corps amorphes et cristaux. La différence entre ce dernier et le premier réside dans le fait que les atomes des cristaux sont disposés selon une certaine loi, formant ainsi un arrangement périodique tridimensionnel, appelé réseau cristallin.

Il est à noter que le nom des cristaux vient des mots grecs « geler » et « froid », et à l'époque d'Homère, ce mot était utilisé pour décrire le cristal de roche, qui était alors considéré comme « glace gelée ». Au début, ce terme était utilisé pour décrire uniquement les formations transparentes à facettes. Mais plus tard, les corps opaques et non taillés d'origine naturelle ont également commencé à être appelés cristaux.

Structure et réseau cristallins

Un cristal idéal est représenté sous la forme de structures identiques se répétant périodiquement - les cellules dites élémentaires d'un cristal. En général, la forme d'une telle cellule est un parallélépipède oblique.

Il est nécessaire de faire la distinction entre des concepts tels que le réseau cristallin et la structure cristalline. La première est une abstraction mathématique décrivant la disposition régulière de certains points dans l’espace. Alors qu'une structure cristalline est un objet physique réel, un cristal, dans lequel un certain groupe d'atomes ou de molécules est associé à chaque point du réseau cristallin.

Structure cristalline du grenat - losange et dodécaèdre

Le principal facteur déterminant les propriétés électromagnétiques et mécaniques d’un cristal est la structure de la cellule unitaire et les atomes (molécules) qui lui sont associés.

Anisotropie des cristaux

La principale propriété des cristaux qui les distingue des corps amorphes est l'anisotropie. Cela signifie que les propriétés du cristal sont différentes selon la direction. Par exemple, une déformation inélastique (irréversible) se produit uniquement le long de certains plans du cristal et dans une certaine direction. En raison de l'anisotropie, les cristaux réagissent différemment à la déformation selon sa direction.

Cependant, il existe des cristaux qui ne présentent pas d'anisotropie.

Types de cristaux

Les cristaux sont divisés en monocristaux et polycristaux. Les monocristaux sont des substances dont la structure cristalline s'étend dans tout le corps. De tels corps sont homogènes et possèdent un réseau cristallin continu. Généralement, un tel cristal a une taille prononcée. Des exemples de monocristaux naturels sont les monocristaux de sel gemme, de diamant, de topaze et de quartz.

De nombreuses substances ont une structure cristalline, même si elles n'ont généralement pas la forme caractéristique des cristaux. Ces substances comprennent, par exemple, les métaux. La recherche montre que ces substances sont constituées d'un grand nombre de très petits monocristaux - grains de cristal ou cristallites. Une substance constituée de nombreux monocristaux orientés différemment est appelée polycristalline. Les polycristaux n'ont souvent pas de facettes et leurs propriétés dépendent de la taille moyenne des grains cristallins, de leur position relative, ainsi que de la structure des joints de grains. Les polycristaux comprennent des substances telles que les métaux et alliages, les céramiques et les minéraux, ainsi que d'autres.

: a (100), o (111), d 110)

1.Dipyramides, ceux. formes qui ont le caractère de deux pyramides repliées à leur base. Ces dipyramides diffèrent par le nombre de faces et sont appelées de la même manière que les pyramides simples. Par exemple, une dipyramide dihexagonale est une forme simple pliée à 24 faces, et ces faces forment deux pyramides à douze côtés repliées à leurs bases (Tableau 2, 14).

2. Scalénoèdres Et trapézoèdres- des formes simples, semblables aux dipyramides, mais avec des nervures latérales qui ne se situent pas dans le même plan (Tableau 2, 32, 33 Et 28-30).

3.Rhomboèdre- une forme simple composée de six losanges et représentant un cube incliné (Tableau. 2, 31).

4.Tétraèdre- une forme simple pliée à quatre faces triangulaires non parallèles.

Dans ce cas, la forme d'une face triangulaire peut être scalène (tétraèdre rhombique), isocèle (tétraèdre tétragonal) et équilatérale (cubique ou, au sens étroit du terme, tétraèdre) (Tableau 2, 25-27).

Les formes cubiques simples se caractérisent par une fermeture complète de l'espace (formes fermées). Parmi ceux-ci, le plus courant

1.cube- une forme constituée de six faces carrées - symbole (100) (Tableau 2, 34).

2. Octaèdre- un formulaire composé de. de huit faces triangulaires équilatérales - symbole (111) (Tableau 2, 35).

3.Rhombododécaèdre- une forme constituée de douze faces rhombiques - symbole (110) (Tableau 2, 39).

4.Tétraèdre- une forme constituée de quatre faces triangulaires équilatérales - symbole (111) ou (111) (Tableau 2, SCH..

5.Pentagondodécaèdre- une forme composée de douze faces pentagonales. Symbole (210) ou en général (hko)(Tableau 2,40).

Selon les conditions de cristallisation, chaque substance cristallisante peut prendre la forme soit d'une forme simple, soit d'une combinaison si, en plus des faces d'une figure simple, les faces d'une autre ou de plusieurs autres formes simples apparaissent simultanément.

Lorsqu'on prend en compte les formes simples d'une combinaison donnée, il convient de garder à l'esprit que, lorsqu'elles sont incluses dans la combinaison, les faces de chaque forme simple n'ont plus le même type qu'avant, formant uniquement cette forme simple. Lors de la détermination du nom de chaque forme simple incluse dans le koli et la nation, il convient de continuer mentalement tous les bords de cette forme jusqu'à ce qu'ils se croisent. C’est seulement alors que l’on peut imaginer ce qu’est cette forme simple et définie.

En figue. 12 sont présentés : UN- combinaison de cube et d'octaèdre, b- une combinaison d'octaèdre et de cube, l'octaèdre étant la forme de base et, enfin, V- une combinaison d'un octaèdre, d'un cube et d'un dodécaèdre rhombique.

Le facettage d'un cristal est la conséquence d'une certaine symétrie de sa structure interne. Il s’ensuit que seules les faces correspondant à une classe ou un type de symétrie donné peuvent apparaître sur un cristal.

De ce qui précède, il ressort clairement du rôle important que joue la connaissance de la forme cristallographique d’un minéral pour son diagnostic.

De plus, il est très significatif que le développement préférentiel des faces de l'une ou l'autre forme simple soit également influencé par les conditions externes de formation des cristaux : température, concentration d'autres composants dans la solution ou le bain fondu, réaction acide ou alcaline du milieu cristallisant. , vitesse de refroidissement, etc. Il s'ensuit que le type ou l'apparence d'un minéral particulier (son habitude) peut parfois servir de bon critère pour les conditions de formation d'un gisement particulier. , permettant de tirer de telles conclusions sont appelés typomorphes.

Ainsi, par exemple, (CaCO 3), cristallisant dans la classe L 3 3L 2 3РС trigonal, peut avoir un tout autre aspect selon les conditions de formation : il peut aussi donner des rhomboèdres fortement aplatis (Tableau 2, 31) et les rhomboèdres sont plus allongés le long de l'axe L" et, enfin, des scalénoèdres très allongés (tableau 2, 33).

L'étude de l'influence de l'environnement sur l'apparition des cristaux est l'une des tâches les plus intéressantes et importantes de la minéralogie génétique, qui permet de révéler les caractéristiques d'un gisement particulier, souvent d'une grande importance pratique.

Un deuxième exemple serait celui des cristaux de fluorite (CaF 2). À haute température, ils se forment sous forme d'octaèdres (tableau 2, ), et lors de la cristallisation dans des conditions de basse température sous forme de cubes (tableau 2, ).

Riz. 13. Cristaux de gypse.

Dans des conditions naturelles, la fusion des cristaux est constamment observée. Ainsi, on trouve très souvent des druses (« pinceaux ») en cristal de roche ou en améthyste, groupes de cristaux sur un socle commun (Fig. 28). Chez les drusen, les cristaux croissent ensemble dans une position aléatoire en fonction des conditions de formation. Mais, en plus de l’accrétion aléatoire, on observe une accrétion régulière de cristaux, appelés jumeaux.

La raison qui force un corps cristallin dès le moment de sa création à prendre la forme de jumeaux pourrait être ou des conditions de cristallisation, ou des changements de pression et de température.

Il existe deux principaux types de jumeaux : les jumeaux de croissance, dont un exemple sont les jumeaux de gypse très courants (Fig. 13).

Riz. 14. Jumeau de germination de spath fluor (fluorite)

Des jumeaux d'un autre type, appelés jumeaux de germination, sont souvent observés. Un exemple est la croissance gémellaire du spath fluor (Fig. 14), dans laquelle deux cubes semblent s'être développés l'un l'autre dans une position gémellaire, et le plan gémellaire (plan de fusion) est le plan de l'octaèdre.

La symétrie externe des fusions jumelles diffère toujours de la symétrie des individus individuels composant l'une ou l'autre fusion, puisque la fusion jumelle provoque l'apparition d'éléments de symétrie que les individus individuels ne possédaient pas.

PROPRIÉTÉS OPTIQUES DES CRISTAUX

Comme mentionné ci-dessus, dans les substances cristallines (anisotropes), contrairement aux substances amorphes (isotropes), les propriétés physiques et donc optiques ne sont pas les mêmes dans différentes directions.

Parmi les propriétés optiques des cristaux résultant de leur anisotropie, on trouve la double réfraction, quiqui a été découvert pour la première fois sur des cristaux de calcite transparente (spath d'Islande) par le scientifique danois Erasmus Bartholin en 1670.

Ce phénomène est le suivant. Si vous prenez un rhomboèdre transparent de longeron d'Islande et le placez sur du papier avec une inscription, deux inscriptions seront visibles à travers le cristal, l'une au-dessus de l'autre (Fig. 15), et les lettres d'une inscription seront moins visibles que l'autre. Plus le cristal est épais, plus ce phénomène est spectaculaire.

Riz. 15. Biréfringence dans un cristal de longeron d'Islande

Cette propriété remarquable, si clairement exprimée dans le spath d'Islande, est en fait caractéristique de la plupart des cristaux transparents (à l'exception des cristaux cubiques), mais elle est généralement beaucoup moins prononcée. Si vous placez un cristal de longeron d'Islande sur du papier comportant un point noir réalisé avec un crayon ou de l'encre, deux points seront visibles à travers le cristal. Si maintenant vous faites tourner le cristal sur le papier autour du point mentionné, le point le plus distinct restera immobile, et l'autre, à mesure que le cristal tourne, décrira un cercle autour du premier. Chaque rayon de lumière traversant un cristal de longeron d'Islande et arrivant dans notre œil dans cette expérience est divisé en deux rayons, appelés : un rayon ordinaire (un point stationnaire dans notre expérience) et un rayon extraordinaire (un point qui se déplace avec le cristal comme il tourne).

Ainsi, chaque rayon entrant dans un cristal optiquement anisotrope se divise en deux rayons se déplaçant à des vitesses différentes et polarisés dans des plans mutuellement perpendiculaires.

Ces phénomènes s'expliquent par le fait que les vibrations lumineuses se produisant dans un milieu optiquement anisotrope dans deux directions mutuellement perpendiculaires rencontrent des résistances différentes à leur mouvement dans le cristal. En conséquence, les deux rayons traverseront le cristal à des vitesses différentes et auront donc des indices de réfraction différents, qui, comme

Riz. 16. Microscope polarisant MP-2 de l'usine Russian Gems

connu pour être inversement proportionnel à la vitesse de la lumière traversant n’importe quel milieu. Ce phénomène est appelé double réfraction et est caractéristique à des degrés divers de tous les cristaux, à l'exception de ceux appartenant au système cubique et se comportant optiquement comme des corps isotropes.

Le phénomène de biréfringence, ainsi que d'autres propriétés optiques des cristaux, est largement utilisé en pétrographie et en minéralogie pour étudier la composition minéralogique des roches et des agrégats.

L'instrument le plus utilisé pour ces recherches est un microscope polarisant, qui représente l'un des outils les plus puissants dans l'étude des roches et des minéraux (Fig. 16). Des recherches sont en cours ou étudient les petits Crisgrains d'acier ou étude fine (0,03 mm) plaques de roche collées (section mince). Les opaques et les minerais sont également étudiés à l'aide d'un microscope spécial, qui permet d'effectuer des observations en utilisant la lumière réfléchie par la surface polie de l'échantillon (broyage).

FORMATION DE CRISTAUX

L'apparition des cristaux est associée à l'ordonnancement de la disposition des particules dans l'espace et à la formation d'un réseau cristallin par celles-ci.

Une fois qu’un cristal est apparu, il ne reste pas inchangé. S'il est entouré d'un milieu capable de contenir la même substance, il grossira - grandira ou, au contraire, se dissoudra. L’une ou l’autre direction du processus dépendra de celui de ces processus opposés qui se déroulera le plus rapidement. Si plus de particules se détachent du cristal qu’elles ne s’y attachent, le cristal se dissoudra. Si les particules s’y attachent en plus grand nombre qu’elles ne s’en détachent, alors le cristal grandira. Certains cristaux dans la nature atteignent des tailles gigantesques. Ainsi, à Volyn en 1945, un cristal de quartz pesant 9 T. Sa longueur était d'environ 2,7 moi, et la largeur est d'environ 1,5 m. Le plus souvent, les cristaux se forment à partir de solutions froides et chaudes. De nombreux cristaux se forment lorsque des masses fondues sont refroidies à des températures élevées. Plus rarement, les cristaux proviennent de gaz (gel, sécrétions d'ammoniac dans les volcans). La formation de cristaux en milieu solide – « précristallisation » – est également très répandue.