-
Títol:
Как устроены кристаллы? — Грэм Бэйрд
-
Descripció:
Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird
Многие кристаллы имеют характерную форму, например заострённый кварц или кубики галенита. Атомы любого кристалла образуют строгую, повторяющуюся укладку. Причём это свойство присуще не только минералам — схожей кристаллической структурой обладают песок, лёд, металлы и ДНК. Что же заставляет их принимать эту форму? Грэм Бэйрд подробно изучит уникальные свойства кристаллов.
Урок — Грэм Бэйрд, мультипликация — Франц Паломарес.
-
Speaker:
Грэм Бэйрд
-
Глубоко под гейзерами и горячими
источниками Йеллоустонской кальдеры
-
залегает магматическая камера,
-
образовавшаяся благодаря
горячей точке в мантии Земли.
-
По мере движения магмы
к поверхности Земли,
-
она кристаллизуется, образуя новые
горячие вулканические породы.
-
Тепло от этих пород выталкивает
грунтовые воды на поверхность.
-
По мере остывания воды, ионы оседают
в виде минеральных кристаллов,
-
в том числе кристаллов кварца
из кремния и кислорода,
-
полевого шпата из калия, алюминия,
кремния и кислорода,
-
галенита из свинца и серы.
-
Многие из этих кристаллов
имеют характерную форму —
¶
-
например друза заострённого кварца
или кубические сингонии галенита.
-
Но что заставляет их постоянно
принимать одну и ту же форму?
-
Ответ частично заключается
в структуре их атомов.
¶
-
Атомы любого кристалла образуют строго
структурированную, повторяющуюся укладку.
-
Эта укладка является определяющей
особенностью кристалла
-
и не ограничивается лишь минералами.
-
Кристаллическую структуру имеют
-
песок, лёд, сахар, шоколад, керамика,
металлы, ДНК и даже некоторые жидкости.
-
Атомная структура любого
кристаллического материала
¶
-
относится к одной из шести групп:
-
кубической, тетрагональной, ромбической,
моноклинной, триклинной и гексагональной.
-
При благоприятных условиях
-
кристаллы вырастут и приобретут
геометрические формы,
-
соответствующие расположению их атомов.
-
Так, галенит имеет кубическую структуру,
состоящую из атомов свинца и серы.
-
Относительно крупные атомы свинца
-
расположены в трёхмерной сетке
под углом 90 градусов друг к другу,
-
а между ними аккуратно помещаются
относительно небольшие атомы серы.
-
По мере роста кристалла
такие участки притягивают атомы серы,
-
в то время как свинец их связывает.
-
В конце концов вся сетка
связанных атомов будет заполнена.
-
Это означает, что 90-градусная сетка
кристаллической структуры галенита
-
придаёт кристаллу его видимую форму.
-
Кварц имеет гексагональную
кристаллическую структуру.
¶
-
Это означает, что на плоскости
его атомы расположены в шестиугольниках.
-
В трёхмерном пространстве шестиугольники
являются набором взаимосвязанных пирамид,
-
состоящих из одного атома кремния
и четырёх атомов кислорода.
-
Таким образом, характерная
форма кристалла кварца
-
представляет собой шестигранную
колонну с заострёнными концами.
-
В зависимости от условий окружающей среды,
¶
-
многие кристаллы стремятся принять
одну из нескольких геометрических форм.
-
Например, бриллианты, которые
образуются глубоко в мантии Земли,
-
имеют кубическую структуру
и вырастают либо в кубы, либо в октаэдры.
-
Форма каждого конкретного бриллианта
-
зависит от условий, в которых он растёт,
-
включая давление, температуру
и химическую среду.
-
Хотя мы не можем непосредственно
наблюдать условия роста в мантии,
-
в ходе лабораторных экспериментов
получены доказательства,
-
что бриллианты склонны вырастать
в кубы при более низких температурах
-
и в октаэдры — при более
высоких температурах.
-
Незначительное количество воды,
кремния, германия или магния
-
тоже может влиять на форму бриллианта.
-
В естественных условиях бриллианты никогда
не приобретут формы драгоценностей:
-
ювелиры специально обтачивают их,
обнажая прозрачность и блеск.
-
В некоторых условиях окружающей среды
кристаллы вовсе не образуются.
¶
-
Стекло изготавливают
из расплавленного кварцевого песка,
-
но оно не обладает
кристаллической решёткой.
-
Это происходит, потому что стекло
остывает относительно быстро,
-
и атомы не успевают расположиться
-
в упорядоченную структуру
кристалла кварца.
-
Вместо этого случайное расположение
атомов в расплавленном стекле
-
закрепляется при охлаждении.
-
Многие кристаллы не образуют
геометрических форм,
¶
-
потому что растут в непосредственной
близости от других кристаллов.
-
Горные породы, подобные граниту,
полны кристаллов,
-
которые не принимают узнаваемой формы.
-
По мере остывания и затвердевания магмы
-
минералы кристаллизуются параллельно,
быстро заполняя свободное пространство.
-
Некоторые кристаллы, например бирюза,
-
в большинстве условий окружающей среды
не принимают заметную форму
-
даже при наличии
достаточного пространства.
-
Атомная структура каждого кристалла
обладает уникальными свойствами,
¶
-
и хотя эти свойства
не обязательно порадуют глаз,
-
они могут оказаться весьма ценными
для нужд науки и медицины.