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晶體如何成形?

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    黃石火山口的間歇泉和溫泉深處
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    有一個由地幔中的熱點
    所產生的岩漿室。
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    隨著岩漿移向地球表面,
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    結晶成為新生的熱火成岩。
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    這些岩石的熱量將地下水推向地表。
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    隨著水的冷卻,離子
    以礦物晶體的形式沉澱出來,
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    包括矽和氧形成的石英晶體,
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    鉀、鋁、矽和氧形成的長石,
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    鉛和硫形成的方鉛礦。
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    許多水晶具有標誌性的形狀——
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    像是這種並列的尖頭石英
    或成堆的方鉛礦立方體。
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    為什麼它們一次又一次地
    長成這些形狀呢?
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    部分的答案在於它們的原子。
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    每個晶體的原子都以
    高度有序的重複模式排列。
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    這種圖案是水晶的定義特徵,
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    而且並不局限於礦物質——
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    沙子、冰、糖、巧克力、
    陶瓷、金屬、DNA,
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    甚至連一些液體都具有晶體結構。
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    每種晶體材料的原子排列
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    分屬六個不同的系列:
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    立方晶系、四方晶系、正交晶系、
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    單斜晶系、三斜晶系和六角晶系。
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    在適當的條件下,
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    晶體的生成
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    反映其原子排列的幾何形狀。
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    以方鉛礦為例,它具有
    由鉛和硫原子組成的立方結構。
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    相對較大的鉛原子
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    排列為彼此成 90 度的立體格子,
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    而相對較小的硫原子
    整齊地排列在鉛原子間。
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    隨著晶體的增長,
    這些位置會吸引硫原子,
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    鉛則傾向於在這些地方結合。
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    它們最終完成鍵合原子的格子。
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    這意味著方鉛礦晶體結構的
    90 度立體格子圖案
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    反映在可見的晶體形狀中。
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    與此同時,石英具有六方晶體結構。
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    這意味著它的原子
    在平面上排列成六邊形。
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    這些立體空間裡的六邊形是由許多
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    「一個矽原子和四個氧原子」
    形成的互鎖金字塔所組成。
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    所以石英晶體的標誌形狀
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    是帶有尖角的六面柱。
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    根據環境的條件,
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    多數晶體能形成不止一種幾何形狀。
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    例如,在地幔深處形成的鑽石
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    具有立方晶體結構,
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    可以長成立方體或八面體。
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    鑽石的形狀取決於其生長的條件,
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    包括壓力、溫度和化學環境。
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    雖然我們無法直接觀察
    地幔中的生長條件,
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    實驗室的實驗已經證明
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    鑽石傾向於在較低溫度下
    生長為立方體,
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    而在較高溫度下則生成八面體。
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    微量的水、矽、鍺或鎂
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    也可能影響鑽石的形狀。
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    鑽石永遠不會自然地長成
    珠寶中的形狀——
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    那些鑽石經過切割
    以展現閃耀和清晰度。
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    環境條件也影響是否會形成晶體。
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    玻璃由熔化的石英砂製成,
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    但玻璃不是結晶。
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    這是因為玻璃相對較快地冷卻,
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    而原子沒有時間
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    將自己排列成石英晶體的有序結構,
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    相反地,熔化玻璃中隨機排列的原子
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    是在冷卻時被鎖定。
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    許多晶體不會形成幾何形狀,
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    因為它們與其他晶體
    生長在非常接近的區域。
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    像花崗岩一樣的岩石充滿了水晶,
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    但不具有可識別的形狀。
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    隨著岩漿的冷卻和凝固,
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    其中的許多礦物質
    同時結晶和迅速耗盡空間。
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    某些水晶,如綠松石,
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    在大多數環境條件下
    不會長成任何可辨別的幾何形狀,
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    即使空間足夠。
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    每個水晶的原子結構
    都具有獨特的屬性,
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    雖然這些屬性可能
    與人類的情感需求無關,
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    但它們確實在材料科學和醫學上
    具有強大的應用功能。
Títol:
晶體如何成形?
Speaker:
格瑞姆 · 貝爾德
Descripció:

觀看完整課程:https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

許多晶體具有標誌特徵,例如尖尖並列的石英或方鉛礦立方體。 各個晶體的原子明確而重覆地排列著。 不只礦物呈晶體模式,沙子、冰、金屬和 DNA 也具有晶體結構。 為什麼它們一次又一次地長成這些形狀呢?格瑞姆 · 貝爾德探究晶體的獨特屬性。

課程:格瑞姆 · 貝爾德,導演:弗朗茨 · 帕洛馬雷斯。

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Video Language:
English
Team:
TED
Projecte:
TED-Ed
Duration:
04:45

Chinese, Traditional subtitles

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