Как работят кристалите? - Греъм Бейрд

Вижте пълния урок: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

Много кристали имат харакетерна форма - като каскада от остър кварц, или купчина кубчета галенит. Атомите на всеки кристал имат определена характеристика: техният организиран, повтарящ се модел. Моделът не е ограничен до минерали - пясък, лед, метали и ДНК, които също имат кристални структури. И така, какво ги кара да се развиват отново и отново в тези форми? Греъм Бейрд се гмурка в уникалните свойства на кристалите.

Урок на Греъм Бейрд, режисиран от Франц Паломарес.

Дълбоко под гейзерите и горещите извори
на Йелоустоунската калдера

лежи магмена камера, произведена от
гореща точка в мантията на Земята.

Докато магмата се движи към
повърхността на Земята,

тя се кристализира и образува млади,
горещи магмени скали.

Топлината от тези скали тласка
подземните води към повърхността.

С охлаждането на водата,
йоните се утаяват

под формата на минерални кристали,

включително кварцови кристали
от силиций и кислород;

фелдшпат от калий, алуминий,
силиций и кислород;

галенит от олово и сяра.

Много от тези кристали имат
харакетерна форма -

като тази каскада от остър кварц,
или тази купчина кубчета галенит.

Но какво ги кара да се развият в тези
форми отново и отново?

Част от отговора се крие в техните атоми.

Атомите на всеки кристал са подредени
в силно организиран, повтарящ се модел.

Този модел определя
характеристиката на кристал,

и не се отнася само за минерали -

пясък, лед, захар, шоколад,
керамика, метали, ДНК,

и дори някои течности имат
кристални структури.

Нареждането на атомите на всяка
кристална структура

попада в един от шест различни рода:

кубичен, тетрагонален, орторомбичен,
моноклинен, триклинен и хексагонален.

При наличност на подходящите условия,

кристалите се развиват в
геометрични форми,

които отразяват нареждането
на техните атоми.

Например галенита,

който има кубична структура
съставена от оловни и серни атоми.

Относително големите оловни атоми

са подредени в триизмерна решетка
на 90 градуса един от друг,

докато относително малките серни атоми
се нареждат удобно помежду им.

С растежа на кристала, места като тези
привличат серни атоми,

докато оловото има тенденцията
да се свързва с тези места.

Накрая те ще запълнят решетката
от свързани атоми.

Това означава, че 90-градусовия модел
на кристалната структура на галенита

се отразява във видимата
форма на кристала.

Кварцът, междувременно, има
хексагонална кристална структура.

Това означава, че на една равнина

атомите му са подредени в шестоъгълници.

В три измерения тези шестоъгълници са
съставени от множество преплетени пирамиди

съставени от един силициев атом
и четири кислородни атома.

Така че формата на кварцовия кристал

е шестстранна колона със
заострени върхове.

В зависимост от условията на
околната среда,

повечето кристали имат потенциала да
образуват множество геометрични фигури.

Например, диамантите, които се образуват
дълбоко в мантията на Земята,

имат кубична кристална структура и се
развиват в кубчета или октаедри.

В коя точно форма израства диаманта

зависи от условията, в които расте,

включително налягане, температура,
и химическата среда.

Въпреки, че не можем да следим директно
условията за разтеж в мантията

някои лабораторни експерименти показват
доказателства,

че диамантите са склонни да растат
като кубове при по-ниски температури

и октаедри при по-високи температури.

Следи от вода, силиций,
германий или магнезий

също може да въздействат върху формата
на диаманта.

И диамантите никога не растат естествено
във фигурите намерени в бижутата—

тези диаманти са били изрязани, за да
покажат блясък и чистота.

Околната среда също може да повлияе
дали кристалите изобщо се образуват.

Стъклото е направено от разтопен
кварцов пясък,

но не е кристално.

Това е защото стъклото се охлажда
сравнително бързо

и атомите нямат време да се подредят

в подредената структура
на кварцов кристал.

Вместо това, случайното подреждане
на атомите в стопеното стъкло

се заключва при охлаждане.

Много кристали не образуват
геометрични форми,

защото растат в изключително близки
среди с други кристали.

Камъните като гранит са пълни с кристали,

но нямат разпознаваеми форми.

Доакто магмата се охлажда и втвърдява,

много минерали се кристализират по едно
и също време и бързо запълват мястото.

И някои кристали, като тюркоаз,

не се развиват в определена геометрична
форма в повечето природни условия,

дори при дадено достатъчно пространство.

Атомната структура на всеки кристал има
уникални свойства,

и докато тези свойства може да нямат
връзка с човешките емоционални нужди,

те имат мощни приложения
в материалознанието и медицината.