A kristályok felépítése - Graham Baird

A teljes előadás megtekintéséhez kattintson a következő linkre: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

Sok kristály rendelkezik jellegzetes formával, mint például a kvarckristályok csúcsos oszlopai vagy egy halom galenitkocka. Minden kristály atomjai meghatározott rendszerbe helyezkednek. Ez a rendszer azonban nem csak kristályokra jellemző: homok, jég, fémek és a DNS is rendelkezik kristályszerkezettel. De mitől nőnek a kristályok újra és újra ugyanazokba a formákba? Graham Baird ezúttal a kristályok egyedi tulajdonságaiban merül el.

Előadás: Graham Baird
Rendezte: Franz Palomares

Mélyen, a Yellowstone kaldera
gejzírei és termálvízforrásai alatt

egy, a Föld köpenyében kialakult
magmakamra fekszik.

Ahogy a magma megindul a felszín felé,

kristályosodni kezd, s így fiatal,
forró vulkáni kőzetek jönnek létre.

Az ezen kőzetekből felszabaduló hő
a felszín felé tereli a talajvizet.

A víz hűlésével az ionok ásványkristályok
formájában kicsapódnak,

például szilícium- és oxigénionokból
a kvarckristály,

kálium-, alumínium, szilícium-
és oxigénionokból a földpát,

valamint ólom- és kénionokból a galenit.

Sok kristálynak egyedi a formája,

mint ez a halom csúcsos kvarckristály
vagy mint ez a kupac galenitkristály.

De mitől nőnek a kristályok
újra és újra ezekbe a formákba?

A válasz részben az atomjaikban keresendő.

A kristályok atomjai rendezett,
ismétlődő mintát alkotnak.

Ez a minta meghatározó
tulajdonsága a kristályoknak,

ám ez nem csak az ásványokra jellemző:

homok, jég, cukor, csokoládé, kerámia,
fémek, DNS

és még egyes folyadékok is rendelkeznek
kristályszerkezettel.

Minden kristályos anyag
atomjainak elrendezése

a hat osztály egyikébe sorolható:

szabályos, tetragonális, rombos, monoklin,
triklin és hexagonális.

Megfelelő körülmények között

a kristályok geometrikus formákban nőnek,

amik atomjaik elrendeződését tükrözik.

Például a galenit ólom- és kénatomjai
kocka alakban helyezkednek el.

A viszonylag nagy ólomatomok
három dimenzióban,

egymáshoz képest 90 fokba rendeződnek,

míg a viszonylag kicsi kénatomok
épp közéjük illenek.

Ahogy a kristály nő,
ezek a helyek vonzzák a kénatomokat,

míg az ólomatomok ide
alakítanak ki kötéseket.

Idővel az egymáshoz kötődő atomok
rácsot alkotnak.

Tehát a galenit 90 fokos
kristályrácsmintája

megmutatkozik
a kristály látható formájában is.

Ezzel szemben a kvarc hexagonális
rendszerben kristályosodik.

Ez annyit tesz, hogy egy síkban az atomjai
hexagonális formába rendeződnek.

Három dimenzióban ezek a hexagonok
számos egymáshoz kapcsolódó,

egy szilícium- és négy oxigénatom
alkotta piramisból állnak.

Így a kvarckristály tipikus formája

a hatoldalú, csúcsos oszlop.

A környezeti feltételektől függően

a legtöbb kristály többféle geometriai
formát is ölthet.

Például a gyémántok, amelyek mélyen
a Föld köpenyében képződnek,

szabályos rendszerben kristályosodnak,
s kocka vagy oktaéder formát öltenek.

Hogy egy gyémánt végül milyen alakúra nő,

az az őt körülvevő közeg
körülményeitől függ,

beleértve a nyomást, a hőmérsékletet
és a közeg vegyi összetételét.

Ugyan a köpenyben nem tudjuk
e növekedést közvetlenül megfigyelni,

laboratóriumban végzett kísérletek
arra utalnak,

hogy a gyémántok hajlamosak
alacsonyabb hőmérsékleten kocka formájúra,

míg magasabb hőmérsékleten
oktaéder formájúra nőni.

Nyomelemnyi mennyiségű víz, szilícium,
germánium vagy magnézium

szintén hatással lehet
a kialakuló gyémánt formájára.

És a gyémántok soha nem nőnek
az ékszerekben található formákra.

Azokat a gyémántokat megcsiszolták,
hogy kiemeljék a ragyogást és tisztaságot.

Környezeti tényezők azt is befolyásolják,
hogy egyáltalán létrejönnek-e kristályok.

Az üveg olvasztott kvarchomokból készül,

mégsem kristályos anyag.

Ennek az üveg viszonylag
gyors lehűlése az oka,

mert az atomoknak nincs elég idejük
pozícióikat felvenni

a kvarc kristályrendszerében.

Ehelyett az olvadt üvegben
az atomok véletlenszerű pozíciója

válik véglegessé a lehűlés során.

Sok kristály nem alkot
geometriai formákat,

mert túl közel növekszik
más kristályokhoz.

Vannak kőzetek, mint a gránit,
amik tele vannak kristályokkal,

mégsem rendelkeznek
felismerhető formákkal.

Ahogy a magma hűl és megszilárdul,

sok ásvány kristályosodik ki egyidejűleg,
s kifogynak a rendelkezésre álló helyből.

Egyes kristályok, mint a türkiz pedig

a legtöbb környezeti feltétel meglétekor
sem nő felismerhető geometriai formákba,

még akkor sem,
ha a kellő tér rendelkezésre áll.

A kristályok atomszerkezete
egyedi tulajdonságokkal bír.

Ezen tulajdonságok ugyan
nincsenek hatással az emberi érzelmekre,

de alkalmazásuk komoly jelentőséggel bír
az anyag- és orvostudomány területén.