Kristaller nasıl olur?

Dersin tamamı: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

Çoğu kristalin imza şekilleri vardır—sivri kuvars şelalesi veya galenit küpü yığını gibi. Her kristalin atomlarının belirleyici özelliği vardır: düzenlenmiş, tekrar eden modelleri. Model minerallerle sınırlı değildir- kumun, buzun, metallerin ve DNA’nın da aynı zamanda kristalli yapıları vardır. Peki bu şekillere tekrar tekrar dönüşmelerine ne sebep olur?

Ders: Graham Baird, animasyon: Franz Palomares.

Yellowstone Kalderası'nın gayzerleri ve
kaplıcalarının derinliklerinde

dünyanın mantosundaki sıcak nokta
tarafından üretilen magma ocağı yatar.

Magma yeryüzüne
doğru hareket ettikçe

genç volkanik kayalar
oluşturmak için kristalleşir.

Bu kayaların ısısı, yer altı suyunu
yeryüzüne doğru hareket ettirir.

Su soğudukça iyonlar,

oksijen ve silikondan kuvars kristalleri,

potasyum, alüminyum,
silikon ve oksijenden feldspat,

kurşun ve kükürtten galenit,
mineral kristaller olarak yağarlar.

Bu kristallerin çoğunun
belirli şekilleri vardır—

mesela bu sivri kuvars şelalesi
veya bu galenit küpü yığını.

Peki defalarca bu şekillere
dönüşmelerine ne sebep olur?

Cevabın bir kısmı atomlarında saklı.

Kristallerin atomları hayli düzenli,
yinelenen bir kalıptan oluşur.

Bu kalıp, bir kristalin
tanımlayıcı özelliğidir

ve minerallerle sınırlı değildir—

kum, buz, şeker, çikolata,
seramikler, metaller, DNA,

ve bazı sıvıların bile
kristalli yapıları vardır.

Her kristalli maddenin
atomik düzenlemesi

altı farklı aileden
birine denk düşer:

kübik, dörtgen, ortofobik,
monoklinik, triklinik ve altıgensel.

Uygun şartlar altında

kristaller, atomlarının
düzenlemesini yansıtan

geometrik şekillere dönüşürler.

Örneğin, kurşun ve kükürt atomlarından
oluşan kübik yapıdaki galenit.

Nispeten büyük kurşun atomları,

üç boyutlu ve birbirlerine
90 derece olarak düzenlenmişken

nispeten küçük kükürt atomları,
aralarına düzgünce sığar.

Kristal büyüdükçe kurşun
bu yerlere bağlanacak iken

bu gibi yerler kükürt atomlarını çekerler.

Neticede bağlanmış atomların
ağını tamamlayacaktırlar.

Bu, galenitin kristalli yapısının
90 derecelik ağ modelinin

kristalin görünür biçiminde
yansıtıldığı anlamına gelir.

Aynı zamanda kuvars
altıgen kristalli yapıya sahiptir.

Bu, bir yassıda atomlarının
altıgenlerle düzenlendiği anlamına gelir.

Üç boyutlularda, bu altıgenler
bir silikon ve dört oksijen atomlarından—

meydana gelen, birbirine kenetli
piramitlerden oluşurlar.

Yani, kuvars kristalinin imza şekli

sivri uçları olan altı yönlü bir sütundur.

Çevresel koşullara bağlı olarak

çoğu kristalin birçok geometrik şekli
oluşturma potansiyeli vardır.

Örneğin, yerkürenin mantosunun
derininde oluşan elmaslar,

kübik kristalli bir yapıya sahiptir ve
küp ya da sekizyüzlü haline gelebilirler.

Bu da belli bir elmasın
ne hale geleceğini

oluştuğu yerdeki basınç, ısı
ve kimyasal çevre faktörlerine

bağlı olarak şekillendirir.

Mantodaki oluşma durumlarını
doğrudan gözlemleyemesek de

laboratuvar deneyleri

elmasların düşük ısılarda küplere,
yüksek ısılarda sekizyüzlülere dönüşmeye

meyilli olduğu gibi
bazı kanıtlar göstermekte.

Eser miktarda su, silikon,
germanyum ya da magnezyum da

ayrıca elmasın şeklini etkileyebilir.

Elmaslar, doğal olarak mücevherlerde
bulunan şekillere dönüşmezler—

bu elmaslar vitrin pırıltısı ve
berraklığına göre kesilmiştirler.

Çevresel koşullar da kristallerin
oluşup oluşmayacağını etkiler.

Cam, erimiş kuvars kumlarından oluşur

ama kristalli değildir.

Çünkü cam nispeten daha hızlı soğur

ve atomların kendilerini kuvars
kristalinin sıralı yapısında

düzenleyecek vakitleri yoktur.

Yerine, atomların erimiş camdaki
rastgele düzenlemeleri

soğumada kilitli kalır.

Çoğu kristalin geometrik şekli yoktur

çünkü diğer kristallere aşırı derecede
yakın yerlerde oluşurlar.

Granit gibi taşlar kristallerle doludur

ama hiçbirinin tanınmış şekli yoktur.

Magma soğudukça ve sertleştikçe

içerisindeki çoğu mineral aynı zamanda
kristalleşir ve hızla alanları tükenir.

Turkuaz gibi belirli kristaller,

çoğu çevresel koşulda
yeterli boşluk verilse de

görülebilir geometrik şekillere
dönüşmezler.

Her kristalin atomik yapısı
eşsiz özelliklere sahiptir

ve bunların insanların duygusal
ihtiyaçlarında bir etkisi olmasa da

malzeme bilimi ve tıpta
güçlü uygulamaları vardır.