Кристал — разлика између измена
Садржај обрисан Садржај додат
→Гранични елементи кристала: слика |
. |
||
Ред 1:
{{short description|Чврсти материјал чији су саставни атоми, молекули или јони поређани у уређеном обрасцу који се протеже у све три просторне димензије}}{{рут}}
{{Redirect|Кристали|музичку групу|Кристали (музичка група)}}
[[Датотека:Quartz oisan.jpg|мини|250п|Кристал [[кварц]]а]]
[[Датотека:Insulincrystals.jpg|мини|250п|Кристали [[Инсулин]]а]]
У [[хемија|хемији]] и [[минералогија|минералогији]], '''кристал''' представља чврсту материју чији су констутивни елементи [[атом]]и, [[молекул]]и, или [[јон]]и а који граде правилну унутрашњу (просторну) [[Хемијска структура|структуру]]. Реч кристал потиче од грчке речи "κρύσταλλος" која значи ''чисти лед'',<ref>[https://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus%3Atext%3A1999.04.0057%3Aentry%3Dkru%2Fstallos κρύσταλλος], [[Henry George Liddell]], [[Robert Scott (philologist)|Robert Scott]], ''A Greek-English Lexicon'', on Perseus Digital Library</ref><ref>[https://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus%3Atext%3A1999.04.0057%3Aentry%3Dkru%2Fos κρύος], Henry George Liddell, Robert Scott, ''A Greek-English Lexicon'', on Perseus Digital Library </ref><ref>{{cite journal |year= 2000 |others= Kreus |url= https://www.ahdictionary.com/word/search.html?q=crystal&submit.x=0&submit.y=0 |title= The American Heritage Dictionary of the English Language }}</ref> и некада се односио само на кристал [[кварц]]а. У минералогији кристал је тело ограничено геометријским површинама (пљоснима), а у свим деловима има једнака хемијска својства. Већина метала представљају поликристале. Код кристала је честа појава ближњења, односно симетричног урастања кристала.
Pravilni je raspored [[Termodinamika|termodinamički]] najstabilniji i većina [[Krutine|čvrstih tvari]] kristalne je prirode.<ref>{{cite web |title=Chem1 online textbook—States of matter |url=http://www.chem1.com/acad/webtext/states/states.html#SEC4 |author=Stephen Lower |access-date=2016-09-19}}</ref><ref>{{cite book |authors=Ashcroft and Mermin |title=[[Ashcroft and Mermin|Solid state physics]] |year=1976}}</ref> Kristali nastaju u procesu [[Kristalizacija|kristalizacije]] rastom iz pothlađene [[kapljevina|kapljevine]], pothlađene [[para|pare]], [[plin]]a, zasićene [[otopine]], [[Taljenje|taline]], [[Amorfna tvar|nesređene (amorfne) čvrste faze]] ili manje stabilne kristalne faze. Unutrašnji pravilni raspored daje kristalu određenu [[Simetrija|simetriju]] koja se iskazuje u svojstvima i u vanjskom obliku kristala. Kristal ima određen [[geometrija|geometrijski oblik]]. [[Kut]]ovi među [[ploha]]ma kristala neke [[kemijska tvar|kemijske tvari]] konstantni su i za tu tvar svojstveni (karakteristični). Dijelovi nastali kalanjem kristala imaju ravne površine, a njihovi su kutovi takođe konstantni i svojstveni za dotičnu tvar. Dijelovi nastali sitnjenjem kristala opet su kristalići istih svojstava.
Svojstva kristala kao što su [[gustoća]], [[tvrdoća]], kalavost, [[elastičnost]], [[plastičnost]], magnetska i električna [[polarizacija]], [[vodljivost]] topline i struje, [[boja]], [[sjaj]], [[Refrakcija|lom]] i [[dvolom]] [[svjetlost]]i ovise o kemijskom sastavu i kristalnoj strukturi pa su zbog toga stalna. Međutim, mnoga su svojstva različita u različitim [[smjer]]ovima u kristalu i to se svojstvo označuje kao [[anizotropija]]. Ako se rast kristala odvijao bez vanjskih zapreka, njihovi su vanjski oblici geometrijski pravilni ([[Poliedar|poliedri]]), što je odraz njihove pravilne strukture. Kristalni poliedri mogu biti sastavljeni od ploha jedne kristalne forme, to jest od ploha koje su međusobno simetrijski jednake, ili od kombinacije ploha više kristalnih formi. Iz stabilnosti strukture proizlaze i zakonitosti [[Morfologija|morfologije]] poliedara, koje su sadržane u kristalnim zakonima: u zakonu stalnosti kutova između bilo kojeg para ploha prisutnog na svim kristalima iste tvari, te u zakonu racionalnog omjera parametara (odsječaka ploha po koordinatnim osima) prema kojemu su parametri po pojedinačnim osima bilo kojega para ploha na promatranom kristalu u omjeru malih [[Racionalni broj|racionalnih brojeva]]. U tome je bitna razlika između kristalnih i proizvoljnih poliedara (mnogoplošnika). Kristalni oblik svojstven je za mnoge kemijske tvari pa često omogućuje njihovo otkrivanje (identifikaciju), što se osobito koristi u [[Mineralogija|mineralogiji]]. Posve pravilni oblici susreću se samo kod monokristala; mnogo su češći kristalni agregati (polikristali) kod kojih svako zrno nema sve svoje svojstvene plohe ili je potpuno bez njih, a cijeli polikristal gledan kao cjelina nema jedinstvenu kristalnu strukturu. <ref> '''kristali''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=34004] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>
== Елементи симетрије кристала ==
[[Датотека:Snow crystallization in Akureyri 2005-02-26 19-03-37.jpeg|мини|лево|300px|[[Kristalizacija]] je nastajanje kristala u kojem se osnovne [[čestica|čestice]] ([[atom]]i, [[ion]]i ili [[molekule]]) pravilno slažu u prostoru stvarajući [[kristalna rešetka|kristalnu rešetku]].]]
{{multiple image
| align = right
| direction = horizontal
| width = 150
| header = [[Халит]] ([[кухињска со]], -{NaCl}-): микроскопски и макроскопски
| image1 = Sodium-chloride-3D-ionic.png
| width1 = 75
| alt1 = Halite crystal (microscopic)
| caption1 = Mikroskopska struktura kristala [[halit]]a (ljubičasti su ioni [[natrij]]a, zeleni su ioni [[klor]]a). To je [[kubični kristalni sustav]] u rasporedu [[atom]]a.
| image2 =Selpologne.jpg
| width2 = 75
| alt2 = Halite crystal (Macroscopic )
| caption2 = Макроскопски кристал халита (~ 16 [[metar|-{cm}-]]). Прави угао (90˚) између кристалних плоча настаје због кубне симетрије распореда атома.}}
[[Датотека:Crystal on graph paper.jpg|мини|лево|300px|Кристал [[калцит]]а лежи на милиметарском папиру приказујући [[дволом]].]]
[[Датотека:Kristallstruktur Zementit.png|мини|десно|300px|Приказ [[кристална решетка|кристалне решетке]] [[цементит]]а -{Fe<sub>3</sub>C}-. [[Атом]]и [[жељезо|жељеза]] су плаве боје, а [[угљеник]]а су црне боје и пуно мањи.]]
[[Датотека:Diamonds_glitter.png|мини|десно|300px|Дијамантна решетка: структура кубног [[дијамант]]а.]]
Кристали имају три врсте симетријских елемената који се могу запазити како у њиховој структури, тако и по вањском облику. То су:
* ravnina simetrije je ona [[ravnina]] koja dijeli kristal na dva zrcalno jednaka dela;
* os simetrije ili gira je [[os]] ([[pravac]]) oko koje možemo okretati kristal da se pri tom pojavljuju istovrsni položaji kristala. Ti položaji se oko gire mogu pojavljivati dva, tri, četiri ili šest puta, pa prema tome postoje digire, trigire, tetragire i heksagire.
* centar simetrije je [[točka (matematika)|točka]] u geometrijskom središtu kristala, kroz koju prolaze pravci koji na oba kraja imaju istovrsne usporedne kristalografske elemente, i to plohe, bridove ili uglove.
Elemente simetrije opažamo već u [[Jedinična elementarna ćelija kristala|elementarnoj ćeliji]] strukturne rešetke kristala. Broj elemenata simetrije je ograničen - postoje 32 kombinacije simetrijskih elemenata, po kojima razlikujemo i 32 ''kristalne klase''. Mineralne forme jedne kristalne klase imaju iste elemente simetrije.
== Кристалографски системи ==
Све равни које се налазе на кристалу фиксирају се на замишљени [[Декартов координатни систем|координатни систем]], који се назива кристалографским осима. Равни [[Piramida (geometrija)|piramide]] položene su tako da sijeku sve tri kristalografske osi, plohe [[Prizma|prizme]] seku dve ose, a s trećom su paralelne, dok plohe pinakoida sijeku samo jednu os, a s ostale dvije su paralelne.
S obzirom na kristalografske osi, nekoliko kristalnih klasa možemo spojiti u jedan kristalografski sustav. U jednom kristalnom sustavu nalaze se kristalne klase s različitim elementima simetrije, ali sve imaju isti položaj kristalografskih osi.
Postoji 6 kristalografskih система, a to su:
* [[kubični kristalni sistem]] obuhvaća kristalne forme (njih 15 ukupno) koje se mogu svesti na tri jednake i međusobno okomite kristalografske osi. Prostorna rešetka takvog sustava je jednostavna, plošnocentrirana ili volumnocentrirana [[kocka]]. Kubični sustav ima 5 kristalnih klasa.
* [[heksagonski kristalni sistem]] obuhvaća forme (njih 9) koje se mogu svesti na 4 kristalografske osi. Tri su jednake, leže u horizontalnoj ravnini i sijeku se međusobno pod kutom od 120°, a četvrta, duža ili kraća os na njih je okomita. Prostorna rešetka je heksagonska ili romboedrijska. Ovaj sustav ima 12 kristalnih klasa.
* [[tetragonski kristalni sistem]] - obuhvaća forme (njih 5) s tri međusobno okomite kristalografske, od kojih su dvije jednake i leže u vodoravnoj ravnini, a treća kraća ili duža leži okomito na njih. Prostorna rešetka je jednostavna ili volumnocentrirana tetragonska prizma. Tetragonski sustav ima 7 kristalnih klasa.
* [[ortorompski kristalni sistem]] obuhvaća forme (njih 3) koje se mogu svesti na 3 nejednake i međusobno okomite osi. Prostorna rešetka je jednostavna ili volumnocentrirana rompska prizma. Sustav ima 3 kristalne klase.
* [[monoklinski kristalni sistem]] obuhvaća forme (njih 3) koje se svode na 3 nejednake kristalografske osi, od kojih su samo dvije međusobno okomite, a treća je kosa. Prostorna rešetka je jednostavna ili baznocentrirana monoklinska prizma, a sustav ima 3 kristalne klase.
* [[triklinski kristalni sistem]] obuhvaća forme (njih 3) koje se mogu svesti na tri kristalografske osi nejednake dužine i koje se međusobno sijeku pod kosim kutom. Prostorna rešetka ima samo centar simetrije.
== Кристална структура ==
{{Главни чланак|Кристална структура}}
U prirodi se često nalaze komadići [[materija|materije]], koji su omeđeni ravnim plohama i predstavljaju pravilna geometrijska tijela kao [[kocka|kocke]], [[Piramida (geometrija)|piramide]], [[Oktaedar|oktaedre]] i tako dalje. Proučavanje takvih pravilnih kristala već je odavno jedan od osnovnih zadataka [[Mineralogija|mineraloga]], a [[matematičar]]i su našli poticaja u kristalima da nauku o [[simetrija]]ma razviju do vrlo visokog stupnja. Duboko fizičko značenje dobilo je ispitivanje kristala tek modernom [[Atomska fizika|atomnom teorijom]]. Činjenice o kristalima nesumljivo govore da je to prototip sastava [[Krutine|čvrstog tijela]]. Čvrsti oblik materije osniva se na kristalnoj strukturi. Ako je komadić čvrste materije jedan kristal, tad se pravilni oblik razabire na prvi pogled. No ako se čvrsto tijelo sastoji od mnogo sitnih kristala, koji su poredani u svim mogućim smjerovima, tad je simetrija strukture izbrisana za naše oko.
Već u 18. stoljeću je naslutio [[René Just Haüy|R. J. Haüy]], da je pojava kristala uzrokovana pravilnim rasporedom osnovnih djelića. Zamislimo li te djeliće kao kocke, možemo njima izgraditi razna [[Geometrijsko tijelo|geometrijska tijela]]. Haüyev model kristala usavršio je [[Auguste Bravais|A. Bravais]] 1848. On se oslobodio naivnih predodžbi o kompaktnim djelićima i uzeo, da su [[težište|težišta]] molekula poredana u pravilnim geometrijskim razmacima. Ona čine [[kristalna rešetka|kristalnu rešetku]]. Opću sistematiku kristalnih rešetaka razvili su 1891. [[Jevgraf Stepanovič Fjodorov|J. S. Fjodorov]] i Arthur Moritz Schoenflies (1853. - 1928.).
Za kristal je svojstveno da se određeni raspored molekula periodički ponavlja u prostoru. Promatrat ćemo najprije jednostavnu kristalnu rešetku koja je građena od samih jednakih [[atom]]a ili [[molekula]]. Onaj određeni raspored molekula koji se ponavlja u prostoru obuhvatimo u jednu elementarnu ćeliju. Paralelnim pomakom ćelije u sva tri prostorna smjera možemo izgraditi čitavu rešetku. Tip rešetke možemo prema tome jednoznačno utvrditi elementarnom ćelijom.
Najjednostavniju elementarnu ćeliju predstavlja [[kocka]] koja u svakom kutu sadrži jedan atom ili molekulu. Takva ćelija zove se još prosta kubna. Nešto složenija je ćelija koja u centru kocke sadrži još jedan atom ili molekulu. Takvu kubičnu rešetku s prostornim centrima imaju kristali [[Alkalijski metali|alkalijskih metala]] (Li, Na, K, Rb, Cs), zatim [[vanadij]] V, [[krom]] Cr, [[molibden]] Mo, [[tantal]] Ta i neki drugi. Mjesto u prostornom centru kocke može po jedan atom stajati u centru svake stranice. Kubne rešetke s takvim plošnim centrima također su česte u prirodi. Tako se kristaliziraju kemijski elementi [[srebro]] Ag, [[zlato]] Au, [[platina]] Pt, [[Bakar (element)|bakar]] Cu, [[Olovo (element)|olovo]] Pb i drugi.
Svakom kristalu pripadaju 3 glavne osi smjera ili osi. Ako je elementarna ćelija kocka, tada su osi među sobom okomite. Općenito mogu osi kristala zatvarati kutove različite od 90°. Elementarnu ćeliju možemo općenito opisati s 3 vektora <math> \vec a_1 </math>, <math> \vec a_2 </math> i <math> \vec a_3 </math>, koji određuju bridove ćelije. Čvor ove jednostavne rešetke dobijemo tako da vektore <math> \vec a_1 </math>, <math> \vec a_2 </math> i <math> \vec a_3 </math> nanesemo cijeli broj puta. Točke rešetke su dane sa:
:<math> \vec n = n_1 \cdot \vec a_1 + n_2 \cdot \vec a_2 + n_3 \cdot \vec a_3 </math>
gdje ''n<sub>1</sub>'', ''n<sub>2</sub>'' i ''n<sub>3</sub>'' mogu poprimiti sve cijele brojeve. Pomakom rešetke u glavnim smjerovima za veličinu <math> n_1 \cdot \vec a_1 </math>, <math> n_2 \cdot \vec a_2 </math> ili <math> n_3 \cdot \vec a_3 </math> ne mijenja se raspored molekula u prostoru. Ta invarijantnost prema prostornim pravocrtnim pomacima (translacijama) osnovna je simetrija kristala.
Jednostavna rešetka izgrađena je od jednakih atoma ili jednakih atomskih grupa. Svaki atom ili svaka atomska grupa na isti su način opkoljeni od drugih atoma ili atomskih grupa. Nijedan atom ne ističe se ničim ispred drugog. Ako se kristal sastoji od različitih atoma ili više vrsta atomskih grupa, tad svaka čini za sebe jednu jednostavnu rešetku. Kristal je složena rešetka. U takvom kristalu opet svaki atom ili svaka ista atomna grupa ima istu okolinu, ali različiti atomi opkoljeni su različitim rasporedom atoma.
== Гранични елементи кристала ==
Линија 20 ⟶ 77:
'''Пљосни''' су углавном глатке равне површине које са свих страна омеђују кристал. '''Рогљеви''' представљају тачкасте граничне елементе који се налазе на месту пресека три или више пљосни или на месту сусрета три или више ивица. '''Ивице''' су линеаменти који се јављају на контакту две пљосни. Испитивањем ових елемената и утврђивањем постојања елемената симетрије одређује се по којој [[кристалне системе|кристалној системи]] се одвијала кристализација.
== Референце ==
{{reflist|}}
== Литература ==
{{refbegin|
* {{Cite book | ref= harv|title=Crystallography: An Introduction |author=Walter Borchardt-Ott, Robert O. Gould |publisher=Springer |edition=3.|year=201 |isbn=978-3642164514}}
* Др Димитрије Тјапкин:''Физичка електроника и електронска физика чврстог тела'', [[Научна књига]], Београд, 1988.
* {{McQuarrie1st}}
* {{cite web|last=Howard|first=J. Michael|author2=Darcy Howard (Illustrator)|url=http://www.rockhounds.com/rockshop/xtal/index.html|title=Introduction to Crystallography and Mineral Crystal Systems|publisher=Bob's Rock Shop|year=1998|access-date=2008-04-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20060826015700/http://www.rockhounds.com/rockshop/xtal/index.html|archive-date=2006-08-26|url-status=dead}}
* {{cite web|last=Krassmann|first=Thomas|date=2005–2008|title=The Giant Crystal Project|publisher=Krassmann|access-date=2008-04-20|url=http://giantcrystals.strahlen.org|archive-url=https://web.archive.org/web/20080426185221/http://giantcrystals.strahlen.org/|archive-date=2008-04-26|url-status=dead}}
* {{cite web|author=Various authors|title=Teaching Pamphlets|publisher=Commission on Crystallographic Teaching|year=2007|url=http://www.iucr.ac.uk/iucr-top/comm/cteach/pamphlets.html|access-date=2008-04-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20080417001743/http://www.iucr.ac.uk/iucr-top/comm/cteach/pamphlets.html|archive-date=2008-04-17|url-status=dead}}
* {{cite web|author=Various authors |title=Crystal Lattice Structures:Index by Space Group |url=https://www.atomic-scale-physics.de/lattice/spcgrp/index.html |year=2004 |access-date=2016-12-03}}
* {{cite web|author=Various authors|title=Crystallography|url=http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/index-en.html|year=2010|access-date=2010-01-08|publisher=[[Spanish National Research Council]], Department of Crystallography}}
* Yoshinori Furukawa, "Ice"; Matti Leppäranta, "Sea Ice"; D.P. Dobhal, "Glacier"; and other articles in Vijay P. Singh, Pratap Singh, and Umesh K. Haritashya, eds., ''Encyclopedia of Snow, Ice and Glaciers'' (Dordrecht, NE: Springer Science & Business Media, 2011). {{ISBN|904812641X}}, 9789048126415
* {{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=jY9ADAAAQBAJ&q=snowflake+is+usually+single+crystal&pg=PA12|title=The Snowflake: Winter's Frozen Artistry|last1=Libbrecht|first1=Kenneth |last2=Wing|first2=Rachel |date=2015-09-01 |publisher=Voyageur Press|isbn=9781627887335 |language=en}}
* {{Cite book|url=https://books.google.com/books?id=Drs6DwAAQBAJ&q=ice+cube+polycrystal+snow+is+single+crystal&pg=PA78-IA186|title=Snow Engineering 2000: Recent Advances and Developments|last=Hjorth-Hansen|first=E.|date=2017-10-19|publisher=Routledge|isbn=9781351416238|language=en}}
{{refend}}
Линија 36 ⟶ 105:
* [http://www.thecrystalweb.org/ Виртуални музеј кристала]
* [https://web.archive.org/web/20080426185221/http://giantcrystals.strahlen.org/ Гигантски кристални пројекат - документовани највећи кристали и кристални агрегати икада пронађени]
{{Authority control}}
[[Категорија:Кристали]]
|