Los cristales son cuerpos sólidos con forma geométrica regular. La estructura dentro de la cual se ubican las partículas ordenadas se llama red cristalina. Los puntos de ubicación de las partículas en las que oscilan se denominan nodos de la red cristalina. Todos estos cuerpos se dividen en monocristales y policristales.
¿Qué son los monocristales?
Los monocristales son monocristales en los que la red cristalina tiene un orden claro. A menudo, un solo cristal tiene una forma regular, pero esta característica no es obligatoria para determinar el tipo de cristal. La mayoría de los minerales son monocristales.
La forma externa depende de la tasa de crecimiento de la sustancia. Con un aumento lento y la homogeneidad del material, los cristales tienen el corte correcto. A velocidad media, el corte no es pronunciado. A una alta tasa de cristalización, crecen policristales que consisten en muchos monocristales.
Ejemplos clásicos de monocristales son el diamante, el cuarzo,topacio. En electrónica, los monocristales, que tienen las propiedades de semiconductores y dieléctricos, son de particular importancia. Las aleaciones de monocristales se caracterizan por una mayor dureza. Los monocristales ultrapuros tienen las mismas propiedades independientemente de su origen. La composición química de los minerales depende de la tasa de crecimiento. Cuanto más lento crece el cristal, más perfecta es su composición.
Policristales
Los monocristales y policristales se caracterizan por una alta interacción molecular. Un policristal consta de muchos monocristales y tiene una forma irregular. A veces se les llama cristalitos. Aparecen como resultado del crecimiento natural o se cultivan artificialmente. Los policristales pueden ser aleaciones, metales, cerámicas. Las principales características se componen de las propiedades de los monocristales, pero los tamaños de grano, la distancia entre ellos y los límites de grano son de gran importancia. En presencia de límites, las características físicas de los policristales cambian significativamente, la resistencia disminuye.
Los policristales se generan como resultado de la cristalización, cambios en los polvos cristalinos. Estos minerales son menos estables que los monocristales, lo que provoca un crecimiento desigual de los granos individuales.
Polimorfismo
Los cristales individuales son sustancias que pueden existir en dos estados a la vez, que diferirán en sus propiedades físicas. Esta característica se llama polimorfismo.
Al mismo tiempo, una sustancia en un estado puede ser más estable que en otro. Cuando las condiciones ambientales cambian, la situación puedecambio.
El polimorfismo es de los siguientes tipos:
- Reconstrucción: los átomos y las moléculas se descomponen.
- Deformación - se modifica la estructura. Se produce compresión o estiramiento.
- Shift - algunos elementos de la estructura cambian de ubicación.
Las propiedades del cristal pueden cambiar con un cambio repentino en la composición. El ejemplo clásico de polimorfismo es la modificación por carbono. En un estado es diamante, en otro es grafito, sustancias con diferentes propiedades.
Algunas formas de carbohidratos se convierten en grafito cuando se calientan. Pueden ocurrir cambios en las propiedades sin que se deforme la red cristalina. En el caso del hierro, la sustitución de algunos componentes provoca la desaparición de las propiedades magnéticas.
Resistencia del cristal
Cualquier material utilizado en la tecnología moderna tiene una resistencia final. Una aleación de níquel, cromo y hierro tiene la mayor resistencia. El aumento de la resistencia de los metales mejorará el equipamiento militar y civil. Una mayor resistencia al desgaste dará como resultado una vida útil más prolongada. Por este motivo, los científicos llevan mucho tiempo estudiando la resistencia de los monocristales.
Los monocristales puros son cristales con una red cristalina ideal, contienen una pequeña cantidad de defectos. Con una disminución en el número de defectos, la resistencia de los metales aumenta varias veces. Al mismo tiempo, la densidad del metal permanece casi igual.
Los cristales individuales con una red ideal son resistentes a la tensión mecánica hasta el punto de fusión. no cambies contiempo. La mayoría de las veces, tales cristales individuales tienen una dislocación cero. Pero esta es una condición opcional. La resistencia se explica por el hecho de que se forman microfisuras en los lugares donde existe el mayor número de dislocaciones. Y en su ausencia, no hay lugar para que aparezcan grietas. Esto significa que el monocristal durará hasta que se supere el umbral de su fuerza.
Cristales individuales artificiales
El cultivo de monocristales es posible en el nivel actual de la ciencia. Al procesar metal, sin cambiar su composición, puede crear un solo cristal que tiene un alto margen de seguridad.
Hay 2 métodos conocidos para la producción de monocristales:
- super alta presión y fundición de metales;
- presión criogénica.
El primer método es popular para procesar metales ligeros. Dada la pureza del metal y el aumento de la presión, aparecerá gradualmente un nuevo metal que tiene las mismas propiedades, pero con mayor resistencia. Bajo ciertas condiciones, es posible obtener un monocristal con una red ideal. En presencia de impurezas, existe la posibilidad de que la red cristalina no sea ideal.
En los metales pesados, al aumentar la presión, se produce el proceso de cambio de estructura. El monocristal aún no ha resultado, pero la sustancia ha cambiado de propiedades.
La fundición criogénica se basa en la producción de líquidos criogénicos. La cristalización no ocurre bajo la influencia de un campo magnético. La forma semicristalina se convierte en cristal después de cargarse eléctricamente.
Diamantey cuarzo
Las propiedades del diamante se basan en el hecho de que es una sustancia con una red cristalina atómica. El enlace entre los átomos determina la fuerza de un diamante. Bajo condiciones constantes, el diamante no cambia. Cuando se expone al vacío, se convierte gradualmente en grafito.
Los tamaños de los cristales varían significativamente. Los diamantes de crecimiento sintético tienen caras cúbicas y se ven diferentes a sus contrapartes. Las propiedades del diamante se utilizan para cortar vidrio.
Los cristales de cuarzo se encuentran en todas partes. El mineral es uno de los más comunes. El cuarzo suele ser incoloro. Si hay muchas grietas dentro de la piedra, entonces es blanca. Cuando se agregan otras impurezas, cambia de color.
Los cristales de cuarzo se utilizan en la fabricación de vidrio, para crear ultrasonidos, en equipos eléctricos, de radio y televisión. Algunas variedades se utilizan en joyería.
Estructura de monocristales
Los metales en estado sólido tienen una estructura cristalina. La estructura de los monocristales es una serie interminable de átomos alternos. En realidad, el orden de los átomos puede verse alterado debido a efectos térmicos, mecánicos o por una serie de otras razones.
Las redes cristalinas se encuentran en 3 tipos:
- tipo tungsteno;
- tipo cobre;
- tipo magnesio.
Solicitud
Los monocristales artificiales son una oportunidad para obtener material con nuevas propiedades. El área de aplicación de cristales individuales es muy grande. El cuarzo y el espato fueron creados por la naturaleza, mientras que el fluoruro de sodio se cultivó artificialmente.
Los monocristales sonMateriales utilizados en óptica y electrónica. El cuarzo y la mica se utilizan en óptica, pero son caros. En condiciones artificiales, puede crecer un solo cristal, que se distinguirá por su pureza y fuerza.
Diamond se usa donde se requiere alta resistencia. Pero se sintetiza con éxito en condiciones artificiales. Los monocristales tridimensionales se cultivan a partir de fundidos.
