Внутреннее строение кристаллов

Кристаллы построены весьма правильно, строго закономерно. И в них тоже атомы, ионы или молекулы не находятся в покое, но каждая из частиц движется лишь в пределах определённого участка. Частицы не сталкиваются друг с другом, потому что все они расположены правильным строем.

Ион отличается от атома наличием электрического заряда.

Представьте себе, что ваш рост настолько уменьшился, что вы смогли войти внутрь кристалла. Вы увидите, что вокруг вас во все стороны тянутся ровные бесконечные ряды частиц (рис. 11). Они напоминают группу физкультурников в строю с той, однако, разницей, что правильные ряды частиц в кристалле тянутся не только вправо и влево, вперёд и назад, но и вверх и вниз. Кроме того, частицы не стоят неподвижно в строю, а непрерывно колеблются около некоторых определённых положений.

Эти правильные ряды частиц в трёхмерном пространстве называются кристаллическими решётками, потому что они действительно напоминают решётки.

Кристаллы горного хрусталя и берилла
Модель расположения ионов натрия и хлора в кристаллах хлористого натрия (каменной соли); шариками изображаются частицы, чёрточками – силы связи между ними.

Если бы мы могли совершить нашу воображаемую прогулку – войти внутрь различных кристаллических веществ и идти по рядам частиц, как по шпалам рельсового пути, – мы бы увидели, что структура всех кристаллических веществ периодична и закономерна. Во всех кристаллах частицы строятся симметричными, правильными рядами, плоскими сетками, пространственными решётками.

В разных веществах решётки различны. Каждое кристаллическое вещество можно отличить от других кристаллических веществ по его внутренней структуре. В одних кристаллах мы нашли бы очень простые решётки, в других – очень сложные . В разных веществах нам встретились бы различные расстояния между частицами в решётке. Но все эти расстояния очень малы: на пути в один сантиметр располагается примерно сто миллионов-атомов. Это – очень большое число: представьте себе, что сто миллионов людей выстроены в шеренгу плечом к плечу; такая шеренга может опоясать Землю по экватору.

Как же исследовали внутреннее строение кристаллов? О расположении частиц в разных веществах рассказали нам лучи Рентгена. С помощью рентгеновских лучей нельзя просто увидеть атомы, но если рентгеновские лучи пропускать через кристаллы, то происходят сложные физические явления, по которым можно судить о расположении частиц в веществе (подробнее об этом будет сказано в разделе Строение кристаллов). Рентгеновские лучи позволили узнать, что во всех кристаллических веществах атомы, ионы, молекулы образуют правильные ряды, сетки и решётки. Это правильное повторяющееся симметричное расположение частиц обязательно для кристаллов; оно является, их характерной особенностью, отличающей их от некристаллов.

На вопрос, что такое кристаллы, ответ таков: кристаллы – это симметричные тела, в которых составляющие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго периодически, образуя геометрически закономерную кристаллическую структуру.

Рентгеновские лучи обнаружили наличие кристаллической структуры не только в природных многогранниках камней, в микрокристаллические горных породах и в металлах, но и в очень многих других телах, о которых: никому и в голову не приходило подумать, что они тоже состоят из кристаллов. Уж на что, казалось бы, глина не похожа на кристаллы, но учёные уже давно показали, что и она состоит из мельчайших кристаллических частичек. Даже такие вещества, как, например, обыкновенная сажа, человеческие кости, волосы, волокна шерсти, шёлк, целлюлоза и т. п., как оказалось, тоже имеют кристаллическое строение.

Так расширяются пределы наших знаний. С помощью микроскопа, рентгеновских аппаратов и других приборов, постепенно исследуя окружающий мир, мы находим всё новые и новые кристаллы. Громадное большинство твёрдых веществ на Земле являются кристаллическими. Только эти кристаллы – большей частью не те прекрасные многогранники, которыми мы любуемся в музеях, а крохотные, подчас невидимые глазом зёрнышки. Однако внутреннее строение таких невзрачных зёрнышек столь же красиво и удивительно закономерно, как и строение чудесных больших многогранников.

Следующий раздел: Сказки о кристаллах