Кристаллы

Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος первоначально — «лёд», в дальнейшем — «горный хрусталь; кристалл») — твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.

Кристаллы — твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Современное определение кристалла дано Международным союзом кристаллографов: материал представляет собой кристалл, если он имеет преимущественно острую дифракционную картину.

В 2000 году самые крупные природные кристаллы были обнаружены в Пещере кристаллов в шахтовом комплексе Найка, в мексиканском штате Чиуауа. Некоторые из найденных там кристаллов гипса достигают 15 метров в длину, а в ширину — 1 метр. Известен своими гигантскими, метровыми, кристаллами сподумен. В 1914 году было опубликовано сообщение, что в руднике Этта, Южная Дакота некогда был найден кристалл сподумена длиной 42 фута (12,8 м) и весом 90 тонн.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Вторая проблема чисто химическая, и связана она с формой молекул аминокислот и сахаров в живых организмах. Поскольку связи атома углерода (а их четыре) направлены к вершинам пирамиды, возможны два способа размещения четырех разных групп вокруг такого атома, и эти два способа являются зеркальными отражениями друг друга, подобно левой и правой руке (рис. 5.2). Подобное свойство веществ называется еще хиральностью (от др.-гр. ?ειρ – «рука»). Молекулы с такими свойствами называются еще «оптически активными». Это название – «оптическая активность» – напоминает о свойстве подобных веществ поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света; хиральные молекулы поворачивают плоскость поляризации по-разному, т. е. являются оптическими изомерами[4]. Оптическая активность позволила, например, Луи Пастеру разделить левовращающий и правовращающий изомеры винной кислоты, просто сортируя их кристаллы пинцетом: в поляризованном свете одни кристаллы были темными, а другие – светлыми. Он же показал, что плесень может питаться только правовращающим изомером винной кислоты.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Заслуга С. В. Зенина состоит в том, что он подверг сомнению данную аксиому. Проведя многочисленные эксперименты и расчеты, ученый установил, что образование из 5 молекул воды (ассоциат), соединяясь с таким же ассоциатом вследствие водородных связей, формирует структуру, продолжительность существования которой на 2 порядка выше. Он предположил, что если усложнение структурной организации вызывает увеличение времени жизни, то должен, в конце концов, образоваться такой ассоциат, который станет устойчивым, стабильным. Проведенные расчеты показали, что такое соединение появляется при слиянии 912 молекул воды, а время его существования исчисляется в минутах и даже часах. Данное образование ученый назвал основным структурным элементом воды и выделил его форму – крошечный кристалл льда из 6 граней в виде ромба. О присутствии в воде таких кристаллов известно физикам и химикам. По краям их поверхностей располагаются противоположно заряженные частицы (плюсы и минусы).

С. В. Филатова, Магия воды. Чудесные исцеления, 2012

Многие органические соединения представляют собой смесь двух оптических изомеров – веществ, имеющих совершенно одинаковые химические свойства, но различающихся оптической активностью. Они по-разному отклоняют луч поляризованного света, проходящий через их кристаллы или растворы, и в соответствии с направлением этого отклонения называются право- или левовращающими (таким свойством обладают лишь чистые изомеры, смеси же их оптически неактивны). Это явление связывают с наличием в молекуле таких веществ асимметричного атома углерода, к четырем валентностям которого могут в разном порядке присоединяться четыре соответствующих радикала (рис. 13). Так вот, эти химически идентичные вещества, как выяснил еще в 1848 году Л. Пастер, вовсе не являются таковыми для живых существ: плесневый гриб пенициллиум (Penicillium), развиваясь в среде из виноградной кислоты, «поедает» лишь ее правовращающий изомер, а в среде из молочной кислоты – левовращающий (на этом, кстати, основан один из методов разделения оптических изомеров); человек легко определяет на вкус изомеры молочной кислоты.

Кирилл Еськов, Удивительная палеонтология, 2014

Учеными было доказано, что после испарения воды из реакционного объема в амфифильных липидоподобных и липидных молекулах формируются жидкокристаллические агрегаты, в которых молекулы расположены периодическими слоями, как в смектических кристаллах. Такие липотропные жидкокристаллические фазы, дающие в поляризованном свете характерную оптическую картину, при последующем разбавлении легко превращаются в мембраноподобные структуры за счет полиморфных переходов (Чистяков, Селезнев, 1977, с. 38–45). Эти и другие исследования подтвердили тот факт, что на самых ранних стадиях химической эволюции могли возникнуть достаточно простые липидоподобные и липидные молекулы, спонтанно образующие мембранные структуры. Следовательно, и формирование систем, подобных протоклеткам, могло предшествовать синтезу более сложных полимерных молекул. Имеются все основания считать, что в период биопоэза (его первого этапа) на Земле за счет высоких температур в присутствии руд различных металлов и при воздействии на смеси газов ультрафиолетового и у-излучения синтезировались не только аминокислоты, но и некоторые сахара, жирные кислоты и азотистые основания. Жирные кислоты в последующем, соединившись со спиртами, могли образовывать липидные пленки на поверхности водоемов, в которых были растворены азотистые основания, сахара и аминокислоты. Растворенные в водоемах белковые молекулы могли адсорбироваться на поверхности липидной пленки благодаря электрическому притяжению к заряженным обращенным в воду липидным головкам. По-видимому, эти условия и предопределили возникновение мембран и встроенных в них белков.

Ю. А. Ижко, Современное состояние биосферы и экологическая политика, 2007

Первый из них обратил внимание на то, что разнообразие архитектурных форм существования вещества значительно беднее разнообразия материала, участвующего в природных процессах. Этот факт, имеющий глубокий философский смысл, сделал содержательным выделение структуры вещества как самостоятельного объекта исследования. Такое исследование Е. Федоров провел на кристаллах. Оказалось, что независимо от химического состава вещества, способного к кристаллизации, существует лишь определенный набор кристаллических структур, которые могут существовать в природе. Е. Федоров дал его описание (закон Федорова).

Н. Н. Моисеев, Человек и ноосфера, 1990

Необычная изотопная углеродная подпись вроде бы уже стоит на отложениях возрастом 3,8 млрд лет на западе Гренландии. Выражается она в заметной изотопной разнице между графитом, заключенным в кристаллах апатита (от –13? до –49?), и углеродом в составе самого минерала (–2,3?). При дальнейшем изучении этого апатита выяснилось, что графит образует не внутрикристаллические включения, а, наоборот, оторочку вокруг первичных кристаллов и, значит, сформировался позже, чем апатит. А вот насколько позже, сказать сложно. В целом, чтобы установить биогенную природу подобных и даже морфологически более сложных включений, требуется доказать: 1) осадочную природу самих отложений; 2) первичность включений, которые должны быть достаточно обильны; 3) их тесную генетическую связь с первичными минералами в породе; 4) сходство степени изменения включений с таковой первичных минералов; 5) невозможность объяснить изотопную подпись углерода абиогенными процессами; 6) приложить усилия к поиску следов других биогенных элементов – О, N, S, P и 7) молекулярных органических остатков – биомаркеров. Казалось бы, все это невозможно, но ведь получается!

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. В расплавленном, жидком состоянии металл не имеет правильного кристаллического строения. Однако расположение атомов не полностью хаотично. В жидкости имеются группы атомов с правильным расположением, характерным для кристаллической решетки данного вещества. Группы эти нестабильны из-за большой подвижности атомов. Они образуются, рассыпаются, распадаются, возникают в новых местах. Такие группы атомов служат зародышами кристаллов в процессе кристаллизации, происходит при температуре ниже температуры плавления. Эта температура является константой для каждого вещества. Так, например, температура плавления меди составляет 1083 °C, серебра – 960 °C и т. д. При температурах ниже указанных эти металлы пребывают в твердом состоянии.

В. И. Куманин, Материалы для ювелирных изделий, 2012

В этих построениях, благожелательно воспринятых одним из наиболее авторитетных сторонников геноцентрического подхода Ричардом Докинзом (Dawkins, 2006), наиболее важный момент, касается понимания мутаций глиняных генов. Здесь не идет речь об отборе естественных видов глин; отбираются скорее аномалии, могущие возникнуть при случайных нарушениях процессов кристаллизации, например, в результате возникновения трещины, которая будет передаваться дочерним кристаллам. Докинз считает, что такого рода микродефекты на поверхности кристаллов при репликации последних могут накапливаться и составлять материальную основу для хранения генетической информации по типу лазерных дисков. Забегая вперед, скажем, что более подходящим биологическим аналогом лазерных дисков, накопителем и хранителем информации является клеточная мембрана с ее возможностями дифференциального возбуждения, распределенного во времени и в пространстве, тысяч интегральных белков.

А. И. Шаталкин, «Философия зоологии» Жана Батиста Ламарка: взгляд из XXI века, 2009

Строение воды. Вода – уникальное вещество и все её аномальные свойства (высокая температура кипения, значительная растворяющая и диссоциирующая способность, малая теплопроводность, большая теплота испарения и плавления, большая теплоёмкость, большое поверхностное натяжение и когезия и другие) обусловлены строением её молекулы и пространственной структурой. У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул, так, что атом водорода располагается на отрезке, соединяющем атомы кислорода. Молекулы H2O, благодаря неравномерно распределенному по их объему электрическому заряду, способны притягиваться друг к другу и образовывать беспорядочные роевые формы и упорядоченные «водяные кристаллы». Свободные, не связанные в ассоциаты молекулы H2O присутствуют в воде лишь в очень небольшом количестве. В основном же вода – это совокупность беспорядочных роев и «водяных кристаллов».

Н. Б. Панкова, План-конспект ответов на вопросы экзамена по физиологии, 2009

Исходный образец представлял собой кристаллическое вещество голубовато-зеленоватого цвета. При нагревании в интервале температур 87–160оС наблюдался эндотермический эффект 273 дж/г, сопровождаемый потерей веса в размере 8 %, что соответствует отщеплению одной молекулы Н2О. При этом происходит изменение цвета, образец стал почти черным. Однако, при рассмотрении кристаллов под микроскопом видно, что их цвет – темно-зеленый. При дальнейшем нагреве вещество начинает разлагаться, температура начала разложения 180–200оС.

Коллектив авторов, Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 2, 2008

Описание процесса изменения состояний – это и есть, с точки зрения математика или физика, описание процесса эволюции или развития изучаемого объекта. И в таком контексте понятие организации кажется, вообще говоря, ненужным – без него вроде бы можно и обойтись. Однако в процессе исследования того или иного объекта мы, как правило, обнаруживаем, что характерные времена изменения некоторых переменных его состояния значительно больше соответствующих времен других переменных. Вот эти первые переменные состояния мы и условимся относить к элементам организации. Другими словами, организация изучаемого объекта (системы) – это совокупность консервативных, медленно изменяющихся (в частном случае – постоянных, неизменных) характеристик объекта. У кристаллов это их геометрия – взаимное расположение вершин, ребер, граней. В турбулентном потоке – это средние характеристики давления, пульсации скоростей и т. д. С этих же позиций можно изучать и организацию живого мира, и общественные структуры, определяя каждый раз те характеристики эволюционного процесса, которые мы будем относить к организации. Например, в теории динамических систем под организацией естественно понимать топологию ее фазовых траекторий, структуру аттракторов и т. д. В процессе исследования мы следим за изменением организации системы, изучаем условия ее коренной перестройки. С помощью такого языка часто оказывается возможным описать более наглядно те или иные свойства механизмов бифуркационного типа, поскольку именно в точках катастрофы и происходит резкое изменение организации.

Н. Н. Моисеев, Алгоритмы развития, 1987

• научные теории – теория молекулярных орбиталей, валентных связей, гибридизации, теория отталкивания локализованных электронных пар, кристаллического поля, зонная теория кристаллов, теория переходного состояния, теория электролитической диссоциации;

Н. Ш. Мифтахова, Методология и методика адаптационного обучения химии на дуязычной основе в высшей школе, 2012

Таким образом, квантовая теория – это, прежде всего, теория состояния материи и энергии микромира, и вместе с тем она позволяет объяснить явления и процессы макромира, несмотря на несовпадения основных терминов и определений. Характерным отличием квантовой теории от классической является положение не о постепенном изменении состояния системы через определенные промежуточные этапы, а о скачкообразных переходах квантовой системы (атома, молекулы, кристалла, атомного ядра).

Г. В. Белов, Изменит ли Россию альтернативная наука, 2016

Изучение строения воды с помощью инфракрасных и рентгеновых лучей дало возможность считать, что при температурах, близких к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы и «упаковываются» в пространство приблизительно так, как в кристаллах, а при температурах, близких к точке кипения воды, при нормальном давлении, они располагаются более свободно, беспорядочно. Однако «каркас», составленный в жидкой воде из отдельных молекул, должен быть очень гибким. Иначе трудно было бы объяснить подвижность воды, способность ее быть «рабочим телом», приводящим в движение тяжелое колесо турбины, и переносчиком различных питательных веществ по тончайшим сосудам живых организмов.

А. Н. Джерелей, Вода для вашего здоровья, 2011

Затем образовались минералы – микроскопические твердые образцы химического совершенства и кристаллической структуры. Первые минералы могли появиться только в условиях высокой плотности скоплений минералообразующих элементов и сравнительно низких температур, чтобы атомы смогли образовать кристаллы. Всего несколько миллионов лет спустя после Большого взрыва благоприятные условия для таких реакций возникли в разреженном и остывающем пространстве вокруг первых взорвавшихся звезд. Крошечные кристаллиты чистого углерода в форме алмаза и графита стали, вероятно, первыми минералами во Вселенной. Эти первые кристаллы представляли собой нечто вроде пыли, отдельные частицы были очень мелкие, но, возможно, достаточные по величине, чтобы сверкнуть в космосе бриллиантовым блеском. К первым углеродистым образованиям вскоре добавились другие высокотемпературные твердые вещества, образованные из таких элементов, как магний, кальций, азот и кислород. Среди них были знакомые нам минералы вроде корунда, химического соединения алюминия с кислородом, которое особенно ценится в своих ярких цветных разновидностях – рубинах и сапфирах. Тогда же появились в небольшом количестве хризолиты (силикат магния с другими составляющими), ныне полудрагоценные камни, астрологические знаки рожденных в августе, и муассаниты (карбид кремния), известные в наше время как дешевый искусственный суррогат бриллиантов. Всего в межпланетной пыли содержалось около дюжины известных нам «полезных ископаемых». Таким образом, после взрыва первых звезд Вселенная начинала становиться разнообразнее.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

Методом атомно-силовой микроскопии определены значения адгезии тиолов к полимерам, а также силанов к поверхности лиотропных жидких кристаллов (ЛЖК). ЛЖК проявляют большую адгезию к исследованным веществам по сравнению с полимерами. Найдено, что адгезия полимеров определяется их полярностью, а в случае ЛЖК существенно зависит от состава системы.

Коллектив авторов, 100-летию академика П.А. Кирпичникова. Научная сессия (5-8 февраля 2013 г.), 2013

Высокая полярность молекулы воды позволяет атомам кислорода притягивать атомы водорода соседних молекул и образовывать по четыре водородные связи, что четко прослеживается в кристаллах льда. Структура последних имеет гексагональную решетку, в которой находится множество пустот.

Антонина Соколова, Магия воды, 2013

С повышением температуры до оптимального уровня полимер плавится, его объем увеличивается, как за счет плавления кристаллов, так и благодаря объемному термическому расширению. В результате увеличения объема в расплаве возникают напряжении, которые являются движущей силой реологических процессов, необходимых для заполнения зазоров и осуществления сварки. Кроме того, при дальнейшем нагреве достигается вязкость расплава достаточно низкая, чтобы реологические процессы могли осуществиться за период нагрева. В определенных пределах повышение температуры расплава положительно влияет на качество сварки.

В. И. Кимельблат, Сварка полимерных труб и фитингов с закладными электронагревателями, 2013

К чему я все это рассказал? Чтобы подчеркнуть: многие драгоценные камни являются естественными поляризаторами света! Хорошо ограненные кристаллы великолепно отражают, преломляют и поляризуют свет. Существуют камни с анизотропными свойствами, которые особенно сильно поляризуют свет. К ним относится турмалин, рубин, горный хрусталь и упомянутый уже исландский шпат (разновидность кальцита), обладающий свойством двойного лучепреломления. Проходя через этот кристалл, луч света распадается на два луча, поляризованных в разных плоскостях. Кальцит желтого или оранжевого цвета оказывает благотворное влияние на почки, поджелудочную железу и селезенку, улучшает пищеварение. А в древности, для того чтобы раны быстрее затягивались, их присыпали порошком из кораллов или окаменевших раковин моллюсков, содержащих тот же самый кальцит.

О. П. Панков, Лечение зрения при помощи камней и их светового спектра. Уникальные упражнения по методу профессора Олега Панкова, -1

Следует иметь в виду, что выделившиеся в стекломассе кристаллы являются следствием нарушения технологического режима и приводят к браку стеклоизделий.

И. В. Мельников, Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты, 2013

1. Дендрит представляет собой ветвящееся и расходящееся в стороны образование, возникающее при ускоренной кристаллизации, когда кристалл расщепляется по определенным законам.

Д. А. Романов, What are Polymers? (Что такое полимеры?), 2013

Однако нельзя однозначно утверждать, что назначение подземного кристалла заключается в восприятии собственного излучения нашей планеты. Можно предположить, что подземный элемент выступает в роли усилителя и служит для энергетического воздействия на недра Земного шара.

А. В. Трещалина, Энергетическая концепция жизни. Часть IV. Особенности пирамидальных конструкций. Энергоинформационные кристаллы. Пирамиды и христианство, 2016

Свойства льда удивительны. Во-первых, он всегда очень чист химически. В структуре льда практически не бывает примесей: при замерзании они вытесняются в жидкость. Именно поэтому снежинки всегда белые, а льдинки на поверхности грязной лужи практически прозрачные. Вообще говоря, любой растущий кристалл стремится создать идеальную кристаллическую решетку и вытесняет посторонние вещества. Но в планетарном масштабе именно замечательный феномен замерзания и таяния воды играет роль гигантского очистительного процесса – вода на Земле постоянно очищает сама себя.

В. М. Рошаль, Магическая энергия воды, 2009

Отличный пример ионной связи демонстрирует всем известная поваренная соль NaCl (натрий хлор), формулу которой можно переписать как [Na+][Cl–]. Это означает, что кристалл соли состоит из положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора в соотношении один к одному. В данном случае каждый атом хлора как бы отбирает один электрон у соседнего атома натрия.

Сергей Ястребов, От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни, 2017

Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы образуются другие, вторичные признаки загрязнения.

М. А. Краснова, Полный справочник санитарного врача, 2013

В 1808 году французский физик и инженер Этьен Малюс смотрел сквозь кристалл исландского шпата на блестевшие в лучах заходящего солнца окна Люксембургского дворца в Париже. Проходя через такой кристалл, луч света распадается на два отдельных луча, и наблюдатель видит удвоенное изображение. Неожиданно для себя Малюс заметил, что при определенном положении кристалла было видно лишь одно изображение дворца. Это наблюдение позволило ему предположить, что колебания световых волн в солнечном свете ориентированы беспорядочно, но после отражения от какой-либо поверхности или прохождения сквозь анизотропный кристалл свет приобретает определенную ориентацию. Такой упорядоченный свет был назван поляризованным.

Олег Панков, Практика восстановления зрения при помощи света и цвета. Уникальный метод профессора Олега Панкова, 2010

Витамин Д может поступать в организм с пищей, или синтезируется внутри организма из холестерола. Данный процесс идет в коже под воздействием солнечных лучей среднего ультрафиолетового диапазона. Функциональная роль витамина Д определяется его участием в процессах регуляции абсорбции Ca2+ и РO43- в кишечнике. Когда поступление Ca2+ в организм недостаточно, витамин стимулирует реабсорбцию из кости в качестве внутреннего источника этого элемента. Стимулирует реабсорбцию Ca2+ и РO43-в почках. Одновременное повышение содержания в организме Ca2+ и РO43- приводит к повышению скорости образования кристаллов гидроксиапатита. Данный процесс стимулируется паратгормоном.

Н. Б. Панкова, Лекции по возрастной физиологии и психофизиологии, 2014

В почвах, помимо представленных выше, возможно присутствие новообразований кремнезема, легкорастворимых солей и глиноминералов, смешанных с гумусом. Группу легкорастворимых солей представляют сульфаты натрия и хлориды магния, кальция и натрия. Наиболее часто их можно обнаружить на участках с засоленными грунтами. Они имеют форму выцветов или налетов белого цвета, довольно плотных корок, крапин и прожилок белой окраски либо кристаллов с заостренной верхушкой.

С. П. Кашин, Секреты плодородной почвы. Самые эффективные удобрения, 2015

А теперь давайте посмотрим, что будет, если мы добавим к смеси воды и масла какое-нибудь из веществ, расположенных на нашей доске. Если хорошенько встряхнуть сосуд, а потом дать смеси отстояться и разделиться, вещество растворится в одном из слоев – в воде или масле – или не растворится вообще и окажется в виде кристаллов на дне сосуда.

Алан Колок, Современные яды: Дозы, действие, последствия, 2016