Na pierwszy rzut oka tajemnicze słowo „cryst” może wydawać się nieznajome i nie kojarzyć się z żadnym popularnym terminem chemicznym. Jednak po dłuższym zastanowieniu dojdziemy do wniosku, że to nic innego jak angielskie „crystalline”, czyli krystaliczny lub „crystallization”, czyli krystalizacja. Tak jak w życiu codziennym, tak też w nauce, aby przyspieszyć oraz ułatwić komunikację. Warto jednak upewnić się, że dany skrót będzie zrozumiały dla odbiorcy.
Wokół nas jest wiele ciał krystalicznych.
Wbrew pozorom wokół nas jest bardzo wiele ciał, które moglibyśmy określić mianem „cryst”. Ciała krystaliczne są stałe, a ich cząsteczki, atomy oraz jony są ułożone w uporządkowany schemat, który powtarza się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. Cząsteczki wewnątrz substancji zajmują bardzo konkretną przestrzeń, nazywaną „węzłami sieci krystalicznej”. Co ciekawe, nawet ich ruchy są ograniczone do drgań wokół tych konkretnych miejsc. Na co dzień tego typu ciał stałych nie nazywamy ciałami krystalicznymi, ale po prostu kryształami. Chociaż i pod tym względem nie może to być termin używamy do wszystkich rodzajów ciał krystalicznych, ale do jednego jego rodzaju, co zostanie wyjaśnione później. I nie muszą to być tylko i wyłącznie drogocenne przedmioty. Wokół nas jest bardzo dużo przykładów pospolitych kryształów. Do tego jednak przejdziemy nieco dalej.
Jak już wspomniane zostało wcześniej, ciała krystaliczne składają się z wielu komórek elementarnych, które powtarzają się. Te komórki razem tworzą układy krystalograficzne w zależności od tego, jakiego są typu.
Rodzaje ciał krystalicznych
W chemii mamy dwa rodzaje ciał krystalicznych:
- Monokryształ – to jego nazywamy po prostu „kryształem”, uporządkowanie obejmuje całe jego ciało
- Polikryształ – uporządkowany jest tylko we fragmentach ciała.
Czym charakteryzują się monokryształy?
Struktura monokryształu jest jednorodna i identyczna na przestrzeni całego materiału. Oznacza to nic innego jak to, że wszystkie cząsteczki substancji są ułożone w tej samej regularnej sieci krystalicznej, bez żadnych granic między nimi. Są one bardzo ważne w wielu dziedzinach, nie tylko w chemii. Ich zastosowanie można znaleźć w elektronice, optyce, inżynierii materiałowej, biologii. Oczywiście najbardziej znanym przykładem jest diament, monokryształy krzemionki stosowane w produkcji układów scalonych, ale też białka stosowane w laboratoriach biologicznych. Ich dużą zaletą jest ich jednorodność, co pozwala uzyskać spójne właściwości materiałowe, co w technice i nauce jest bardzo przydatne.
Polikryształy – charakterystyka i występowanie
W przeciwieństwie do monokryształów, polikryształy to materiały, które składają się z wielu mniejszych kryształów o różnorodnej strukturze. Składa się z wielu ziaren, które sąsiadują ze sobą, a każde z ziaren ma całkiem inną strukturę od ziarna, które znajduje się obok. Polikryształy można znaleźć w wielu materiałach codziennego użytku, tj. metale, ceramika czy polimery.
Właściwości polikryształów mogą być nieco inne niż właściwości monokryształów ze względu na różnice w strukturze ziaren i granicach między nimi. Na przykład, granice ziaren mogą wpływać na przepływ prądu elektrycznego lub właściwości mechaniczne materiału, tj. wytrzymałość czy twardość.
Przykłady kryształów w codziennym życiu.
Wbrew pozorom na co dzień możemy spotkać się z wieloma przykładami kryształów. Oto lista najbardziej znanych.
1. Sól kuchenna (chlorowodorek sodu, NaCl): Jest to jedna z najbardziej powszechnych substancji krystalicznych. Jej kryształy mają regularną siatkę krystaliczną. Nie ma chyba domu, gdzie nie byłaby używana do wzmocnienia smaku potraw.
2. Diament: Jest to odmiana krystaliczna węgla. Jego struktura krystaliczna jest bardzo regularna, co nadaje mu wyjątkową twardość. W branży jubilerskiej jeden z najbardziej cennych i znanych materiałów.
3. Lód: Woda po zamarznięciu tworzy regularne kryształy lodu o określonej strukturze, co daje mu charakterystyczne właściwości fizyczne, tj twardość oraz wytrzymałość.
4. Siarczek cynku (ZnS): Ten związek chemiczny również tworzy kryształy o regularnej strukturze krystalicznej. Jest on wykorzystywany m.in. jako półprzewodnik w elektronice.
5. Albit (plagioklaz): To minerał z grupy skaleni. Jego kryształy mają określony układ krystalograficzny i są często spotykane w skałach.
6. Grafit: Jest to inna odmiana krystaliczna węgla. Jego kryształy są zbudowane w płaskie, warstwowe struktury, co nadaje mu właściwości, które odróżniają go od diamentu. Używany najczęściej w branży budowlanej.
7. Leki: Niektóre leki występują w postaci krystalicznej. Przykładowo, kryształy aspiryny lub ibuprofenu mają określoną strukturę krystaliczną.
8. Minerały: Wiele minerałów, takich jak kwarc, grafit, halit czy kalcyt, ma charakterystyczne kryształy o określonym układzie krystalograficznym.
9. Półprzewodniki: Półprzewodniki, wykorzystywane w elektronice, takie jak krzem czy german, posiadają strukturę krystaliczną.
Czy „cryst” w chemii odnosi się tylko do ciał stałych? Czym jest kryształ ciekły?
Kryształ ciekły łączy ze sobą cechy kryształów jak i substancji płynnych. Jest to substancja pośrednia między stałą, a ciekłą. Najbardziej znane zastosowanie ciekłego kryształu to produkcja produkcja wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD).
Podsumowanie.
Termin „cryst” w chemii może odnosić się do kilku różnych koncepcji lub zagadnień:
- Krystalizacja: Proces, w którym substancja przechodzi z fazy płynnej lub gazowej do fazy stałej.
- Struktura krystaliczna: Odwołuje się do uporządkowanego ułożenia atomów, cząsteczek lub jonów w substancji stałej.
- Badania krystalograficzne: Dziedzina nauki zajmująca się badaniem struktury krystalicznej substancji, wykorzystująca techniki takie jak dyfrakcja rentgenowska lub dyfrakcja elektronów.
- Krystaliczność. Odnosi się do cechy substancji chemicznej, której cząsteczki ułożone są w regularny sposób, tworząc trójwymiarową sieć krystaliczną.
- Kryształy: Konkretne formy materii o strukturze krystalicznej, które mogą być naturalne (jak minerały) lub syntetyczne (np. kryształy syntetyczne stosowane w badaniach naukowych).