Как образуются кристаллы

Представьте идеальную стену из кирпичей, где каждый элемент занимает строго отведенное ему место. Именно так и устроен любой кристалл — твердое тело, чьи внутренние частицы (атомы или молекулы) выстроены в строгом порядке. Только «кирпичики» у них могут быть не только кубическими, но и самой причудливой формы.

Чем отличаются кристаллы от минералов Фото: olpo/Shutterstock/FOTODOM Все минералы по своей природе являются кристаллами. Однако не каждый кристалл — минерал

Минералы — это твердые вещества, которые образуются в земной коре естественным путем и состоят из определенных химических элементов.

Горные породы, в свою очередь, представляют собой сложные «композиции» из различных минералов. Так вот, все минералы по своей природе являются кристаллами. Однако не каждый кристалл — минерал. Например, сахар и лед тоже имеют кристаллическую структуру, но минералами не являются.

В магазинах чаще всего встречаются именно минеральные кристаллы. Взять хотя бы пирит, который легко принять за настоящий драгоценный металл, или разноцветные кристаллы висмута.

Как образуются кристаллы Фото: Моя Планета Для начала роста нужна отправная точка — затравка. Ею может стать любая неровность на камне или даже пылинка. Молекула прилипает к затравке, к ней присоединяется следующая — и вот уже запущена цепная реакция, ведущая к рождению кристалла

Кристаллы растут, когда одинаковые молекулы начинают притягиваться и прочно связываться друг с другом. Эти химические связи работают как микроскопические «липучки». Однако для начала роста нужна отправная точка — затравка. Ею может стать любая неровность на камне или даже пылинка. Молекула прилипает к этой затравке, к ней присоединяется следующая — и вот уже запущена цепная реакция, ведущая к рождению кристалла.

Многие молекулы на поверхности Земли путешествуют, будучи растворены в воде. Когда концентрация таких «путешественников» становится достаточно высокой, они начинают выпадать в осадок, то есть отделяться от воды и превращаться в твердые частицы. Если на их пути встречается затравка, они охотно прилипают к ней и начинают выстраивать упорядоченную структуру. Именно так растет обычная каменная соль.

Можно провести простой опыт: приготовить перенасыщенный раствор поваренной соли и опустить в него зубочистку. Через некоторое время станет видно, как на ней начинает расти крошечный кубик соли. Без этой зубочистки — центра кристаллизации — процесс бы не начался. 

Но кристаллы рождаются не только в воде. В глубинах земной коры царит такая жара, что горные породы плавятся, превращаясь в магму. Когда эта огненная масса начинает остывать, из нее медленно вырастают кристаллы минералов — подобно тому, как при замерзании воды образуются кристаллы льда. Только происходит это при температурах в сотни градусов.

Почему кристаллы такие симметричные Фото: mineral vision/Shutterstock/FOTODOM Разные грани одного кристалла могут расти с разной скоростью. На это влияет и структура поверхности-затравки, и условия среды — температура, давление, чистота раствора

Мы часто любуемся безупречными гранями кристаллов. Как же природе удается создавать такие геометрически правильные творения? Ответ кроется в их внутренней структуре.

Кристалл растет, подчиняясь принципу наименьшей энергии: каждая следующая молекула встает туда, где ей энергетически «выгоднее» всего — например, в углубление на растущей грани, где она может образовать связи с максимальным числом соседей.

Разные грани одного кристалла могут расти с разной скоростью. На это влияет и структура поверхности-затравки, и условия среды — температура, давление, чистота раствора. Иногда внутри решетки возникают дефекты, которые заставляют кристалл расти активнее в определенном направлении, формируя вытянутые или сплюснутые формы. Но даже в этом случае углы между соответствующими гранями остаются постоянными, что и придает кристаллам симметрию. Итак, их идеальная форма — это прямое следствие строгого порядка в расположении атомов.

Что узнают ученые, изучая кристаллы Фото: passkphoto/Shutterstock/FOTODOM Самые совершенные и красивые кристаллы полируют, и они становятся драгоценными камнями

Для геолога кристаллы — это важные архивные документы. По наличию определенных минералов в породе можно определить ее возраст — метод, который называется геохронологией.

Одним из самых надежных «хронометров» является циркон. Этот минерал невероятно прочен и способен сохраняться в породах миллиарды лет. Самые древние цирконы, найденные в Австралии, насчитывают около 4,3 млрд лет — почти возраст самой Земли. Химические изменения, которые «записываются» в циркон по мере его роста, служат точными часами.

Некоторые кристаллы образуют годичные кольца, похожие на древесные. Они возникают, когда в процессе роста на кристалл нарастают новые слои молекул. Эти кольца — настоящая летопись прошлого: по ним можно узнать, как менялись температура, давление и состав магмы на протяжении тысяч лет.

Самые совершенные и красивые кристаллы полируют, и они становятся драгоценными камнями.Так хрупкое равновесие химических связей, рожденное в недрах планеты, превращается в объект всеобщего восхищения.

  По материалам theconversation.com.   Может ли изумруд быть красным: 10 редких минералов   Что такое редкоземельные металлы и где их применяют  

Алмазы: как уголь под давлением становится бриллиантом