크리스탈은 어떻게 만들어 지나요?

Hope 다이아몬드에서 Folgers 커피의 반짝이는 비트에 이르기까지 크리스탈은 항상 역사를 통틀어 황제의 왕관을 장식하고 매혹적이고 영감을주는 점쟁이의 힘을 지니고 있습니다. 그러나 크리스탈은 단지 예쁜면이 아니라 유용한 속성으로 반짝입니다. 그들은 가공 된 금속에 힘을주고, 우리의 시계를 가동하며, 현대 생활의 디지털 디스플레이와 형광등을 구동합니다.

아, 그리고 그들은 우리 음식에 양념을하고 음료도 식 힙니다.

예, 소금, 설탕 및 얼음도 우리가 언급 한 보석, 금속, 형광 페인트 및 액정 처럼 결정 입니다. 그것이 그들의 매력의 일부입니다. 크리스탈은 거의 모든 것으로 만들 수 있습니다. 사실 대부분의 미네랄은 자연적으로 결정 형태로 발생합니다 [출처 : Smithsonian ].

이러한 편재성에 대한 단서는 우리의 일상 연설에서 찾을 수 있습니다. 누군가의 생각이 갑자기 해결책을 중심으로 "결정화"된다고 말할 때, 우리는 그것이 의미하는 바에 대해 모두 분명합니다. 소용돌이 치는 가능성의 뒤죽박죽이 고요하고 질서있는 무언가로 해결되었다는 것입니다. 의식적 으로든 아니든 우리는 결정의 본질적인 품질이 질서, 특히 규칙적이고주기적인 원자 배열이라는 것을 이해합니다 [출처 : UCSB ].

크리스탈은 조리대 파이 주석, 첨단 실험실 또는 지구 깊은 곳에서 자랄 수 있습니다. 조리법은 믿을 수 없을 정도로 간단합니다. 가스 구름, 용액 웅덩이 또는 녹은 암석 한 덩어리를 적절한 미네랄이나 화합물로 과도하게 채운 다음, 압력솥에서 실온과 녹은 용암의 열 사이에 굽습니다. 그러나 그 레시피를 실행하려면 요리사의 예술성과 마스터 제빵사의 세심한 통제가 필요할 수 있습니다. 또는 천연 크리스탈의 경우 멍청한 행운과 끔찍한 시간 [출처 : Hunting ; 시어 ; 스미소니언 ].

다른 모든 것이 동일하고, 더 긴 성장 시간은 더 적은 오염 물질로 더 큰 결정을 생성합니다 [출처 : CU Boulder ; UCSB ]. 항상 불순물을 잃어 버리고 싶지는 않습니다. 결국, 원자 배열의 측면과 함께 크롬, 철 및 티타늄과 같은 침입자 가 보석에 고유 한 색상을 부여합니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Kay ; 스미소니언 ].

물론 크리스탈은 다른 것과 마찬가지로 성장할 공간이 필요합니다. 비좁은 구역에 덫을 놓으면 작게 유지됩니다. 일본의 지하철 통근자와 같은 작은 공간에 몇 가지 결정질 광물을 끼우면 결정형 대기업이됩니다. 모든 곳에서 묘비와 조리대의 인기있는 암석 인 화강암은 석영, 장석 및 운모 결정의 집합체로, 비좁은 화산 균열에서 마그마가 식 으면서 성장합니다 [출처 : Smithsonian ].

그래서 당신은 그것을 가지고 있습니다 : 크리스탈을 키우는 방법.

이제 ... 정확하게 수정이 무엇 이었습니까?

내용

1. 크리스탈이란?
2. 크리스탈 블루 설득
3. 당신과 함께 녹을 게요
4. 내가 알고있는 유명한 수정

물리학에서 "결정"이라는 용어는 내부 대칭과 관련된 규칙적인 표면 패턴을 가진 고체 물질을 나타냅니다. 결정 구조 라고하는이 구성은 매우 규칙적으로 반복되므로이를 사용하여 결정 전체의 원자 조직을 예측할 수 있습니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Isaacs et al. ].

이 배열이 인접한 원자 몇 개를 넘어서 계속되는 경우이를 장거리 질서 (long-range order )라고 부릅니다 . 이는 형성에서 행진하는 하프 타임 밴드와 유사합니다. LCD 모니터에서 볼 수있는 것과 같은 액정은 일반적으로 단거리 순서로 분류됩니다 (행진하는 밴드가 더 작은 서브 유닛으로 스 캐터 드릴링되는 것을 상상해보십시오). 고체 결정은 두 패턴 중 하나를 취할 수 있습니다. 방법은 다음과 같습니다. 결정질 물질이 녹 으면 무정형이됩니다 . 즉, 단거리 순서 만 표시합니다. 냉각 될 때, 그들은 실리콘 기반 유리 와 같이 장기간의 형성으로 되돌아 가거나 비정질 상태로 남을 수 있습니다 [출처 : Arfken et al. ; 브리태니커 백과 사전 ; Isaacs et al. ].

밴드 멤버의 역할에는 이온 또는 공유 결합에 의해 연결된 이온 (양전하 또는 음전하를 띤 원자)이 캐스팅됩니다 . 이러한 결합은 조정 다면체 라고하는 다양한 작고 안정적인 형태로 압축됩니다 [출처 : Banfield ; 네덜란드어 ].

이러한 조정 다면체를 더 잘 표현하려면 행진하는 밴드를 잊어 버리고 대신 알람 브라에서 발견되는 것과 같은 기하학적 모자이크를 그려보세요. 이제 그 모자이크를 3 차원으로 시각화하여 테세라 (타일)가 큐브, 피라미드 및 다이아몬드 모양의 고체로 구성 되도록하세요 . 각각은 주어진 결정 유형에서 원자의 배열을 설명합니다.

실리카 결정에서 실리콘의 작은 중심 이온은 4 개의 더 큰 산소 이온으로 둘러싸여 삼각형 피라미드 또는 사면체를 형성 할 수 있습니다. 산화 망간 (II)에서 작은 중앙 망간 이온은 6 개의 더 큰 산소 이온 내에 존재합니다. 하나는 위, 아래, 네 개는 중앙의 정사각형에 위치하여 3 차원 다이아몬드 또는 팔면체를 형성합니다 [출처 : Banfield ; 네덜란드어 ; 퍼듀 ].

이 3D 모자이크 타일은 모서리, 가장자리 또는면을 따라 원자 결합을 공유하는 여러 패턴 또는 격자 로 포장 할 수 있습니다 . 동일한 요소는 "타일 모양"(배위 다면체) 및 모자이크 패턴 (격자) 측면에서 서로 다른 배열을 가정 할 수 있습니다. 이러한 변이를 다 형체 라고 하며 결정의 속성을 결정하는 데 중요한 역할을합니다. 탄소 가져 오기 : 사면체로 배열되어 단단하고 투명한 다이아몬드를 형성합니다. 층을 이룬 벌집 모양으로 배열되어 부드러운 회색 흑연을 형성합니다 [출처 : 네덜란드어 ; 퍼듀 ; UCSB ].

결정화가 항상 단결정을 생성하는 것은 아닙니다. 때로는 자체 주문 프로세스가 함께 성장하는 여러 사이트에서 시작되어 서로 다른 방향을 따라 정렬 된 격자의 패치 워크를 형성합니다. 급속 냉각 중에 자주 발생하는 이러한 다결정 은 단결정보다 더 강한 경향이 있습니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; 브리태니커 백과 사전 ; 버지니아 대학교 ]. 가열되면 더 큰 결정이 더 작은 결정을 흡수 할 수 있습니다. 따라서 온도와 압력, 응력 및 변형은 변형 또는 생성에서 결정의 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

습관 만들기

결정은 정다면체입니다. 정사각형은 정육면체가되고 정삼각형은 삼각형 피라미드가됩니다. 그럼에도 불구하고 성장 조건은 외형 또는 결정 습관 을 극적으로 변화시켜 전문가가 프리즘, 침상 (바늘 모양), 섬유질, 평등 (모든 방향에서 동일), 표, 판 ( 판 모양), 길쭉한 모양, 막대 모양, lathlike, 바늘 모양, 불규칙한 등등 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; 브리태니커 백과 사전 ; Isaacs et al. ].

이 모든 결정에 대한 이야기로 인해 스스로 성장하고 싶은 가려움증이 있다면, 성장하고 싶은 것에 따라 운이 좋을 수도 있습니다. 소금이나 설탕 ? 확실한. 인공 다이아몬드? 본드의 악당 블로펠드조차도 그들을 밀수하는 것이 더 간단하다고 결정한 이유를 곧 알게 될 것입니다.

수증기, 용액 또는 용융물의 세 가지 주요 방법 중 하나로 결정을 성장시킬 수 있습니다. 증착 부터 시작하여 각 방법을 하나씩 살펴 보겠습니다 .

결정이 증기에서 자랄 수 있다는 사실은 놀라운 일이 아닙니다. 결국 대기 얼음 결정 (우리는 구름과 눈송이라고 부릅니다)이 항상 그렇게합니다. 대기가 수분으로 과포화 되기 때문에 축적 됩니다. 주어진 온도와 압력에서 담을 수있는 것보다 더 많은 물을 포함하고 있으므로 과도한 물은 기체 상태를 떠나 결정질 얼음으로 응집됩니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Libbrecht ].

예를 들어 실리콘과 같은 다른 결정 유형은 핵심 원소로 과포화 된 가스에서 성장할 수 있지만 그렇게하려면 약간의 화학적 반응성 부스트가 필요할 수 있습니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; McKenna ].

대부분의 경우이 과정은 다른 분자가 부유물에서 나올 때 층별로 부착되는 작은 시드 결정으로 시작됩니다. 이는 요오드화은 결정 이 얼음 결정을위한 핵 형성 부위를 제공 하여 " 구름 시드 "를 돕는 방식과 비슷합니다. . 이 과정은 인내심이 많이 필요하지만 놀랍도록 순수한 결정을 생성합니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; McKenna ].

용액으로부터의 성장은 증기 성장과 많은 공통점이 있지만 액체는 과포화 매체로서 가스를 대체합니다. 과학 프로젝트로 만들어진 소금과 설탕 결정은 용액 성장 결정의 좋은 예입니다. 용질 접근 방식은 성장 속도와 결정 크기 측면에서 가스 증착을 능가합니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 기체 상태에서 기화 된 물질은 다른 기체 분자들 사이에서 어지러운 비엔나 왈츠를 빙빙 돌며 개별 무용수가 바닥을 떠나 크리스탈 파벌에 합류하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다. 솔루션은 고등학교 슬로우 댄스처럼 작동하며 표면 가까이에 매달린 결정화 월 플라워로 완성되어 더 빠른 성장을 촉진합니다. 사용자 편의성은 솔루션 접근 방식이 수년 동안 합성 결정 성장을 지배 한 이유를 설명합니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica; Zaitseva et al. ].

세 번째 방법 인 용융물 성장 은 먼저 기체를 액체 상태로 냉각 한 다음 액체가 결정질 고체 상태가 될 때까지 냉각해야합니다. 용융 방법은 다결정을 만드는 데 탁월하지만 결정 당김, Bridgman 방법 및 에피 택시와 같은 기술을 사용하여 단결정을 성장시킬 수도 있습니다. 다음 섹션 [출처 : Encyclopaedia Britannica ] 에서 각각을 자세히 살펴 보겠습니다 .

격렬하게 진동

크리스털은 절연체 또는 반도체 역할을 할 수있는 가전 제품에서 다양한 편리한 특성을 자랑합니다. 압전성 결정은 압착 또는 때려서 전하를 획득하는은 초음파 스캐너 실온 스피커 생활에서부터 결정에 유용한다. 압전 결정은 또한 전하 하에서 진동합니다. 일관된 진동의 이러한 속성은 쿼츠 시계와 시계가 안정적인 시간을 유지할 수 있도록합니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Piezo Institute ; 스미소니언 ].

역사적으로 녹아 내리는 수정은 과학만큼이나 예술적이었습니다. 오늘날, 때로는 분자 규모에서 성장 조건을 꼼꼼하게 제어하는 ​​여러 첨단 기술 중 하나가 필요합니다.

에서 결정을 인상 단지, 용융 한 글로브 키스 서서히 결정의 성장 속도와 일치하도록 그 동작 타이밍 상향 급성장 시드를 이동할 때까지, 기계는 종 결정을 낮춘다. 이동 속도를 변경하면 크리스탈의 직경이 변경됩니다. 제조업체는 컴퓨터 칩에서 발견되는 대구경 실리콘 결정을 이런 방식으로 성장시킵니다. 컴퓨터도 풀링 프로세스를 제어하기 때문에 적절 해 보입니다. 생명의 실리콘 순환이라고 생각하십시오.

언더 브리지 만 법 , 제조 후 냉각기 영역으로 낮은, 용융 된 물질로 충전, 원추형 하단부 도가니 (열교환 물질에 사용되는 특수한 용기) 걸릴. 결정 성장은 냉각 된 도가니 끝에서 시작된 다음 도가니가 아래로 계속됨에 따라 위로 올라갑니다. 이러한 접근 방식 덕분에 결정 형성 영역은 최종적으로 도가니의 내용물이 단결정을 형성 할 때까지 성장 친화적 인 온도 영역 내에 유지됩니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Chen et al. ; 유와 카르 도나 ].

Epitaxy (그리스어 epi "upon"+ 택시 "arrangement"에서)는 때때로 크리스탈을 성장시키는 가장 좋은 방법이 다른 크리스탈 위에 있다는 것을 상기시켜줍니다. 그러나 어떤 크리스탈도 할 수있는 것은 아닙니다. 첫째,베이스 또는 기판은 원자 규모에서도 매우 평평해야합니다. 둘째, 기판의 구조가 성장 결정의 원자 배열에 강한 영향을 미치기 때문에 원하는 성장 격자와 가능한 한 가깝게 일치해야합니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Fang et al. ; 옥스포드 사전 ; 유와 카르 도나]. 당구 공이 가득 찬 랙을 상상 한 다음 그 위에 더 많은 공을 쌓는 것을 상상해보십시오. 새 공을 움직일 수 있지만 항상 아래 공 사이의 움푹 들어간 곳에 자리를 잡습니다.

에피 택시는 다양한 기술을 포함하는 광범위한 용어입니다 [출처 : Encyclopaedia Britannica ; Yu and Cardona ] :

자, 가전 제품에 대한 충분한 이야기입니다. 우리 모두는 당신이 그 블링을 얻지 못한다면 그것이 의미가 없다는 것을 알고 있습니다.

가짜 : 루비와 사파이어

Industrial diamonds are far from the only fugazi stones on the market. Synthetic rubies have been around since French scientist Marc Gaudin, who helped develop dry-plate photography, figured out how to grow them in 1873. They remained fairly easy to detect until around 1950, when scientists hit on heat treatment as a way to remove the microscopically curved growth patterns that reveal the stone as grown, not sown [sources: Encyclopaedia Britannica; Kay].

High-end wristwatches sometimes cover their faces with scratch-resistant, but brittle, synthetic sapphire [source: BlueDial].

Crystal Gayle, Crystal Bernard, Crystal the Monkey -- no, we don't mean any of those. When we speak of famous crystals we are, of course, referring to bling. Ice. Rocks. Fist sparklers.

Jewels.

Gemstones are crystals with a certain extra something. Call it pizzazz. Although we tend to think of them as individual rocks, many gemstones arise from the same minerals. The only differences between them are the structural idiosyncrasies and mineral impurities that imbue them with their trademark colors.

Rubies and sapphires are both types of corundum (crystalline aluminum oxide, or alumina), but while ruby's luscious reds derive from tiny amounts of chromium that partially replace aluminum in the crystal structure, sapphire's brilliant blues come from iron and titanium impurities [sources: Encyclopaedia Britannica; Kay].

Amethyst and citrine are different versions of quartz (crystalline silicon dioxide aka silica), which is naturally colorless. Ancient Greeks thought quartz was ice that had frozen so hard it wouldn't melt, so they called it krystallos ("ice"), thereby giving us the word crystal. Yellowish citrine arises from overheated amethyst, but experts differ over what precisely gives amethyst its characteristic purple pop. Some say it's iron oxide, while others favor manganese or hydrocarbons [sources: Banfield; Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica].

The silica-rich mineral family, or silicates, includes tourmaline, valued both as a gemstone and for its piezoelectric properties, and beryl, a family of gems comprising aquamarine (pale blue-green), emerald (deep green), heliodor (golden yellow) and morganite (pink). The biggest crystal ever found was a beryl from Malakialina, Madagascar. It measured 59 feet (18 meters) long and 11 feet (3.5 meters) across, and weighed in at a hefty 400 tons (380,000 kilograms) [sources: Banfield; Encyclopaedia Britannica; Encyclopaedia Britannica].

Silicates are only one of several elemental crystal families. Oxides (including the aforementioned corundum) contain oxygen as a negatively charged ion; phosphates pack phosphorus; borates burst with boron (B); sulfides and sulfates seethe with sulfur; and halides hold fast to chlorine and other elements from group VIIA in the periodic table [source: Banfield].

The carbonate family contains crystals rich in carbon and oxygen. Jewelers know it best for aragonite, a calcium carbonate variety that oysters use to build pearls. Aragonite can form from either geological or biological processes [sources: Banfield; Encyclopaedia Britannica].

Last but not last, deep in the Mexican state of Chihuahua there lies a limestone cavern dubbed the Cueva de los Cristales, or Cave of Crystals, shot through with soft, transparent crystals of selenium (a type of transparent gypsum) so large (in the ballpark of 30 feet or 9 meters) they dwarf human spelunkers [source: Shea].

So what's the biggest crystal anywhere in the world? It might be in the world -- literally. According to some scientists, Earth's moon -sized inner core could be one giant iron crystal [source: Broad].

You're Looking a Bit Purple in the Face

Crystals' reputation as folk remedies reaches back a lot further than the New Age movement. Amethyst, for example, gets its moniker from the Greek words meaning "not intoxicated." The ancient Greeks believed that amulets and drinking vessels made from the gemstone would protect them from becoming tipsy. We shudder to think what they used as a hangover remedy.

Author's Note: How are crystals made?

Self-organizing systems, from ecologies to (some say) the universe itself, are in their own way as mind-bending as chaotic ones. Indeed, some have called self-organization "anti-chaos" because, while chaos is highly sensitive to initial conditions, self-organizing systems begin with a multiplicity of initial conditions and end up in virtually the same final state.

Organization and multiplicity are what crystals are all about. They are defined by order, but not order of a single kind. Multiplicities -- of morphologies, of lattices, of polyhedra, sometimes even of crystals -- are why the same pile of atoms can give us diamonds or pencil lead. There's something sublime in that.

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