क्रिस्टल और रत्नों को देखते हुए कोई यह समझना चाहता है कि यह रहस्यमयी सुंदरता कैसे प्रकट हो सकती है, प्रकृति के ऐसे अद्भुत कार्य कैसे बनते हैं। उनके गुणों के बारे में और जानने की इच्छा होती है। आखिरकार, क्रिस्टल की विशेष, प्रकृति में कहीं भी दोहराई जाने वाली संरचना उन्हें हर जगह उपयोग करने की अनुमति नहीं देती है: गहनों से लेकर नवीनतम वैज्ञानिक और तकनीकी आविष्कारों तक।
क्रिस्टलीय खनिजों का अध्ययन
क्रिस्टल की संरचना और गुण इतने बहुआयामी हैं कि एक अलग विज्ञान, खनिज विज्ञान, इन घटनाओं के अध्ययन और अध्ययन में लगा हुआ है। प्रसिद्ध रूसी शिक्षाविद् एलेक्जेंडर एवगेनिविच फर्समैन क्रिस्टल की दुनिया की विविधता और अनंतता से इतने लीन और आश्चर्यचकित थे कि उन्होंने इस विषय के साथ अधिक से अधिक लोगों को आकर्षित करने की कोशिश की। अपनी पुस्तक एंटरटेनिंग मिनरलॉजी में, उन्होंने उत्साह और गर्मजोशी से खनिजों के रहस्यों से परिचित होने और रत्नों की दुनिया में उतरने का आग्रह किया:
मैं सच में तुम्हे चाहता हूँमोहित करना मैं चाहता हूं कि आप पहाड़ों और खदानों, खानों और खानों में दिलचस्पी लेना शुरू करें, ताकि आप खनिजों के संग्रह को इकट्ठा करना शुरू कर दें, ताकि आप हमारे साथ शहर से दूर नदी के किनारे जाना चाहें, जहां वहां ऊंचे चट्टानी किनारे हैं, पहाड़ों की चोटी पर या चट्टानी समुद्र के किनारे तक, जहाँ पत्थर तोड़ा जाता है, रेत का खनन किया जाता है, या अयस्क में विस्फोट होता है। वहां, हर जगह आप और मैं कुछ करने को पाएंगे: और मृत चट्टानों, रेत और पत्थरों में, हम प्रकृति के कुछ महान नियमों को पढ़ना सीखेंगे जो पूरी दुनिया पर शासन करते हैं और जिसके अनुसार पूरी दुनिया का निर्माण होता है।
भौतिकी क्रिस्टल का अध्ययन करती है, यह तर्क देते हुए कि कोई भी वास्तव में ठोस शरीर एक क्रिस्टल है। रसायन विज्ञान क्रिस्टल की आणविक संरचना की जांच करता है, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि किसी भी धातु में क्रिस्टलीय संरचना होती है।
आधुनिक विज्ञान, प्रौद्योगिकी, निर्माण उद्योग और कई अन्य उद्योगों के विकास के लिए क्रिस्टल के अद्भुत गुणों का अध्ययन बहुत महत्वपूर्ण है।
क्रिस्टल के मूल नियम
क्रिस्टल को देखते समय सबसे पहली चीज जो लोग नोटिस करते हैं, वह है इसकी आदर्श बहुआयामी आकृति, लेकिन यह किसी खनिज या धातु की मुख्य विशेषता नहीं है।
जब एक क्रिस्टल छोटे-छोटे टुकड़ों में टूट जाता है, तो आदर्श रूप में कुछ भी नहीं रहेगा, लेकिन कोई भी टुकड़ा, पहले की तरह, क्रिस्टल ही रहेगा। क्रिस्टल की एक विशिष्ट विशेषता इसकी उपस्थिति नहीं है, बल्कि इसकी आंतरिक संरचना की विशिष्ट विशेषताएं हैं।
सममित
क्रिस्टल का अध्ययन करते समय सबसे पहले याद रखने वाली और ध्यान देने वाली बात है घटनासमरूपता यह रोजमर्रा की जिंदगी में व्यापक है। तितली के पंख सममित होते हैं, आधे में मुड़े हुए कागज के टुकड़े पर एक धब्बा की छाप। सममित बर्फ क्रिस्टल। हेक्सागोनल स्नोफ्लेक में समरूपता के छह विमान हैं। बर्फ के टुकड़े के समरूपता के विमान को दर्शाने वाली किसी भी रेखा के साथ चित्र को झुकाकर, आप इसके दो हिस्सों को एक दूसरे के साथ जोड़ सकते हैं।
सममिति की धुरी में ऐसा गुण होता है कि, किसी आकृति को उसके चारों ओर किसी ज्ञात कोण से घुमाकर, आकृति के उपयुक्त भागों को एक दूसरे के साथ जोड़ना संभव है। एक उपयुक्त कोण के आकार के आधार पर जिसके द्वारा आकृति को घुमाने की आवश्यकता होती है, क्रिस्टल में दूसरे, तीसरे, चौथे और छठे क्रम के अक्ष निर्धारित किए जाते हैं। इस प्रकार, बर्फ के टुकड़ों में, छठे क्रम की समरूपता का एकल अक्ष होता है, जो आरेखण तल के लंबवत होता है।
समरूपता का केंद्र आकृति के तल में एक ऐसा बिंदु है, जिसकी समान दूरी पर आकृति के विपरीत दिशा में समान संरचनात्मक तत्व होते हैं।
अंदर क्या है?
क्रिस्टल की आंतरिक संरचना केवल क्रिस्टल के लिए अजीबोगरीब क्रम में अणुओं और परमाणुओं का एक प्रकार का संयोजन है। सूक्ष्मदर्शी से भी दिखाई नहीं देने पर वे कणों की आंतरिक संरचना को कैसे जानेंगे?
इसके लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। पारभासी क्रिस्टल के लिए उनका उपयोग करते हुए, जर्मन भौतिक विज्ञानी एम. लाउ, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी पिता और पुत्र ब्रैग, और रूसी प्रोफेसर यू. वुल्फ ने उन कानूनों की स्थापना की जिनके अनुसार क्रिस्टल की संरचना और संरचना का अध्ययन किया जाता है।
सब कुछ आश्चर्यजनक और अप्रत्याशित था। समोअणु की संरचना की अवधारणा पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था के लिए अनुपयुक्त निकली।
उदाहरण के लिए, टेबल सॉल्ट जैसे प्रसिद्ध पदार्थ में NaCl अणु की रासायनिक संरचना होती है। लेकिन एक क्रिस्टल में, क्लोरीन और सोडियम के अलग-अलग परमाणु अलग-अलग अणुओं में नहीं जुड़ते हैं, लेकिन एक निश्चित विन्यास बनाते हैं जिसे स्थानिक या क्रिस्टल जाली कहा जाता है। क्लोरीन और सोडियम के सबसे छोटे कण विद्युत रूप से बंधे होते हैं। नमक का क्रिस्टल जालक निम्न प्रकार से बनता है। सोडियम परमाणु के बाहरी कोश के संयोजी इलेक्ट्रॉनों में से एक को क्लोरीन परमाणु के बाहरी कोश में डाला जाता है, जो क्लोरीन के तीसरे कोश में आठवें इलेक्ट्रॉन की अनुपस्थिति के कारण पूरी तरह से नहीं भर पाता है। इस प्रकार, एक क्रिस्टल में, सोडियम और क्लोरीन दोनों का प्रत्येक आयन एक अणु से संबंधित नहीं होता है, बल्कि पूरे क्रिस्टल से संबंधित होता है। इस तथ्य के कारण कि क्लोरीन परमाणु मोनोवैलेंट है, यह केवल एक इलेक्ट्रॉन को स्वयं से जोड़ सकता है। लेकिन क्रिस्टल की संरचनात्मक विशेषताएं इस तथ्य की ओर ले जाती हैं कि क्लोरीन परमाणु छह सोडियम परमाणुओं से घिरा हुआ है, और यह निर्धारित करना असंभव है कि उनमें से कौन क्लोरीन के साथ एक इलेक्ट्रॉन साझा करेगा।
यह पता चला है कि टेबल सॉल्ट और उसके क्रिस्टल के रासायनिक अणु एक ही चीज नहीं हैं। पूरा एकल क्रिस्टल एक विशाल अणु की तरह है।
ग्रिल - केवल मॉडल
जब स्थानिक जाली को क्रिस्टल संरचना के वास्तविक मॉडल के रूप में लिया जाता है तो त्रुटि से बचा जाना चाहिए। जाली - क्रिस्टल की संरचना में प्राथमिक कणों के कनेक्शन के उदाहरण की एक प्रकार की सशर्त छवि। गेंदों के रूप में ग्रिड कनेक्शन बिंदुनेत्रहीन आपको परमाणुओं को चित्रित करने की अनुमति देते हैं, और उन्हें जोड़ने वाली रेखाएं उनके बीच बाध्यकारी बलों की एक अनुमानित छवि हैं।
वास्तव में, क्रिस्टल के अंदर परमाणुओं के बीच का अंतराल बहुत छोटा होता है। यह अपने संघटक कणों की सघन पैकिंग है। एक गेंद एक परमाणु का एक पारंपरिक पदनाम है, जिसके उपयोग से निकट पैकिंग के गुणों को सफलतापूर्वक प्रतिबिंबित करना संभव हो जाता है। वास्तव में, परमाणुओं का साधारण संपर्क नहीं होता है, बल्कि उनका परस्पर आंशिक अतिव्यापन होता है। दूसरे शब्दों में, क्रिस्टल जाली की संरचना में एक गेंद की छवि, स्पष्टता के लिए, ऐसे त्रिज्या का चित्रित क्षेत्र है जिसमें परमाणु के इलेक्ट्रॉनों का मुख्य भाग होता है।
ताकत की शपथ
दो विपरीत आवेशित आयनों के बीच एक विद्युत आकर्षण बल होता है। यह टेबल नमक जैसे आयनिक क्रिस्टल की संरचना में एक बांधने की मशीन है। लेकिन अगर आप आयनों को बहुत करीब लाते हैं, तो उनकी इलेक्ट्रॉन कक्षाएँ एक-दूसरे को ओवरलैप करेंगी, और समान-आवेशित कणों की प्रतिकारक शक्तियाँ दिखाई देंगी। क्रिस्टल के अंदर, आयनों का वितरण ऐसा होता है कि प्रतिकारक और आकर्षक बल संतुलन में होते हैं, जो क्रिस्टलीय शक्ति प्रदान करते हैं। यह संरचना आयनिक क्रिस्टल के लिए विशिष्ट है।
और हीरे और ग्रेफाइट के क्रिस्टल जाली में आम (सामूहिक) इलेक्ट्रॉनों की मदद से परमाणुओं का संबंध होता है। निकट दूरी वाले परमाणुओं में सामान्य इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक और पड़ोसी दोनों परमाणुओं के नाभिक के चारों ओर घूमते हैं।
ऐसे बंधों के साथ बलों के सिद्धांत का विस्तृत अध्ययन काफी कठिन है और क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में निहित है।
धातु अंतर
धातु के क्रिस्टल की संरचना अधिक जटिल होती है। इस तथ्य के कारण कि धातु परमाणु आसानी से उपलब्ध बाहरी इलेक्ट्रॉनों को दान कर देते हैं, वे क्रिस्टल के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं, जिससे इसके अंदर तथाकथित इलेक्ट्रॉन गैस बन जाती है। ऐसे "भटकने वाले" इलेक्ट्रॉनों के लिए धन्यवाद, बल बनाए जाते हैं जो धातु पिंड की ताकत सुनिश्चित करते हैं। वास्तविक धातु क्रिस्टल की संरचना के अध्ययन से पता चलता है कि, धातु पिंड को ठंडा करने की विधि के आधार पर, इसमें खामियां हो सकती हैं: सतह, बिंदु और रैखिक। ऐसे दोषों का आकार कई परमाणुओं के व्यास से अधिक नहीं होता है, लेकिन वे क्रिस्टल जाली को विकृत कर देते हैं और धातुओं में प्रसार प्रक्रियाओं को प्रभावित करते हैं।
क्रिस्टल ग्रोथ
अधिक सुविधाजनक समझ के लिए, एक क्रिस्टलीय पदार्थ की वृद्धि को एक ईंट संरचना के निर्माण के रूप में दर्शाया जा सकता है। यदि अधूरे चिनाई की एक ईंट को क्रिस्टल के अभिन्न अंग के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, तो यह निर्धारित करना संभव है कि क्रिस्टल कहाँ विकसित होगा। क्रिस्टल के ऊर्जा गुण इस प्रकार हैं कि पहली ईंट पर रखी ईंट एक तरफ से - नीचे से आकर्षण का अनुभव करेगी। दूसरे पर बिछाने पर - दो तरफ से, और तीसरे पर - तीन से। क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया में - एक तरल से एक ठोस अवस्था में संक्रमण - ऊर्जा (संलयन की गर्मी) निकलती है। सिस्टम की सबसे बड़ी ताकत के लिए, इसकी संभावित ऊर्जा कम से कम होनी चाहिए। इसलिए, क्रिस्टल की वृद्धि परत दर परत होती है। पहले विमान की एक पंक्ति पूरी की जाएगी, फिर पूरा विमान, और उसके बाद ही अगले विमान का निर्माण शुरू होगा।
विज्ञानक्रिस्टल
क्रिस्टलोग्राफी का मूल नियम - क्रिस्टल का विज्ञान - कहता है कि क्रिस्टल चेहरों के विभिन्न विमानों के बीच के सभी कोण हमेशा स्थिर और समान होते हैं। कोई फर्क नहीं पड़ता कि एक बढ़ता हुआ क्रिस्टल कितना विकृत है, इसके चेहरों के बीच के कोण इस प्रकार में निहित समान मूल्य बनाए रखते हैं। आकार, आकार और संख्या के बावजूद, एक ही क्रिस्टल तल के फलक हमेशा एक ही पूर्व निर्धारित कोण पर प्रतिच्छेद करते हैं। कोणों की स्थिरता के नियम की खोज एम.वी. लोमोनोसोव ने 1669 में और क्रिस्टल की संरचना के अध्ययन में एक प्रमुख भूमिका निभाई।
एनिसोट्रॉपी
क्रिस्टल बनने की प्रक्रिया की ख़ासियत अनिसोट्रॉपी की घटना के कारण है - विकास की दिशा के आधार पर विभिन्न भौतिक विशेषताएं। एकल क्रिस्टल अलग-अलग दिशाओं में बिजली, गर्मी और प्रकाश का अलग-अलग संचालन करते हैं और इनकी ताकत असमान होती है।
इस प्रकार, एक ही परमाणु के साथ एक ही रासायनिक तत्व विभिन्न क्रिस्टल जाली बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन हीरे और ग्रेफाइट में क्रिस्टलीकृत हो सकता है। वहीं, हीरा खनिजों के बीच अधिकतम ताकत का एक उदाहरण है, और कागज पर पेंसिल से लिखते समय ग्रेफाइट आसानी से अपना तराजू छोड़ देता है।
खनिजों के फलकों के बीच के कोणों को मापना उनकी प्रकृति के निर्धारण के लिए बहुत व्यावहारिक महत्व रखता है।
बुनियादी सुविधाएं
क्रिस्टल की संरचनात्मक विशेषताओं को जानने के बाद, हम संक्षेप में उनके मुख्य गुणों का वर्णन कर सकते हैं:
- एनिसोट्रॉपी - अलग-अलग दिशाओं में असमान गुण।
- एकरूपता - प्राथमिकक्रिस्टल के घटक, समान दूरी पर, समान गुण रखते हैं।
- सेल्फ-कटिंग की क्षमता - किसी माध्यम में क्रिस्टल का कोई भी टुकड़ा इसके विकास के लिए उपयुक्त एक बहुआयामी आकार लेगा और इस प्रकार के क्रिस्टल के अनुरूप चेहरों से ढका होगा। यह वह गुण है जो क्रिस्टल को अपनी समरूपता बनाए रखने की अनुमति देता है।
- गलनांक का व्युत्क्रम। किसी खनिज की स्थानिक जालक का विनाश, अर्थात् क्रिस्टलीय पदार्थ का ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण, हमेशा एक ही तापमान पर होता है।
क्रिस्टल ठोस होते हैं जिन्होंने एक सममित पॉलीहेड्रॉन का प्राकृतिक आकार ले लिया है। क्रिस्टल की संरचना, एक स्थानिक जाली के गठन की विशेषता, एक ठोस की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के सिद्धांत के भौतिकी में विकास के आधार के रूप में कार्य करती है। खनिजों के गुणों और संरचना का अध्ययन अत्यंत व्यावहारिक महत्व का है।
