Kristal adalah benda padat dengan bentuk geometris yang teratur. Struktur di mana partikel teratur berada disebut kisi kristal. Titik-titik lokasi partikel di mana mereka berosilasi disebut simpul kisi kristal. Semua badan ini dibagi menjadi monokristal dan polikristal.
Apa itu kristal tunggal
Kristal tunggal adalah kristal tunggal yang kisi kristalnya memiliki keteraturan yang jelas. Seringkali kristal tunggal memiliki bentuk yang teratur, tetapi fitur ini tidak wajib saat menentukan jenis kristal. Kebanyakan mineral adalah kristal tunggal.
Bentuk luar tergantung pada laju pertumbuhan zat. Dengan peningkatan yang lambat dan homogenitas material, kristal memiliki potongan yang benar. Pada kecepatan sedang, potongannya tidak diucapkan. Pada tingkat kristalisasi yang tinggi, polikristal yang terdiri dari banyak kristal tunggal tumbuh.
Contoh klasik kristal tunggal adalah intan, kuarsa,batu topas. Dalam elektronik, kristal tunggal, yang memiliki sifat semikonduktor dan dielektrik, sangat penting. Paduan kristal tunggal ditandai dengan peningkatan kekerasan. Kristal tunggal ultra murni memiliki sifat yang sama terlepas dari asalnya. Komposisi kimia mineral tergantung pada tingkat pertumbuhan. Semakin lambat kristal tumbuh, semakin sempurna komposisinya.
Polikristal
Kristal dan polikristal tunggal dicirikan oleh interaksi molekul yang tinggi. Sebuah polikristal terdiri dari banyak kristal tunggal dan memiliki bentuk yang tidak beraturan. Mereka kadang-kadang disebut kristalit. Mereka muncul sebagai hasil dari pertumbuhan alami atau tumbuh secara artifisial. Polikristal dapat berupa paduan, logam, keramik. Karakteristik utama terdiri dari sifat-sifat kristal tunggal, tetapi ukuran butir, jarak antara mereka, dan batas butir sangat penting. Dengan adanya batas, karakteristik fisik polikristal berubah secara signifikan, kekuatan menurun.
Polikristal dihasilkan sebagai hasil dari kristalisasi, perubahan bubuk kristal. Mineral ini kurang stabil dibandingkan kristal tunggal, sehingga pertumbuhan butir individu tidak merata.
Polimorfisme
Kristal tunggal adalah zat yang dapat berada di dua keadaan sekaligus, yang akan berbeda dalam sifat fisiknya. Fitur ini disebut polimorfisme.
Pada saat yang sama, suatu zat dalam satu keadaan bisa lebih stabil daripada yang lain. Ketika kondisi lingkungan berubah, situasinya mungkinubah.
Polimorfisme adalah dari jenis berikut:
- Rekonstruksi - peluruhan terjadi pada atom dan molekul.
- Deformasi - strukturnya dimodifikasi. Kompresi atau peregangan terjadi.
- Shift - beberapa elemen struktur mengubah lokasinya.
Sifat kristal dapat berubah dengan perubahan komposisi yang tiba-tiba. Contoh klasik polimorfisme adalah modifikasi karbon. Di satu negara itu adalah berlian, di lain itu adalah grafit, zat dengan sifat yang berbeda.
Beberapa bentuk karbohidrat berubah menjadi grafit ketika dipanaskan. Perubahan sifat dapat terjadi tanpa deformasi kisi kristal. Dalam kasus besi, penggantian beberapa komponen menyebabkan hilangnya sifat magnetik.
Kekuatan kristal
Bahan apa pun yang digunakan dalam teknologi modern memiliki kekuatan akhir. Paduan nikel, krom, dan besi memiliki kekuatan terbesar. Meningkatkan kekuatan logam akan meningkatkan peralatan militer dan sipil. Peningkatan ketahanan aus akan menghasilkan masa pakai yang lebih lama. Untuk alasan ini, para ilmuwan telah mempelajari kekuatan kristal tunggal sejak lama.
Kristal tunggal murni adalah kristal dengan kisi kristal ideal, mengandung sejumlah kecil cacat. Dengan penurunan jumlah cacat, kekuatan logam meningkat beberapa kali. Pada saat yang sama, kerapatan logam tetap hampir sama.
Kristal tunggal dengan kisi yang ideal tahan terhadap tekanan mekanis hingga titik leleh. Jangan berubah denganwaktu. Paling sering, kristal tunggal seperti itu memiliki dislokasi nol. Tapi ini adalah kondisi opsional. Kekuatan dijelaskan oleh fakta bahwa retakan mikro terbentuk di tempat-tempat dengan jumlah dislokasi terbesar. Dan dalam ketidakhadiran mereka, tidak ada tempat untuk retakan muncul. Ini berarti bahwa kristal tunggal akan bertahan sampai ambang batas kekuatannya terlampaui.
Kristal tunggal buatan
Menumbuhkan kristal tunggal dimungkinkan pada tingkat sains saat ini. Saat memproses logam, tanpa mengubah komposisinya, Anda dapat membuat kristal tunggal yang memiliki margin keamanan tinggi.
Ada 2 metode yang dikenal untuk produksi kristal tunggal:
- tekanan super tinggi dan pengecoran logam;
- tekanan cryogenic.
Metode pertama populer untuk memproses logam ringan. Mengingat kemurnian logam dan peningkatan tekanan, logam baru secara bertahap akan muncul yang memiliki sifat yang sama, tetapi dengan kekuatan yang meningkat. Dalam kondisi tertentu, dimungkinkan untuk mendapatkan kristal tunggal dengan kisi yang ideal. Dengan adanya pengotor, ada kemungkinan kisi kristal tidak akan ideal.
Pada logam berat, dengan meningkatnya tekanan, terjadi proses perubahan struktur. Kristal tunggalnya belum muncul, tetapi zatnya telah berubah sifat.
Cryogenic casting didasarkan pada produksi cairan cryogenic. Kristalisasi tidak terjadi di bawah pengaruh medan magnet. Bentuk semi kristal menjadi kristal setelah diberi muatan listrik.
Berliandan kuarsa
Sifat berlian didasarkan pada fakta bahwa ia adalah zat dengan kisi kristal atom. Ikatan antar atom menentukan kekuatan berlian. Dalam kondisi konstan, berlian tidak berubah. Saat terkena ruang hampa, secara bertahap berubah menjadi grafit.
Ukuran kristal sangat bervariasi. Berlian sintetis tumbuh memiliki wajah kubus dan terlihat berbeda dari rekan-rekan mereka. Sifat berlian digunakan untuk memotong kaca.
Kristal kuarsa ditemukan di mana-mana. Mineral adalah salah satu yang paling umum. Kuarsa biasanya tidak berwarna. Jika ada banyak retakan di dalam batu, maka warnanya putih. Ketika kotoran lain ditambahkan, itu berubah warna.
Kristal kuarsa digunakan dalam pembuatan kaca, untuk membuat ultrasound, dalam peralatan listrik, radio dan televisi. Beberapa varietas digunakan dalam perhiasan.
Struktur kristal tunggal
Logam dalam keadaan padat memiliki struktur kristal. Struktur kristal tunggal adalah rangkaian atom bolak-balik tanpa akhir. Pada kenyataannya, susunan atom dapat terganggu karena efek termal, mekanis atau karena beberapa alasan lainnya.
Kisi kristal ditemukan dalam 3 jenis:
- tipe tungsten;
- jenis tembaga;
- jenis magnesium.
Aplikasi
Kristal tunggal buatan adalah kesempatan untuk mendapatkan material dengan sifat baru. Area aplikasi kristal tunggal sangat besar. Kuarsa dan spar dibuat secara alami, sedangkan natrium fluorida ditanam secara artifisial.
Monocrystals adalahbahan yang digunakan dalam optik dan elektronik. Kuarsa dan mika digunakan dalam optik tetapi mahal. Dalam kondisi buatan, Anda dapat menumbuhkan satu kristal, yang akan dibedakan berdasarkan kemurnian dan kekuatannya.
Diamond digunakan di mana kekuatan tinggi diperlukan. Tapi itu berhasil disintesis dalam kondisi buatan. Kristal tunggal tiga dimensi tumbuh dari lelehan.
