Le applicazioni dei cristalli nella scienza e nella tecnologia sono così numerose e varie che è difficile enumerarle. Pertanto, ci limitiamo a pochi esempi.
Il più duro e raro dei minerali naturali è al-maz. Oggi un diamante è principalmente un lavoratore della pietra, non una decorazione della pietra.
Grazie alla sua eccezionale durezza, il diamante svolge un ruolo enorme nella tecnologia. Le seghe diamantate tagliano le pietre. Una sega diamantata è un disco d'acciaio rotante di grandi dimensioni (fino a 2 metri di diametro), sui cui bordi sono realizzate tacche o tacche. Polvere di diamante fine, mescolata con una sorta di adesivo, viene strofinata su queste incisioni. Tale disco, ruotando ad alta velocità, taglia rapidamente qualsiasi pietra.
Il diamante svolge un ruolo importante nella perforazione rocce, nel settore minerario.
Utensili per incidere, divisori, durometri, punte per pietra e metallo hanno punte diamantate inserite.
La polvere di diamante leviga e lucida pietre dure, acciai temprati, leghe dure e superdure. Il diamante stesso può essere tagliato, lucidato e inciso solo con un diamante. Le parti più critiche del motore nell'industria automobilistica e aeronautica vengono lavorate con frese e trapani diamantati.
Il rubino e lo zaffiro sono tra le pietre preziose più belle e più costose. Tutte queste pietre hanno altre qualità, più modeste, ma utili. Il rubino rosso sangue e lo zaffiro blu lazar sono fratelli, sono generalmente lo stesso minerale: corindone, ossido di alluminio A12O3. La differenza di colore è dovuta a piccolissime impurità nell'ossido di alluminio: un'aggiunta trascurabile di cromo trasforma il corindone incolore in un rubino rosso sangue, l'ossido di titanio in zaffiro. Ci sono corindoni e altri colori. Hanno anche un fratello modesto e poco appariscente in tutto: corindone marrone, opaco, fine - smeriglio, che serve per pulire il metallo, da cui si ricava la carta vetrata. Il corindone con tutte le sue varietà è una delle pietre più dure sulla Terra, la più dura dopo il diamante. Il corindone può essere utilizzato per forare, levigare, lucidare, affilare pietra e metallo. Mole e pietre per affilare, le polveri abrasive sono fatte di corindone e smeriglio.
L'intera industria dell'orologeria lavora su rubini artificiali. Nelle fabbriche di semiconduttori, i circuiti più fini vengono disegnati con aghi di rubino. Nell'industria tessile e chimica, i guidafili in rubino disegnano fili da fibre artificiali, da kapron, da nylon.
Nuova vita ruby è un laser o, come viene chiamato nella scienza, un generatore quantico ottico (OQG), un meraviglioso dispositivo dei nostri giorni. Nel 1960 È stato creato il primo laser a rubino. Si è scoperto che il cristallo di rubino amplifica la luce. Il laser brilla più luminoso di mille soli.
Potente raggio laser con enorme potenza. Brucia facilmente lamiere, salda fili metallici, brucia tubi metallici, pratica fori finissimi in leghe dure, diamante. Queste funzioni sono eseguite da un laser solido, dove vengono utilizzati rubino, granato con neoditi. Nella chirurgia oculare vengono spesso utilizzati laser al neodino e laser a rubino. I sistemi terrestri a campo vicino utilizzano spesso laser ad iniezione di arseniuro di gallio.
Apparvero anche nuovi cristalli laser: fluorite, granati, arseniuro di gallio, ecc.
Lo zaffiro è trasparente, quindi da esso vengono ricavate lastre per strumenti ottici.
La maggior parte dei cristalli di zaffiro va all'industria dei semiconduttori.
Pietra focaia, ametista, diaspro, opale, calcedonio: tutte queste sono varietà di quarzo. Piccoli granelli di quarzo formano la sabbia. E la varietà più bella e meravigliosa di quarzo è il cristallo di rocca, cioè cristalli di quarzo trasparenti. Pertanto, lenti, prismi e altre parti di strumenti ottici sono realizzati in quarzo trasparente.
Le proprietà elettriche del quarzo sono particolarmente sorprendenti. Se comprimi o allunghi un cristallo di quarzo, sulle sue facce compaiono delle cariche elettriche. Questo è l'effetto piezoelettrico nei cristalli.
Al giorno d'oggi, non solo il quarzo viene utilizzato come piezoelettrico, ma anche molti altri, principalmente sostanze sintetizzate artificialmente: sale blu, titanato di bario, fosfati monobasici di potassio e ammonio (KDR e ADR) e molti altri.
I cristalli piezoelettrici sono ampiamente utilizzati per la riproduzione, la registrazione e la trasmissione del suono.
Esistono anche metodi piezoelettrici per misurare la pressione sanguigna nei vasi sanguigni umani e la pressione dei succhi negli steli e nei tronchi delle piante.Le piastre piezoelettriche misurano, ad esempio, la pressione nel tronco pezzo di artiglieria quando sparato, la pressione al momento dell'esplosione della bomba, la pressione istantanea nei cilindri dei motori durante l'esplosione di gas caldi in essi.
L'industria elettro-ottica è l'industria dei cristalli che non hanno un centro di simmetria. Questa industria è molto vasta e diversificata; centinaia di tipi di cristalli vengono coltivati e lavorati nelle sue fabbriche per l'uso in ottica, acustica, elettronica radio e tecnologia laser.
Nella tecnologia, anche il materiale policristallino Polaroid ha trovato il suo impiego.
Una polaroid è una sottile pellicola trasparente completamente riempita con minuscoli cristalli aghiformi trasparenti di una sostanza che birifrangente e polarizza la luce. Tutti i cristalli sono paralleli tra loro, quindi tutti polarizzano ugualmente la luce che passa attraverso il film.
Le pellicole Polaroid sono utilizzate negli occhiali Polaroid. Le polaroid smorzano il bagliore della luce riflessa, lasciando passare tutto il resto della luce. Sono indispensabili per gli esploratori polari che devono costantemente guardare un riflesso abbagliante i raggi del sole dal campo di neve ghiacciata.
Gli occhiali Polaroid aiuteranno a prevenire le collisioni automobilistiche in arrivo, che molto spesso si verificano a causa del fatto che le luci di un'auto in arrivo accecano il conducente e lui non vede questa macchina. Se i parabrezza delle auto e i vetri delle luci delle auto sono fatti di una polaroid, ed entrambi i campi roid vengono ruotati in modo che i loro assi ottici vengano spostati, allora il parabrezza non lascerà passare la luce delle luci dell'auto in arrivo, "spegnila. "
I cristalli hanno svolto un ruolo importante in molti innovazioni tecniche 20 ° secolo Alcuni cristalli generano una carica elettrica quando vengono deformati. La loro prima applicazione significativa fu la fabbricazione di oscillatori a radiofrequenza stabilizzati da cristalli di quarzo. Facendo vibrare una lastra di quarzo nel campo elettrico di un circuito oscillatorio a radiofrequenza, si può così stabilizzare la frequenza di ricezione o trasmissione.
I dispositivi a semiconduttore che hanno rivoluzionato l'elettronica sono costituiti da sostanze cristalline, principalmente silicio e germanio. In questo caso, i droganti, che vengono introdotti nel reticolo cristallino, giocano un ruolo importante. I diodi a semiconduttore sono utilizzati nei computer e nei sistemi di comunicazione, i transistor hanno sostituito i tubi a vuoto nell'ingegneria radio e pannelli solari, posizionati sulla superficie esterna del veicolo spaziale, convertono l'energia solare in energia elettrica. I semiconduttori sono anche ampiamente utilizzati nei convertitori corrente alternata in permanente.
I cristalli sono anche usati in alcuni maser per amplificare le microonde e nei laser per amplificare le onde luminose. I cristalli con proprietà piezoelettriche sono utilizzati nei ricevitori radio e nei trasmettitori radio, nelle teste dei pickup e nei sonar. Alcuni cristalli modulano i raggi luminosi, mentre altri generano luce applicando una tensione. L'elenco degli usi dei cristalli è già lungo e in continua crescita.
In natura, i singoli cristalli della maggior parte delle sostanze senza crepe, impurità e altri difetti sono estremamente rari. Ciò ha portato al fatto che molti cristalli sono stati chiamati pietre preziose per migliaia di anni. Diamanti, rubini, zaffiri, ametiste e altre pietre preziose sono stati a lungo apprezzati molto dalle persone, principalmente non per speciali meccaniche o altro Proprietà fisiche ma solo per la sua rarità.
Lo sviluppo della scienza e della tecnologia ha portato al fatto che molte pietre preziose o cristalli che si trovano raramente in natura sono diventati molto necessari per la fabbricazione di parti di dispositivi e macchine, per la ricerca scientifica. La necessità di molti cristalli è cresciuta così tanto che era impossibile soddisfarla ampliando la scala dell'elaborazione di vecchi e cercando nuovi depositi naturali.
Inoltre, per molti rami della tecnologia e soprattutto per la ricerca scientifica, sono sempre più richiesti monocristalli di altissima purezza chimica con una perfetta struttura cristallina. I cristalli trovati in natura non soddisfano questi requisiti, poiché crescono in condizioni molto lontane dall'ideale.
Si è quindi posto il problema di sviluppare una tecnologia per la produzione artificiale di monocristalli di molti elementi e composti chimici.
Lo sviluppo di un metodo relativamente semplice per realizzare una "pietra preziosa" porta al fatto che cessa di essere preziosa. Ciò è spiegato dal fatto che la maggior parte delle pietre preziose sono cristalli ampiamente distribuiti in natura. elementi chimici e connessioni. Quindi, il diamante è un cristallo di carbonio, il rubino e lo zaffiro sono cristalli di ossido di alluminio con varie impurità.
Consideriamo i principali metodi di coltivazione di cristalli singoli. A prima vista può sembrare che la cristallizzazione da una massa fusa sia molto semplice. È sufficiente riscaldare la sostanza al di sopra del punto di fusione, ottenere una fusione e quindi raffreddarla. In linea di principio, questo è il modo giusto, ma se non vengono prese misure speciali, nella migliore delle ipotesi si otterrà un campione policristallino. E se l'esperimento viene eseguito, ad esempio, con quarzo, zolfo, selenio, zucchero, che, a seconda della velocità di raffreddamento dei loro fusi, possono solidificarsi in uno stato cristallino o amorfo, allora non vi è alcuna garanzia che un corpo amorfo non sarà ottenuto.
Per far crescere un singolo cristallo, il raffreddamento lento non è sufficiente. È necessario prima raffreddare una piccola sezione del fuso e ottenere un "nucleo" di un cristallo al suo interno, quindi, raffreddando successivamente il fuso che circonda il "nucleo", consentire al cristallo di crescere per l'intero volume del fuso . Questo processo può essere ottenuto abbassando lentamente il crogiolo con la massa fusa attraverso il foro nel forno tubolare verticale. Il cristallo nasce sul fondo del crogiolo, poiché cade nella regione dell'altro basse temperature, e poi cresce gradualmente sull'intero volume del fuso. Il fondo del crogiolo è appositamente stretto, puntato su un cono, in modo che al suo interno possa trovarsi un solo nucleo cristallino.
Questo metodo viene spesso utilizzato per coltivare cristalli di zinco, argento, alluminio, rame e altri metalli, nonché cloruro di sodio, bromuro di potassio, fluoruro di litio e altri sali utilizzati nell'industria ottica. Per un giorno puoi far crescere un cristallo di salgemma del peso di circa un chilogrammo.
Lo svantaggio del metodo descritto è la contaminazione dei cristalli con il materiale del crogiolo.
Il metodo senza crogiolo di far crescere i cristalli da una fusione, che viene utilizzato per coltivare, ad esempio, corindone (rubini, zaffiri), è privato di questo inconveniente. La polvere più fine di ossido di alluminio da grani di 2-100 micron viene versata in un sottile flusso dal bunker, passa attraverso una fiamma di ossigeno-idrogeno, si scioglie e, sotto forma di gocce, cade su un'asta di materiale refrattario. La temperatura dell'asta viene mantenuta leggermente al di sotto del punto di fusione dell'allumina (2030°C). Gocce di ossido di alluminio vengono raffreddate su di esso e formano una crosta di massa sinterizzata di corindone. Meccanismo lento (10-20mm/h ) abbassa l'asta e su di essa cresce gradualmente un cristallo di corindone non tagliato.
Come in natura, ottenere cristalli da una soluzione si riduce a due metodi. Il primo di questi consiste nella lenta evaporazione del solvente dalla soluzione satura, e il secondo nel lento abbassamento della temperatura della soluzione. Il secondo metodo è più comunemente usato. Come solventi vengono utilizzati acqua, alcoli, acidi, sali fusi e metalli. Uno svantaggio dei metodi per far crescere cristalli da una soluzione è la possibilità di contaminazione dei cristalli con particelle di solvente.
Il cristallo cresce da quelle aree della soluzione sovrasatura che lo circondano direttamente. Di conseguenza, la soluzione è meno sovrasatura vicino al cristallo che lontano da esso. Poiché una soluzione sovrasatura è più pesante di una soluzione satura, c'è sempre un flusso verso l'alto della soluzione "usata" sopra la superficie di un cristallo in crescita. Senza tale agitazione della soluzione, la crescita dei cristalli cesserebbe rapidamente. Pertanto, la soluzione viene spesso ulteriormente miscelata o il cristallo viene fissato su un supporto rotante. Questo ti permette di far crescere cristalli più perfetti.
Come meno velocità crescita, migliori sono i cristalli. Questa regola vale per tutti i metodi di coltivazione. I cristalli di zucchero e sale da cucina sono facili da ottenere soluzione acquosa a casa. Ma, sfortunatamente, non tutti i cristalli possono essere coltivati così facilmente. Ad esempio, l'ottenimento di cristalli di quarzo da una soluzione avviene a una temperatura di 400 ° C e una pressione di 1000 atm. .
Le applicazioni dei cristalli nella scienza e nella tecnologia sono così numerose e varie che è difficile enumerarle. Pertanto, ci limitiamo a pochi esempi.
Il più duro e raro dei minerali naturali è il diamante. Nell'intera storia dell'umanità, ne sono state estratte solo circa 150 tonnellate, sebbene quasi un milione di persone siano ora impiegate nell'industria globale dell'estrazione di diamanti. Oggi un diamante è principalmente un lavoratore della pietra, non una decorazione della pietra. Circa l'80% di tutti i diamanti naturali estratti e tutti i diamanti artificiali sono utilizzati nell'industria. Il ruolo dei diamanti in tecnologia moderna così grande che, secondo i calcoli degli economisti americani, la cessazione dell'uso dei diamanti porterebbe a dimezzare il potere dell'industria statunitense.
Circa l'80% dei diamanti utilizzati in tecnologia viene utilizzato per affilare utensili e frese di "leghe superdure". I diamanti fungono da pietre di riferimento (cuscinetti) nei cronometri di fascia alta per navi marittime e in altri strumenti di navigazione altamente precisi. I cuscinetti diamantati non mostrano segni di usura anche dopo 25.000.000 di giri.
Un po 'inferiore al diamante in durezza, compete con esso nella diversità applicazioni tecniche rubino - corindone nobile, ossido di alluminio Al 2 O 3 con una miscela colorante di ossido di cromo. Da 1 kg di rubino sintetico si possono ricavare circa 40.000 pietre di riferimento per orologi. Le bacchette di rubino si sono rivelate indispensabili nelle fabbriche per la produzione di tessuti da fibre chimiche. Occorrono centinaia di migliaia di metri di fibra per produrre 1 m di tessuto in fibra artificiale. I guidafili realizzati con il vetro più duro si consumano in pochi giorni quando una fibra artificiale viene tirata attraverso di essi, i guidafili in agata possono funzionare fino a due mesi, i guidafili in rubino risultano quasi eterni.
Nuova zona per l'uso diffuso dei rubini nella ricerca scientifica e nella tecnologia è stato aperto con l'invenzione del laser a rubino, un dispositivo in cui l'asta di rubino funge da fonte potente luce emessa sotto forma di un sottile raggio di luce.
Un ruolo eccezionale è toccato ai cristalli nell'elettronica moderna. La maggior parte dei dispositivi elettronici a semiconduttore sono costituiti da cristalli di germanio o silicio.
Fetisov Nikolaj
Il mondo che ci circonda è costituito da cristalli, possiamo dire che viviamo in un mondo di cristalli. Edifici residenziali e strutture industriali, aerei e razzi, motonavi e locomotive diesel, rocce e minerali sono costituiti da cristalli. Mangiamo cristalli, guariamo noi stessi con loro e siamo in parte costituiti da cristalli.
Quindi cosa sono i cristalli? Che proprietà hanno? Come crescono i cristalli? Come e dove sono attualmente utilizzati e quali sono le prospettive per il loro utilizzo in futuro? Queste domande mi interessavano e ho cercato di trovare risposte.
11 CONFERENZA SCIENTIFICA E PRATICA DEL DISTRETTO DI KUZNETSKY "OPEN WORLD"
SEZIONE DI FISICA
Le principali aree di applicazione dei cristalli artificiali
Fatto da uno studente di terza media
Fetisov Nikolaj
Capo Sizochenko A.I.,
Insegnante di fisica
Istruzione generale comunale
istituzione
"Istruzione generale di base
Scuola n. 24"
Novokuznetsk, 2014
Introduzione………………………………………………………… 2
1. Corpo principale
1.1. Il concetto di cristallo………………...………..……..4
1.2. Cristalli singoli e policristalli ...................................... 4
1.3. Metodi per la crescita dei cristalli………...….…5
1.4. L'uso dei cristalli…………………..…...…7
2. Parte pratica
2.1. Cristalli in crescita a casa
Condizioni………………………………………...9
3. Conclusione…………………………………….…11
Bibliografia..………………………………………...13
Applicazioni………………………….……………………..14-15
introduzione
Come uno scultore magico
Bordi chiari di cristalli
Scolpisce una soluzione incolore.
N.A. Morozov
Il mondo che ci circonda è costituito da cristalli, possiamo dire che viviamo in un mondo di cristalli. Edifici residenziali e strutture industriali, aerei e razzi, motonavi e locomotive diesel, rocce e minerali sono costituiti da cristalli. Mangiamo cristalli, guariamo noi stessi con loro e siamo in parte costituiti da cristalli.
I cristalli sono sostanze in cui minuscole particelle"imballato" in un certo ordine. Di conseguenza, durante la crescita dei cristalli, sulla loro superficie compaiono spontaneamente facce piatte e i cristalli stessi assumono una varietà di forme geometriche.
Accademico A.E. Fersman “Quasi tutto il mondo è cristallino. Il mondo è dominato da un cristallo e dalle sue rigide leggi rettilinee” è coerente con l'interesse scientifico degli scienziati di tutto il mondo per questo oggetto di studio.
L'industria moderna non può fare a meno di un'ampia varietà di cristalli. Sono utilizzati in orologi, ricevitori a transistor, computer, laser e altro ancora. Il grande laboratorio - la natura - non può più soddisfare la domanda di tecnologia in via di sviluppo, e ora i cristalli artificiali vengono coltivati in apposite fabbriche: piccoli, quasi impercettibili e grandi - del peso di diversi chilogrammi.
Le persone hanno imparato come ottenere artificialmente molte pietre preziose. Ad esempio, i cuscinetti per orologi e altri strumenti di precisione sono stati a lungo realizzati con rubini artificiali. Inoltre ottengono artificialmente bellissimi cristalli che non esistono affatto in natura: zirconi cubici. È difficile distinguere a occhio gli zirconi cubici dai diamanti: giocano così magnificamente alla luce.
Quindi cosa sono i cristalli? Che proprietà hanno? Come crescono i cristalli? Come e dove sono attualmente utilizzati e quali sono le prospettive per il loro utilizzo in futuro? Queste domande mi interessavano e ho cercato di trovare risposte.
Il mio è un lavoro di ricerca, poiché la sua attuazione utilizza la conoscenza di diverse materie accademiche: fisica, chimica, biologia, informatica. Come risultato della mia attività, ho creato una presentazione "Cristalli e loro applicazioni", che può essere utilizzata nelle lezioni di fisica e chimica come ausilio visivo, e cristalli cresciuti da solfato di rame e sale da cucina.
Obbiettivo:
Determinare le principali aree di applicazione dei cristalli artificiali e testare sperimentalmente la possibilità di coltivare cristalli di sale e solfato di rame senza l'uso di attrezzature speciali.
Per raggiungere questo obiettivo, ho affrontato quanto segue
compiti:
cristallo (dal greco. krystallos - "ghiaccio trasparente") era originariamente chiamato quarzo trasparente (cristallo di rocca), trovato nelle Alpi. Il cristallo di rocca è stato scambiato per ghiaccio, indurito dal freddo a tal punto da non sciogliersi più. Inizialmente caratteristica principale il cristallo era visto nella sua trasparenza e la parola era usata in relazione a tutti i solidi naturali trasparenti. Successivamente iniziarono a produrre vetri che non erano inferiori per brillantezza e trasparenza alle sostanze naturali. Gli oggetti realizzati con tale vetro erano anche chiamati "cristallo". Ancora oggi, il vetro di una trasparenza speciale è chiamato cristallo, la sfera "magica" degli indovini è chiamata sfera di cristallo.
Una caratteristica sorprendente del cristallo di rocca e di molti altri minerali trasparenti sono le loro facce lisce e piatte. Alla fine del XVII sec. è stato osservato che esiste una certa simmetria nella loro disposizione ed è stato accertato che alcuni minerali opachi hanno un taglio naturale regolare. C'era una congettura che la forma potesse essere associata alla struttura interna. Alla fine, tutto cominciò a chiamarsi cristalli solidi avere un taglio piatto naturale.
Nell'armeria ci sono abiti e corone degli zar russi, completamente disseminati di cristalli - gemme - ametiste. Nelle chiese, icone e altari erano decorati con ametiste.
I cristalli più famosi sono i diamanti che, dopo essere stati tagliati, si trasformano in diamanti. Le persone hanno cercato di svelare il mistero di queste pietre per molti secoli e quando hanno scoperto che il diamante è una specie di carbonio, nessuno ci credeva.
L'esperimento decisivo fu condotto nel 1772 dal chimico francese Lavoisier. In natura, i diamanti si formano proprio nelle viscere della terra alte temperature e pressioni. Gli scienziati sono stati in grado di creare condizioni in laboratorio in cui i diamanti possono essere ottenuti dalla grafite solo dopo 200 anni. Attualmente vengono prodotte dozzine di tonnellate di diamanti artificiali. Tra questi ci sono i diamanti per scopi di gioielleria, ma la maggior parte di essi viene utilizzata per realizzare vari strumenti.
I corpi cristallini possono essere monocristalli e policristalli. Un singolo cristallo è un singolo cristallo che ha un reticolo cristallino ordinato macroscopico. Hanno una forma esterna geometricamente corretta, ma questa caratteristica non è obbligatoria.
I policristalli sono piccoli cristalli orientati in modo casuale intrecciati l'uno con l'altro - cristalliti.
In laboratorio, i cristalli vengono coltivati in condizioni attentamente controllate per garantire le proprietà desiderate, ma in linea di principio, i cristalli di laboratorio si formano allo stesso modo che in natura: da soluzione, fusione o vapore. Pertanto, i cristalli piezoelettrici di sale di Rochelle vengono coltivati da una soluzione acquosa a pressione atmosferica. Anche grandi cristalli di quarzo ottico vengono coltivati dalla soluzione, ma a temperature di 350–450 di C e una pressione di 140 MPa. I rubini sono sintetizzati a pressione atmosferica dalla polvere di ossido di alluminio fusa a una temperatura di 2050 di C. I cristalli di carburo di silicio usati come abrasivo si ottengono dai fumi di un forno elettrico.
Il rubino è stato il primo cristallo singolo ottenuto in laboratorio. Per ottenere il rubino si riscaldava una miscela di allumina anidra, contenente una miscela maggiore o minore di potassio caustico con fluoruro di bario e sale di potassio bicromo. Quest'ultimo viene aggiunto per provocare il colore del rubino e l'ossido di alluminio viene prelevato in piccola quantità. La miscela viene posta in un crogiolo di argilla e riscaldata (da 100 ore a 8 giorni) in forni a riverbero a temperature fino a 1500 di C. Alla fine dell'esperimento, nel crogiolo appare una massa cristallina e le pareti sono ricoperte di cristalli di rubino di un bel colore rosa.
Il secondo metodo comune per coltivare cristalli di pietre preziose sintetiche è il metodo Czochralski. Consiste in quanto segue: il fuso della sostanza da cui dovrebbero cristallizzare le pietre viene posto in un crogiolo refrattario di metallo refrattario (platino, rodio, iridio, molibdeno o tungsteno) e riscaldato in un induttore ad alta frequenza. Un seme del materiale del futuro cristallo viene abbassato nella fusione sull'albero di scarico e il materiale sintetico viene coltivato su di esso fino allo spessore desiderato. L'albero con il seme viene gradualmente tirato verso l'alto ad una velocità di 1-50 mm/h con contemporanea crescita ad una frequenza di rotazione di 30-150 giri/min. Ruotare l'albero per uniformare la temperatura del fuso e garantire una distribuzione uniforme delle impurità. Diametro del cristallo fino a 50 mm, lunghezza fino a 1 M. Corindone sintetico, spinello, granati e altre pietre artificiali vengono coltivate utilizzando il metodo Czochralski.
I cristalli possono anche crescere quando i vapori si condensano: ecco come si ottengono i motivi dei fiocchi di neve sul vetro freddo. Quando i metalli vengono spostati dalle soluzioni saline con l'aiuto di metalli più attivi, si formano anche cristalli. Ad esempio, metti un chiodo di ferro in una soluzione di solfato di rame, sarà ricoperto da uno strato rosso di rame. Ma i cristalli di rame risultanti sono così piccoli che possono essere visti solo al microscopio. Sulla superficie dell'unghia, il rame viene rilasciato molto rapidamente, quindi i suoi cristalli sono troppo piccoli. Ma se il processo viene rallentato, i cristalli risulteranno grandi. Per fare questo, il solfato di rame dovrebbe essere coperto con uno spesso strato di sale da tavola, metterci sopra un cerchio di carta da filtro e sopra - una piastra di ferro con un diametro leggermente più piccolo. Resta da versare una soluzione satura di sale da cucina nel recipiente. Il solfato di rame inizierà a dissolversi lentamente nella salamoia. Gli ioni di rame (sotto forma di anioni verdi complessi) si diffonderanno verso l'alto molto lentamente, per molti giorni; il processo può essere osservato dal movimento del bordo colorato. Raggiunto il piatto di ferro, gli ioni di rame si riducono ad atomi neutri. Ma poiché questo processo è molto lento, gli atomi di rame si allineano in bellissimi cristalli lucenti. A volte questi cristalli formano rami - dendriti.
I cristalli naturali hanno sempre suscitato la curiosità delle persone. Il loro colore, brillantezza e forma hanno influenzato il senso umano della bellezza e le persone hanno decorato se stesse e le loro case con loro. Per molto tempo le superstizioni sono state associate ai cristalli; come amuleti, avrebbero dovuto non solo proteggere i loro proprietari dagli spiriti maligni, ma anche dotarli di poteri soprannaturali. Successivamente, quando gli stessi minerali iniziarono ad essere tagliati e levigati come pietre preziose, molte superstizioni furono conservate nei talismani "portafortuna" e "le proprie pietre" corrispondenti al mese di nascita. Tutte le pietre preziose naturali tranne l'opale sono cristalline e molte di esse, come il diamante, il rubino, lo zaffiro e lo smeraldo, sono disponibili in cristalli splendidamente tagliati.Gioielli di cristallosono popolari oggi come lo erano durante il Neolitico.
Sulla base delle leggi dell'ottica, gli scienziati cercavano un minerale trasparente, incolore e privo di difetti dal quale fosse possibile realizzare lenti mediante molatura e lucidatura. I cristalli di quarzo non colorati hanno le proprietà ottiche e meccaniche necessarie ele prime lenti, anche per occhialisono stati fatti da loro. Anche dopo l'avvento del vetro ottico artificiale, la necessità di cristalli non è del tutto scomparsa; cristalli di quarzo, calcite e altre sostanze trasparenti che trasmettono radiazioni ultraviolette e infrarosse sono ancora utilizzati per realizzare prismi e lenti di strumenti ottici.
I cristalli hanno svolto un ruolo importante in molte innovazioni tecniche del XX secolo. Alcuni cristalli generano una carica elettrica quando vengono deformati. Il loro primo uso significativo è statoproduzione di generatori di radiofrequenza stabilizzati da cristalli di quarzo.Facendo vibrare una lastra di quarzo nel campo elettrico di un circuito oscillatorio a radiofrequenza, si può così stabilizzare la frequenza di ricezione o trasmissione.
I diodi a semiconduttore sono utilizzati nei computer e nei sistemi di comunicazione, i transistor hanno sostituito i tubi a vuoto nell'ingegneria radio e i pannelli solari posizionati sulla superficie esterna dei veicoli spaziali convertono l'energia solare in energia elettrica. I semiconduttori sono anche ampiamente utilizzati nei convertitori AC/DC.
I cristalli con proprietà piezoelettriche sono utilizzati nei ricevitori radio e nei trasmettitori radio, nelle teste dei pickup e nei sonar. Alcuni cristalli modulano i raggi luminosi, mentre altri generano luce applicando una tensione. L'elenco degli usi dei cristalli è già lungo e in continua crescita.
cristalli artificiali.Sin dai tempi antichi, l'uomo ha sognato di sintetizzare pietre preziose come quelle che si trovano in condizioni naturali. Fino al Novecento. tali tentativi non hanno avuto successo. Ma nel 1902riuscito ad ottenere rubini e zaffiri, che hanno le proprietà pietre naturali. Più tardi, alla fine degli anni '40, ci furonosmeraldi sintetizzati, e nel 1955 la General Electric Company e l'Istituto di Fisica dell'Accademia delle Scienze dell'URSS riferirono sulla fabbricazionediamanti artificiali.
Le numerose esigenze tecnologiche per i cristalli hanno stimolato la ricerca sui metodi per la crescita di cristalli con proprietà chimiche, fisiche ed elettriche predeterminate. Il lavoro dei ricercatori non è stato vano e sono stati trovati modi per far crescere grandi cristalli di centinaia di sostanze, molte delle quali non hanno analoghi naturali. Spesso trovato in natura corpi solidi avente la forma poliedri regolari. Tali corpi sono chiamati cristalli. Lo studio delle proprietà fisiche dei cristalli ha mostrato che la forma geometricamente corretta non è la loro caratteristica principale.
Pienamente coerente con l'inestinguibile interesse scientifico degli scienziati di tutto il mondo e di tutte le aree della conoscenza per questo oggetto di studio. Alla fine degli anni '60 del secolo scorso iniziò una seria svolta scientifica nel campo dellacristalli liquidi, che ha dato origine alla "rivoluzione degli indicatori" per sostituire i meccanismi di commutazione con i mezzi di visualizzazione visiva delle informazioni. Successivamente, il concetto di cristallo biologico (DNA, virus, ecc.) è entrato nella scienza e, negli anni '80, di cristallo fotonico.
La crescita dei cristalli è un processo molto interessante, ma piuttosto lungo e scrupoloso.
È utile conoscere quali processi governano la sua crescita; perché diverse sostanze formano cristalli di varie forme, e alcuni non si formano affatto; Cosa bisogna fare per renderli grandi e belli.
Ho cercato di trovare risposte a queste domande nel mio lavoro.
Se la cristallizzazione è molto lenta si ottiene un cristallo grande (o monocristallo), se è veloce tanti piccoli.
Crescendo cristalli a casa, ho prodotto in molti modi.
Metodo 1 . Raffreddamento di una soluzione satura di solfato di rame. Quando la temperatura diminuisce, la solubilità delle sostanze diminuisce e precipitano. In primo luogo, minuscoli cristalli di semi compaiono nella soluzione e sulle pareti del vaso. Quando il raffreddamento è lento e non ci sono impurità solide nella soluzione, si formano molti nuclei e gradualmente si trasformano in bellissimi cristalli della forma corretta. Con un rapido raffreddamento, compaiono molti piccoli cristalli, quasi nessuno ha la forma corretta, perché ce ne sono molti che crescono e interferiscono tra loro.
Per far crescere un cristallo dal solfato di rame, ho creato una soluzione sovrasatura:
1. Per questo ho preso acqua calda, vi sciolse del vetriolo e lo versò finché non cessò di dissolversi.
2. Versare attraverso il filtro (garza) in un altro contenitore pulito. Il contenitore è stato cosparso di acqua bollente per evitare una rapida cristallizzazione della soluzione sulle pareti sporche.
3. Preparato il seme.
4. Legato a un filo, abbassato nella soluzione.
Affinché il cristallo cresca uniformemente da tutti i lati, è meglio mantenere il seme (piccolo cristallo) in uno stato sospeso in soluzione. Per fare questo, ho realizzato un maglione con una bacchetta di vetro. A proposito, è consigliabile prendere un filo liscio, sottile o di seta, in modo che non si formino piccoli cristalli inutili su di esso. Successivamente, inserisco la mia soluzione posto caldo. Il raffreddamento lento è molto importante (per ottenere un cristallo grande). La cristallizzazione può essere vista entro poche ore. Periodicamente, è necessario modificare o aggiornare la soluzione satura, nonché pulire i piccoli cristalli dal filo. (Allegato 1)
Metodo 2 - rimozione graduale dell'acqua da una soluzione satura.
In questo caso, più lentamente viene rimossa l'acqua, migliore sarà il risultato. Ho lasciato un recipiente aperto con una soluzione di sale da tavola (sale commestibile) a temperatura ambiente per 14 giorni, coprendolo con un foglio di carta - mentre l'acqua evaporava lentamente e la polvere non entrava nella soluzione. Il cristallo in crescita è stato sospeso in una soluzione satura su un filo sottile e resistente. Il cristallo si è rivelato grande, ma informe - amorfo. (Allegato 1)
La crescita dei cristalli è un processo divertente, ma richiede un atteggiamento attento e attento nei confronti del tuo lavoro. Teoricamente, la dimensione di un cristallo che può essere coltivato in casa in questo modo è illimitata. Ci sono casi in cui gli appassionati hanno ricevuto cristalli di dimensioni tali da poter essere sollevati solo con l'aiuto dei compagni.
Ma, sfortunatamente, ci sono alcune caratteristiche del loro spazio di archiviazione. Ad esempio, se un cristallo di allume viene lasciato aperto all'aria secca, perderà gradualmente il suo contenuto d'acqua e si trasformerà in una polvere grigia poco appariscente. Per proteggerlo dalla distruzione, puoi coprirlo con una vernice incolore. Il solfato di rame e il sale da tavola sono più resistenti e puoi lavorare tranquillamente con loro.
L'anno scorso, in seconda media, in una lezione di chimica, mentre studiavamo l'argomento “Fenomeni che si verificano con le sostanze”, abbiamo coltivato cristalli, molte di queste esperienze non hanno avuto successo. Quest'anno ho suggerito ai ragazzi della seconda media come affrontare correttamente questo compito, e questo è quello che hanno fatto (vedi Appendice 2).
Conclusione
Tutte le proprietà fisiche che rendono i cristalli così ampiamente utilizzati dipendono dalla loro struttura, dal loro reticolo spaziale.
Insieme ai cristalli a stato solido, i cristalli liquidi sono attualmente ampiamente utilizzati e nel prossimo futuro utilizzeremo dispositivi basati su cristalli fotonici.
Ho selezionato il metodo più accettabile per coltivare i cristalli a casa e ho coltivato cristalli di sale e solfato di rame. Man mano che i cristalli crescevano, faceva osservazioni, registrava cambiamenti.
I cristalli sono belli, puoi dire una specie di miracolo, si attraggono a se stessi; dicono "un uomo dall'anima cristallina" di chi ha un'anima pura. Cristallino significa risplendere di luce come un diamante. E, se parliamo di cristalli con un atteggiamento filosofico, allora possiamo dire che questo è un materiale che è un collegamento intermedio tra la materia vivente e quella inanimata. I cristalli possono nascere, invecchiare, collassare. Un cristallo, quando cresce su un seme (su un seme), eredita i difetti di quello stesso seme. Ma parlando abbastanza seriamente, ora, forse, è impossibile nominare una singola disciplina, non un singolo campo della scienza e della tecnologia che farebbe a meno dei cristalli. I medici sono interessati all'ambiente in cui si verifica la formazione di cristalli di calcoli renali e i farmacisti sono interessati alle compresse: si tratta di cristalli compressi. L'assimilazione, la dissoluzione delle compresse dipende da quali facce sono ricoperte da questi microcristalli. Le vitamine, la guaina mielinica dei nervi, le proteine e i virus sono tutti cristalli.
Il cristallo è miracoloso nelle sue proprietà, svolge una varietà di funzioni. Queste proprietà sono inerenti alla sua struttura, che ha una struttura reticolare tridimensionale. La cristallografia non è una scienza nuova. M. V. Lomonosov è alle sue origini. I cristalli in crescita sono diventati possibili grazie allo studio dei dati mineralogici sulla formazione dei cristalli in condizioni naturali. Studiando la natura dei cristalli, sono state determinate la composizione da cui sono cresciuti e le condizioni per la loro crescita. E ora questi processi vengono imitati, ottenendo cristalli con proprietà desiderate. Chimici e fisici prendono parte all'ottenimento dei cristalli. Se i primi sviluppano la tecnologia di crescita, i secondi ne determinano le proprietà. I cristalli artificiali possono essere distinti da quelli naturali? Ad esempio, un diamante artificiale è ancora inferiore a uno naturale in termini di qualità, compresa la brillantezza. I diamanti artificiali non provocano gioia nei gioielli, ma sono abbastanza adatti per l'uso nella tecnologia, in questo senso sono sullo stesso piano di quelli naturali. Ancora una volta, i coltivatori sfacciati (come vengono chiamati i chimici che coltivano cristalli artificiali) hanno imparato a coltivare gli aghi di cristallo più sottili con una forza estremamente elevata. Ciò si ottiene manipolando la chimica del mezzo, la temperatura, la pressione e l'influenza di alcune altre condizioni aggiuntive. E questa è già un'intera arte, creatività, abilità: le scienze esatte non aiuteranno qui.
L'argomento "Cristalli" è rilevante e, se lo approfondisci e approfondisci, interesserà tutti, darà risposte a molte domande e, soprattutto, l'uso illimitato dei cristalli. I cristalli sono misteriosi nella loro essenza e così straordinari che nel mio lavoro ho raccontato solo una piccola parte di ciò che si sa sui cristalli e sul loro uso al momento. Può darsi che lo stato cristallino della materia sia il gradino che ha unito il mondo inorganico con il mondo della materia vivente. Futuro le ultime tecnologie appartiene ai cristalli e agli aggregati cristallini!
Sulla base delle mie ricerche, sono arrivato a quanto segue conclusioni:
Bibliografia
http://www.krugosvet.ru - Enciclopedia nel mondo.
http://ru.wikipedia.org/ - Enciclopedia Wikipedia.
http://www.kristallikov.net/page6.html - come far crescere un cristallo.
Allegato 1.
Diario di osservazione
l'appuntamento | Osservazioni | Una foto |
||
Sale | vetriolo blu | Sale | solfato di rame |
|
24.01.14. | Prima di abbassare il seme nella soluzione. lunghezza: 5mm larghezza: 5 mm | Facciamo un cappio di filo, lo appendiamo e lo abbassiamo nella soluzione. | ||
27.01.14. | lunghezza: 11 mm larghezza: 7 mm | lunghezza: 12 mm larghezza: 10 mm | ||
30.01.14. | lunghezza: 20 mm larghezza: 10 mm | lunghezza: 18 mm larghezza: 13 mm | ||
3.02.14. | La formazione del cristallo è andata oltre il confine della soluzione | lunghezza: 25 mm larghezza: 15 mm | ||
6.02.14. | Il cristallo si è rivelato grande, ma informe | lunghezza: 30 mm larghezza: 20 mm | ||
Allegato 2
Cristalli coltivati da alunni di seconda media
Applicazione di cristalli
Decorazioni
lenti a contatto
Preparato il seme
Obbiettivo
: determinare le principali aree di applicazione dei cristalli artificiali e testare sperimentalmente la possibilità di coltivare cristalli di sale e solfato di rame senza l'uso di attrezzature speciali.
Compiti:
Raccogli materiale sui cristalli e le loro proprietà.
Conduci esperimenti sulla crescita di cristalli di solfato di rame e sale da cucina.
Sistematizzare il materiale sui cristalli: le proprietà fisiche dei cristalli e le loro applicazioni.
Crea una presentazione "Cristalli e loro applicazioni".
2. Spostamento di metalli da soluzioni saline con l'aiuto di metalli più attivi.
Passare la soluzione attraverso il filtro
Grazie per l'attenzione
Le principali aree di applicazione dei cristalli artificiali
Fatto da uno studente di terza media
Fetisov Nikolaj
Supervisore
Sizochenko
AI ,
Insegnante di fisica
Istruzione generale comunale
istituzione
"Istruzione generale di base
Scuola n. 24"
Novokuznetsk, 2014
conclusioni
I cristalli coltivati artificialmente sono utilizzati in vari campi: medicina, ingegneria radiofonica,
macchina-aereo
struttura, ottica e molti altri.
Il termine per ottenere cristalli artificiali è molto più breve del processo della loro formazione naturale. Il che li rende più accessibili da usare.
A casa puoi coltivare cristalli anche in breve tempo.
Metodi di crescita dei cristalli
Metodo
Czochralski
- crogiolo
metodo:
sciolto
sostanze da cui
dovrebbe cristallizzare
le pietre sono poste in un refrattario
crogiolo
da metallo refrattario (platino, rodio,
iridio
, molibdeno o tungsteno) e riscaldato
alta frequenza
induttore.
(Gemme: rubini)
crogiolo di argilla
Cristalli in crescita a casa
Metodo 1
: Raffreddamento lento della soluzione satura
Preparazione di una soluzione sovrasatura
Policristalli
cristalli singoli
Cristalli coltivati da alunni di seconda media
cristalli liquidi
cristalli
- è solido
sostanze
avere un naturale
forma esterna
poliedri regolari simmetrici
basato
sul
il loro interno
struttura
Diodi a semiconduttore, transistor, pannelli solari
Metodo 2:
Rimozione graduale dell'acqua da una soluzione satura
A
In questo caso, più lentamente viene rimossa l'acqua, migliore sarà il risultato.
Devo lasciare la nave
con soluzione salina
sale,
coprendolo con un foglio di carta, mentre l'acqua
evapora
lentamente, e la polvere nella soluzione non lo è
colpi.
Cristallo
si è rivelato grande, ma informe - amorfo.
Sin dai tempi antichi, l'umanità ha utilizzato i cristalli. Inizialmente, questi erano cristalli naturali che venivano usati come strumento e mezzo per la guarigione e la meditazione. Più tardi, pietre rare e metalli preziosi iniziarono ad agire come I soldi. La ricerca e le scoperte scientifiche fondamentali del 20 ° secolo hanno permesso di sviluppare metodi per ottenere cristalli artificiali e ampliare notevolmente le loro aree di applicazione.
Un singolo cristallo è un cristallo omogeneo che ha un reticolo cristallino continuo e anisotropia delle proprietà. Forma esterna monocristallo dipende dalla struttura atomico-cristallina e dalle condizioni di cristallizzazione. Esempi di cristalli singoli sono cristalli singoli di quarzo, salgemma, longarone islandese, diamante, topazio.
Se il tasso di crescita dei cristalli è elevato, si formeranno policristalli, che hanno un gran numero di cristalli singoli. I singoli cristalli di sostanze di elevata purezza hanno le stesse proprietà indipendentemente dal metodo di preparazione.
Ad oggi esistono circa 150 metodi per ottenere cristalli singoli: fase vapore, fase liquida (soluzioni e fusi) e fase solida.
Al Dipartimento di materiali ad alta temperatura e metallurgia delle polveri, utilizzo il metodo più recente per coltivare cristalli singoli di esaboruro di lantanio e varie leghe eutettiche basate su di esso. I singoli cristalli di questi composti vengono utilizzati per realizzare catodi utilizzati nella tecnologia di emissione.
Con lo sviluppo dell'ingegneria elettrica ed elettronica, l'uso di cristalli singoli aumenta di anno in anno. Parti realizzate con materiali monocristallini di elevata purezza possono essere viste in tutti i nuovi modelli di dispositivi elettronici, dalle radio alle grandi calcolatrici elettroniche.
La tecnica manca di una serie di proprietà dei cristalli naturali, quindi gli scienziati hanno sviluppato un complesso metodo tecnologico creazione simile al cristallo sostanze con proprietà intermedie, facendo crescere strati ultrasottili (da pochi a decine di nanometri) di cristalli alternati con simili reticoli cristallini- metodo epitassiale. Questi cristalli sono chiamati cristalli fotonici.
Nei cristalli fotonici ci sono bande di energia proibite: questi sono i valori energetici dei fotoni che non possono penetrare nel cristallo e dissolversi in esso. Se l'energia di un quanto di luce ha un valore accettabile, passerà con successo attraverso il cristallo. Cioè, i cristalli fotonici possono svolgere il ruolo di un filtro luminoso che fa passare i fotoni con determinati valori di energia e filtra tutti gli altri.
I cristalli fotonici hanno 3 gruppi, che sono determinati dal numero di assi spaziali in cui cambia l'indice di rifrazione. Secondo questo criterio, i cristalli sono divisi in mono, bi e tridimensionali.
Un noto rappresentante dei cristalli fotonici è l'opale, che ha uno schema cromatico sorprendente, che appare proprio a causa dell'esistenza di bande di energia proibite.
I singoli cristalli di zaffiri artificiali sono solo leggermente inferiori alla durezza del diamante e hanno un'elevata resistenza ai graffi, che consente loro di essere utilizzati come schermi protettivi in dispositivi elettronici(tablet, smartphone, ecc.). L'utilizzo del metodo Czochralski permette di ottenere enormi monocristalli di zaffiri artificiali.
Al giorno d'oggi, gli scienziati parlano sempre più di nanocristalli. I nanocristalli possono avere una dimensione da 1 a 10 nm, che dipende dal tipo di nanocristalli, nonché dal loro metodo di preparazione. Sono tipicamente 100 nm per ceramica e metalli, 50 nm per diamante e grafite e 10 nm per semiconduttori. La dimensione dei nanocristalli influisce sulla comparsa di proprietà insolite nelle sostanze familiari.
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Le applicazioni dei cristalli nella scienza e nella tecnologia sono così numerose e varie che è difficile enumerarle. Pertanto, ci limitiamo a pochi esempi.
Il più duro e raro dei minerali naturali è il diamante. Oggi un diamante è principalmente un lavoratore della pietra, non una decorazione della pietra.
Grazie alla sua eccezionale durezza, il diamante gioca un ruolo enorme nella tecnologia. Le seghe diamantate tagliano le pietre. Una sega diamantata è un disco d'acciaio rotante di grandi dimensioni (fino a 2 metri di diametro), sui cui bordi sono realizzate tacche o tacche. Polvere di diamante fine, mescolata con una sostanza appiccicosa, viene strofinata su queste incisioni. Tale disco, ruotando ad alta velocità, taglia rapidamente qualsiasi pietra.
Il diamante è di enorme importanza nella perforazione della roccia e nelle operazioni minerarie.
Utensili per incidere, divisori, durometri, punte per pietra e metallo hanno punte diamantate inserite.
La polvere di diamante viene utilizzata per levigare e lucidare pietre dure, acciai temprati, leghe dure e superdure. Il diamante stesso può essere tagliato, lucidato e inciso solo con un diamante. Le parti più critiche del motore nell'industria automobilistica e aeronautica vengono lavorate con frese e trapani diamantati.
Il rubino e lo zaffiro sono tra le pietre preziose più belle e più costose. Tutte queste pietre hanno altre qualità, più modeste, ma utili. Il rubino rosso sangue e lo zaffiro blu sono fratelli, generalmente è lo stesso minerale: corindone, ossido di alluminio. Il corindone con tutte le sue varietà è una delle pietre più dure sulla Terra, la più dura dopo il diamante. Il corindone può essere utilizzato per forare, levigare, lucidare, affilare pietra e metallo. Mole e pietre per affilare, le polveri abrasive sono fatte di corindone e smeriglio.
L'intera industria dell'orologeria lavora su rubini artificiali. Nelle fabbriche di semiconduttori, i circuiti più fini vengono disegnati con aghi di rubino.
Nell'industria tessile e chimica, i guidafili in rubino disegnano fili da fibre artificiali, da kapron, da nylon.
La nuova vita del rubino è un laser o, come viene chiamato nella scienza, un generatore quantico ottico (OQG), un meraviglioso dispositivo dei nostri giorni. Nel 1960 fu creato il primo laser a rubino. Si è scoperto che il cristallo di rubino amplifica la luce. Il laser brilla più luminoso di mille soli.
Un potente raggio laser ha un potere tremendo. Brucia facilmente lamiere, salda fili metallici, brucia attraverso tubi d'acciaio, pratica i fori più sottili in leghe dure, diamante. I laser sono utilizzati anche nella chirurgia oculare. Apparvero anche nuovi cristalli laser: fluorite, granati, arseniuro di gallio, ecc.
Lo zaffiro è trasparente, quindi da esso vengono ricavate lastre per strumenti ottici.
La maggior parte dei cristalli di zaffiro va all'industria dei semiconduttori.
Pietra focaia, ametista, diaspro, opale, calcedonio sono tutte varietà di quarzo. Piccoli granelli di quarzo formano la sabbia. E la varietà più bella e meravigliosa di quarzo è il cristallo di rocca, cioè cristalli di quarzo trasparenti. Pertanto, lenti, prismi e altre parti di strumenti ottici sono realizzati in quarzo trasparente.
Le proprietà elettriche del quarzo sono particolarmente sorprendenti. Se comprimi o allunghi un cristallo di quarzo, sulle sue facce compaiono delle cariche elettriche. Questo è l'effetto piezoelettrico nei cristalli.
Al giorno d'oggi, non solo il quarzo, ma anche molte altre sostanze, per lo più sintetizzate artificialmente, vengono utilizzate come piezoelettrici.
I cristalli piezoelettrici sono ampiamente utilizzati per la riproduzione, la registrazione e la trasmissione del suono.
Esistono anche metodi piezoelettrici per misurare la pressione sanguigna nei vasi sanguigni umani e la pressione dei succhi negli steli e nei tronchi delle piante.
Nella tecnologia ha trovato applicazione anche un materiale policristallino, il polaroid.
Una polaroid è una sottile pellicola trasparente completamente riempita con minuscoli cristalli aghiformi trasparenti di una sostanza. Le pellicole Polaroid sono utilizzate negli occhiali Polaroid. Le polaroid bloccano il bagliore della luce riflessa lasciando passare tutta l'altra luce. Sono indispensabili per gli esploratori polari, che devono costantemente guardare il riflesso abbagliante dei raggi del sole dal campo di neve ghiacciata.
Le lenti Polaroid aiuteranno a prevenire le collisioni di auto in arrivo, che molto spesso si verificano a causa del fatto che le luci di un'auto in arrivo abbagliano il guidatore e lui non vede questa macchina.
I cristalli hanno svolto un ruolo importante in molte innovazioni tecnologiche del XX secolo.
I dispositivi a semiconduttore che hanno rivoluzionato l'elettronica sono costituiti da sostanze cristalline, principalmente silicio e germanio. I diodi a semiconduttore sono utilizzati nei computer e nei sistemi di comunicazione, i transistor hanno sostituito i tubi a vuoto nell'ingegneria radio e i pannelli solari posizionati sulla superficie esterna dei veicoli spaziali convertono l'energia solare in energia elettrica.
