Магия кристаллов

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №7 г. Балтийска

Тема исследования:

«Магия кристаллов»

работу выполнила

ученица 8 «В» класса

МОУ гимназии №7 г. Балтийска

Калининградской обл.

Кордик Анастасия.

Научный руководитель:

к.п.н., учитель физики

Лопушнян Герда Анатольевна.

2012 год

Содержание

Введение…………………………………………………………………….…3

Немного из истории освоения кристаллов……………………………….….4

Что такое кристалл?............................................................................................5

Как образуются кристаллы?...............................................................................8

Драгоценные кристаллы……………………………………………………...12

Обработка кристаллов………………………………………………………..13

Жидкие кристаллы…………………………………………………………....17

Применение кристаллов……………………………………………………...19

Искусственные кристаллы или как можно кристалл вырастить дома…….20

Заключение…………………………………………………………………….23

Литература…………………………………………………………………….24

Приложение …………………………………………………………………..25

Введение

«Чем больше смотришь на этот мир, тем больше убеждаешься в том, что цвет был создан для красоты и красота эта – не удовлетворение прихоти человека, а необходимость для него».

И. Грант.

Кристаллы - удивительное и непредсказуемое явление природы. Размеры, цвета и формы кристаллов иногда просто поражают своей необычностью. Кажется, что кристаллы - редкое явление, но на самом деле мы встречаем их везде на протяжении всей своей жизни. Это и снежинки зимой, и драгоценные камни в ювелирных изделиях, и корунд на наждачной шкурке, и даже алмазное напыление некоторых напильников.

Я думаю, в каждой семье есть какая–то семейная реликвия. Чаще всего это  ювелирные украшения с драгоценными камнями. Члены семьи дорожат ей, передают ее по наследству.

Меня заинтересовали вопросы: «Что такое драгоценные камни? В чём их ценность? Где их добывают? Как они становятся такими ослепительно красивыми? Возможно ли, вырастить кристаллы самим, тем самым сделать их дешевле».

Поэтому я определила так цель своего исследования: выяснить, что такое кристаллы, какими свойствами они обладают, в чем их ценность.

В соответствии с поставленной целью исследования я определила задачи:

1. изучить историю освоения людьми кристаллов;
2. изучить свойства кристаллов;
3. установить, можно ли кристаллы получать в домашних условиях.

Немного из истории освоения кристаллов….

Современный индийский минералог Рао Бохадур пишет, что, судя по раскопкам, в Индии и Бирме мужчины и женщины украшали себя, оружие и предметы быта ещё 7500 – 10000 лет назад. Это были местные халцедоны, агаты, нефриты, которые можно было легко обнаружить. Изумруды стали известны за 2000 лет до нашей эры, сапфиры и рубины из россыпей на Цейлоне – за 600 лет, алмазы Индии – за 1000 – 500 лет до нашей эры. Учёный считает, что добыча драгоценных камней, по–видимому, являлась одним из самых древних видов горной промышленности, возможно, развившейся непосредственно за добычей рассыпного золота. Бирюза добывалась на Синайском полуострове за 3400 лет до нашей эры; считают,  что это был самый древний рудник из известных сегодня.

Художественные изделия из ляпис– лазури, амазонита, изумруда, гранатов, аметиста и других в значительном количестве были обнаружены в неолите Египта и в могилах додинастического  периода. Точно установлено, что в горах на западном берегу Красного моря изумруды добывались почти за 2 тысячи лет до нашей эры. Эти так называемые копи Клеопатры, при ней же заброшенные, вторично были открыты французским исследователем Койлю в 1816 году.

В древние времена драгоценные камни доставлялись в основном из таких стран как Цейлон, Индия. Именно поэтому раньше считалось, что образовываться они могут лишь в условиях тропического климата. Но позже, согласно исследованиям, показавшим, что месторождением драгоценных камней являются недра Земли, бытовавшее мнение было опровергнуто. Наиболее красивыми драгоценными камнями славился веками Восток. Индия являлась самым крупным местом происхождения алмазов, а остров Шри-Ланка стал источником почти всех известных миру драгоценных камней за исключением вышеупомянутого алмаза. Но не только Восток богат месторождениями драгоценных камней. Так, Европа может похвастаться областями-источниками янтаря (Балтийское побережье), опала (Венгрия), пиропа (Чехия), топаза и берилла (Украина). Южная Америка также по праву считается крупным источником драгоценных камней. Так, из Бразилии доставляется топаз, аквамарин, аметист, а также алмазы. Колумбия является родиной самых лучших изумрудов, а Чили славится месторождениями лазурита. Некоторые штаты США являются источниками множества драгоценных камней не в меньшей степени, чем страны Востока и Европы. Так, штат Мэн знаменит турмалинами и гранатами, также это единственное месторождение кристаллов фиолетового апатита. Калифорния богата великолепными турмалинами, а в Колорадо добывают топаз, кварц, бирюзу и отборные аквамарины.

Из за красоты в древности наделяли кристаллы особыми мифическим свойствами, например, считали, что кристаллы могут лечить от разных болезней.

Применение кристаллов в древней медицине

Применение драгоценных камней в медицинских целях можно проследить от очень древних времен. Предположительно представление об их лечебных свойствах пришло в Европу из Индии вместе с доставлявшимися оттуда драгоценными камнями. Однако наиболее ранние источники свидетельствуют о том, что это скорее был Египет, где в древности химические компоненты камней использовались значительно рациональнее, чем в Европе более позднего периода. Папирус Эберса рекомендует применение определенных вяжущих веществ (в частности, лазурита) в качестве составной части глазных мазей, а гематит употреблялся для остановки кровотечений и уменьшения воспалений.

Суеверные представления о связи лечебных свойств с цветом, качеством и другими свойствами драгоценных камней привели к тому, что люди стали стремиться усилить целебные воздействия камней посредством гравирования на них изображений какого-нибудь бога или предмета, символизирующего определенные силы природы. Позднее астрология, наиболее сильно развившаяся в Ассирии и Вавилоне, была перемешана с упомянутыми суевериями таким образом, что изображение считалось имеющим наибольшую силу, если гравировка его выполнялась в то время, когда Солнце или одна из планет находились в апогее. Часто проводили различие между магическими целебными свойствами драгоценных камней и подлинно медицинским употреблением их как минеральных веществ. В первом случае эффект должен был достигаться простым ношением камней, тогда как во втором случае они превращались в порошок, растворяемый (насколько возможно) в воде или другой жидкости и принимаемый внутрь.

Вера в целебные свойства драгоценных камней имела одно время всеобщее распространение среди тех, кому самоцветы были известны. Сегодня, читая о различных болезнях, которые были вылечены с помощью самоцветов, бывает очень трудно понять, какие конкретно соображения могли подсказать идею употребления столь неэффективных лекарств. Действительно, некоторые составные части минералов могут быть усвоены человеческим организмом и произведут на него определенное воздействие, но в большинстве случаев химические элементы в минералах соединены так прочно, что они не могут усваиваться, и минерал пройдет через пищеварительную систему без какого-либо ощутимого эффекта.

Однако в древности и в средние века действенным при лечении болезней считался не химический состав лекарств, а другие их свойства. Долгое время среди практикующих медиков имела распространение примитивная анимистическая концепция о причинах болезней и, следовательно, об их лечении. Лекарства были дорогими вследствие их редкости и потому, что в их целебных свойствах усматривались воздействия духов или планет, находящиеся в лекарствах в скрытом состоянии. Важную роль играла символика цвета камня при рекомендациях по применению отдельных камней для определенных болезней. Особенно это заметно для красных или красноватых камней, таких, как рубин, шпинель, гранат, сердолик, гелиотроп и т.п. Они считались основными лекарственными средствами при кровотечениях любого рода и при всех воспалениях; они также считались успокаивающими гнев и прекращающими разногласия. Красный оттенок этих камней указывал, как предполагалось, на их пригодность для такого применения по принципу «подобное исцеляется подобным». По этому же принципу желтые камни предписывались для лечения всех расстройств желчного пузыря, при разных формах желтухи и при других болезнях печени. Некоторые верили, что, когда драгоценные камни носят для облегчения или предотвращения болезни, важно, чтобы разные камни прикреплялись к различным частям тела. Согласно одному авторитету, гиацинт нужно было носить на шее, алмаз - на левой руке, сапфир — на безымянном пальце, изумруд или гиацинт - на указательном пальце, а рубин или бирюзу - или на указательном пальце, или на мизинце. Однако нет достаточных оснований думать, что эти правила были широко известны и соблюдались. Однако нет достаточных оснований думать, что эти правила были широко известны и соблюдались. На рисунке 1 приведены зодиакальные камни с их знаками. Старинная гравюра, иллюстрирующая влияние одного из знаков Зодиака (и ассоциирующегося с ним камня) на определенную часть тела. Этими верованиями часто определялось назначение лекарств из драгоценных камней.

Рис.1.Старинная гравюра о применении таинственных свойств драгоценных камней.

Также существовало мнение, что  драгоценные камни не только привлекают взгляд своим красивым цветом, но также имеют приятный запах (еще одно фантастическое представление о камнях).

Обсуждая металлические свойства драгоценных камней, Парацельс (1493-1541 гг.) утверждал, что изумруд - это медный камень, карбункул и яшма - золотые камни, а рубин и халцедон - серебряные камни. «Белый сапфир» (корунд) был камнем Юпитера (олова), а гиацинт был ртутным камнем. Измельченный гиацинт, смешанный с равным количеством настойки опия, рекомендовался в качестве средства против лихорадок, происходящих от «гнилого воздуха или воды». Это иллюстрирует обычай объединения неэффективного материала, в частности порошка драгоценного камня с другим веществом, имеющим настоящие лечебные свойства. При этом выбор камня диктовался распространенными суевериями относительно его лечебных свойств, что делало препарат более надежным в глазах пациента.

Плутарх рассказывал, что умиравший от чумы Перикл показал одному из посещавших его друзей амулет, который он носил на шее. Он был подарен Периклу родственницей, и Плутарх приводит это как пример того, что даже наиболее трезвые умы поддавались влиянию суеверий своего времени. Но и в древности были скептики, не верившие в распространенные суеверия относительно целебной силы драгоценных камней. Евсевий (264- 349 гг.) в своей речи об императоре Константине (272-337 гг.) сказал: «Он считал, что разновидности камней, которыми все восхищаются, бесполезны и неэффективны. По его мнению, «они не имеют других свойств, кроме природных и, следовательно, не могут отвращать зло, ибо какая сила может излечить болезнь или отвратить смерть?» Он хорошо знал все это, но, тем не менее был достаточно благоразумен, чтобы не сопротивляться употреблению их в качестве украшений».

Что такое кристалл?

Рассмотрев при помощи лупы крупинки сахара, соли, медного купороса и  ряда других веществ, можно заметить, что они представляют собой разнообразные, более или менее правильные многогранники. Вспомним сложные и многообразные формы снежинок и ледяных узоров на окнах, при достаточном увеличении видно, что они слагаются из небольших многогранников.

Эти наблюдения, а также специальные исследования внутреннего строения твёрдых тел, проводимые учёными, показали, что твёрдое тело, имеет упорядоченную внутреннюю структуру, то есть состоит из определённых, более или менее крупных многогранников.

Твёрдое тело, имеющее форму правильного многогранника, у которого вследствие правильного расположения его частиц углы между соответствующими гранями и рёбрами всегда остаются постоянными (для данного вещества), называется кристаллом.

Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Первоначально главную особенность кристалла видели в его прозрачности и это слово употребляли в применении ко всем прозрачным природным твердым телам. Позднее стали изготавливать стекло, не уступавшее в блеске и прозрачности природным веществам. Предметы из такого стекла тоже называли «кристальными». Еще и сегодня стекло особой прозрачности называется хрустальным, «магический» шар гадалок – хрустальным шаром.

Нередко кристаллы бывают настолько малы, что вещество кажется лишённым кристаллической структуры. Кристаллическое строение является наиболее характерным свойством твёрдого тела.

В физике различают поликристаллы и монокристаллы.

Рис.2. Поликристаллы. Монокристаллы.

Кристаллическое строение твёрдого тела свидетельствует о том, что молекулы в нём расположены не беспорядочно, а имеют стройный закономерный порядок, характерный для данного вещества.

Как образуются кристаллы?

При объяснении процесса возникновения кристаллической структуры предполагают, что в самом начале затвердевания первые же более тесно сцепляющиеся молекулы жидкости образуют крошечную геометрическую фигурку, зародыш кристалла. Следующие присоединяющиеся к зародышу молекулы наслаиваются на зародыш в таком порядке, что сохраняют характерную для данного типа кристалла форму, пока кристалл не достигнет видимых глазом размеров.

Однако кристаллы сравнительно редко достигают большой величины.  Для этого нужны особые условия – медленный и спокойный рост немногих зародышей кристаллов в жидкости. Гораздо чаще при затвердевании жидкости одновременно образуется много зародышей кристаллов, так что выросшие из них кристаллы имеют малые размеры.

В некоторых случаях затвердевание жидкости может происходить без образования кристаллов, путём постепенного увеличения её вязкости, пока не получится состояние, называемое переохлаждённой жидкостью.

Вещества, не имеющие в твёрдом состоянии кристаллического строения, называются аморфными.

К аморфным телам относятся смолообразные и стеклообразные вещества (янтарь, стекла).

Рассмотрим свойства кристаллических и аморфных тел.

Таблица 1

Сравнительная характеристика кристаллических и аморфных тел

Молекулярно – потенциальная энергия данного вещества в кристаллическом состоянии всегда меньше, чем в аморфном или жидком состоянии, а наибольшей устойчивостью физическое тело обладает тогда, когда оно имеет минимальную потенциальную энергию.

Строение кристаллов различных веществ настолько постоянно и характерно для каждого из них, что может служить признаком для определения вещества.

Для понимания свойств кристаллических тел важно знать, как располагаются частицы вещества  (атомы или молекулы) в кристаллах. Некоторое представление об этом даёт форма кристалла.

Объёмная схема расположения частиц вещества в кристалле называется пространственной, или кристаллической решёткой.

Существует несколько типов строения кристаллов.

Рассмотрим, кристаллическую решётку поваренной соли. Атомы химического элемента натрия и элемента хлора, чередуясь, образуют кубическое расположение.

Если соединить воображаемыми линиями центры ближайших атомов, получится как бы решётка, каждая ячейка которой имеет форму куба. Те места в решётке, которые заняты атомами, называются узлами решётки. Наименьшее звено такой решётки, которое содержит все сорта атомов, входящих в состав твёрдого вещества, называется элементарной ячейкой кристалла.

Обычно в узлах решётки находятся разрозненные атомы, составляющие в целом молекулу вещества – в каждом узле по одному атому. Довольно часто в элементарной ячейке «в сумме» содержится одна молекула вещества. Однако существуют также и молекулярные кристаллы, характерные тем, что в узлах их решёток располагаются не отдельные атомы, а целые неразобщённые молекулы. В элементарной ячейке таких кристаллов может содержаться много молекул.

Изменение кристаллической структуры вещества может очень сильно менять его свойства. Например, химический состав графита и алмаза одинаков, но из всех твёрдых тел алмаз – самое твёрдое, а графит, наоборот, одно из самых мягких. Разница обусловлена их кристаллическим строением.

Основные свойства кристаллов  – анизотропность, однородность, способность к самоогоранению и наличие постоянной температуры плавления определяются их внутренним строением.

 Анизотропность - это свойство выражается она в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям.

Частицы, образующие кристаллическую структуру по непараллельным направлениям, отстоят друг от друга на разных расстояниях, вследствие чего и свойства кристаллического вещества по таким направлениям должны быть различными.

Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда. Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчастости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.

Анизотропность проявляется и в том, что при воздействии на кристалл какого-либо растворителя скорость химических реакций различна по различным направлениям. В результате каждый кристалл при растворении приобретает свои характерные формы, носящие название фигур вытравливания.

Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равносвойственностью) – физические свойства по всем направлениям проявляются одинаково.

Однородность кристаллов выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.

Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.

Кристаллы обладают уникальным свойством – способностью к самоогранению. Эта способность выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой. Стеклянный же шарик, например, такой особенностью не обладает.

Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться друг от друга своей величиной, числом граней, ребер и формой граней. Это зависит от условий образования кристалла. При неравномерном росте кристаллы получаются сплющенными, вытянутыми и т.д. Неизменными  остаются углы между соответственными гранями растущего кристалла. Эта особенность кристаллов известна как закон постоянства гранных углов. При этом величина и форма граней у различных кристаллов одного и того же вещества, расстояние между ними и даже их число могут меняться, но углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества остаются постоянными при одинаковых условиях давления и температуры.

Закон постоянства гранных углов было установлен в конце XVII века датским ученым Стено (1699) на кристаллах железного блеска и горного хрусталя, впоследствии этот закон был подтвержден М.В. Ломоносовым (1749) и французским ученым Роме де Лиллем (1783). Закон постоянства гранных углов получил название первого закона кристаллографии.

Закон постоянства гранных углов объясняется тем,  что все кристаллы одного вещества тождественны по внутреннему строению, т.е. имеют одну и ту же структуру. Согласно этому закону кристаллы определенного вещества характеризуются своими определенными углами. Поэтому измерением углов можно доказать принадлежность исследуемого кристалла к тому или иному веществу. На этом основан один из методов диагностики кристаллов. Для измерения у кристаллов двугранных углов были изобретены специальные приборы – гониометры.

Кристаллы имеют постоянную температуру плавления. Выражается это в том, что при нагревании кристаллического тела температура повышается до определенного предела; при дальнейшем же нагревании вещество начинает плавиться, а температура некоторое время остается постоянной, так как все тепло идет на разрушение кристаллической решетки. Температура, при которой начинается плавление, называется температурой плавления.

Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют четко выраженной температуры плавления. На кривых охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ, можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба, соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.

В науке различают идеальный и реальный кристалл.

Идеальный кристалл - математический объект, имеющий полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.

Реальный кристалл - всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Реальный кристалл не обязательно обладает кристаллографическими  гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов кристаллической решётке.

Науки, изучающие кристаллы

1. кристаллография изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными.
2. структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток.
3. кристаллооптика изучает оптические свойства кристаллов.
4. кристаллохимия изучает закономерности образования кристаллов из различных веществ и в разных средах.

Интересный факт из жизни кристаллов! Кристаллами в дальнейшем могут заинтересоваться биологи, так как в их микроскопических полостях, заполненных жидкостью, могут находиться древние микроорганизмы. 

Драгоценные кристаллы

В России принято разделять камни, используемые для ювелирных украшений и для производства камнерезных изделий, на три группы: ювелирные (драгоценные) камни, поделочные камни, предназначенные для производства камнерезных изделий (шкатулок, пепельниц и т. п.), и промежуточную группу ювелирно-поделочных камней. Общепринятой классификации, четко разделяющей драгоценные и полудрагоценные камни, нет. В соответствии с федеральным законом от 26 марта 1998 г. N 41-ФЗ "О драгоценных металлах и драгоценных камнях" (ст.1) драгоценные камни - природные алмазы, изумруды, рубины, сапфиры и александриты, а также природный жемчуг в сыром (естественном) и обработанном виде.

Список драгоценных и полудрагоценных камней достаточно велик.

 Список драгоценных камней.

Алмаз,Хризоберилл, Александрит, Аквамарин, Эвклаз, Рубин, Сапфир, Хризолит, Берилл, Изумруд, Аквамарин, Гелиодор, Шпинель, Гиацинт, Гранаты, Демантоид, Цаворит, Пироп, Альмандин, Аметист (густоокрашенный), Топаз, Турмалины, Рубеллит (Эльбаит) (розовый, красный), Верделит (умеренно-зелёный) , Индиголит (сапфирово-синий), Полихромный турмалин (зелёный/розовый), Опал благородный.

  Список полудрагоценных и поделочных камней.

Кварц,  Хризопраз, Волосатик (рутил в кварце), Аметист (светлоокрашенный), Сердолик, Агат, Моховой агат, Яшма, Гелиотроп, Авантюрин, Цитрин, Раухтопаз (дымчатый кварц), Опал огненный, Нефрит, Родонит (орлец), Лазурит, Малахит, Бирюза, Чароит, Змеевик (серпентин), Оникс.

  Список камней  органического происхождения. 

Янтарь, Жемчуг, Перламутр.

Обработка кристаллов

Как это ни странно, но необработанный драгоценный камень весьма непривлекателен и мало похож на восхитительно сверкающий самоцвет. Лишь специальная обработка превращает похожий на булыжник природный минерал в драгоценность. Для придания драгоценным камням формы, красоты и обеспечения игры цветов минералы необходимо обрабатывать. Обработка драгоценных камней иначе называется гранильным искусством.

Основными этапами данного вида работы являются огранка и полировка минералов. А сам процесс обработки ювелирных камней включает в себя непосредственно огранку и резьбу по камню (гравирование).

Одним из древнейших и самых простых способов обработки минералов является кабошон, заключающийся в придании верхней части камня округленной формы.

Данный вид обработки ювелирных камней наиболее популярен среди непрозрачных минералов, например, бирюзы, змеевика или малахита. В результате огранки достигается максимальная игра цвета. Кабошон чаще всего применяется для камней полупрозрачной и непрозрачной структуры.

Драгоценные камни первого и второго порядка в основном гранят по другому методу. В зависимости от вида драгоценного камня огранка может быть различной. Так яркие сапфир и изумруд гранят ступенчатой огранкой (прямоугольной формы), алмазы же требуют более сложного подхода, поскольку этот минерал имеет необычайно твердую структуру. Процесс обработки этого камня немыслим без специального технического оборудования и использования гранильных станков.

Смысл огранки заключается в такой обработке камня, в результате которой его блеск и игра света будут особенно эффектны. Даже более того- хорошая огранка позволяет замаскировать небольшие недостатки камня и подать его в лучшем виде. Вот почему качество огранки имеет такое значение: профессиональная обработка увеличивает в стоимости минерал, а посредственная огранка, наоборот, обесценивает камень.

В большинстве случаев огранка (кроме кабошона) - это нанесение на поверхности драгоценного камня граней или фасетов, в результате чего отсекается все лишнее и образуется форма самоцвета. Грани необходимы для отражения и преломления света в структуре камня. Луч попадает на грань, проходит внутрь камня, отражается от других граней и создает волшебное сияние.

Бриллиантовая огранка - наиболее распространенная огранка драгоценных камней и, в частности, бриллиантов. Для качественного ее исполнения требуется немало сил, времени и мастерства, но зато результат превосходит самые смелые ожидания. Ограненный таким образом алмаз имеет сильную дисперсию света, он «играет» и переливается всеми гранями за счет абсолютного внутреннего отражения. Разумеется, если хоть одна грань дала кривизну, такого сияния уже не дождаться. Обычно бриллиантовая огранка содержит 57 граней (33 грани на лицевой стороне и 24 на оборотной), однако встречаются образцы, ограненные в 240 граней.

Путь к бриллиантовой огранке был долог: вначале появился ее прообраз - огранка «розой», которая отличалась от современной обработки отсутствием основания. Таким образом, гранилась только лицевая часть, причем вариации были различны: крестообразная роза, голландская, шестигранная и т.д.

Ступенчатая и клиньевая огранки характеризуются наличием параллельных граней в основании. Общий вид камня при этом — многоугольник с площадкой в форме треугольников или трапеций. Этот многоугольник может иметь множество вариаций: квадрат, треугольник, прямоугольник, ромб, багет и т.д. Изумрудная восьмиугольная огранка тоже является разновидностью ступенчатой и  прямоугольной отличается срезанными углами.

 Огранка «бриолет» (в виде капли) не относится ни к бриллиантовой, ни к ступенчатой огранкам, так как являет собой симбиоз этих ювелирных обработок.

К фантазийным огранкам относятся все остальные типы огранок: сердце, цветок, маркиза, груши, овала, принцесса, ашер, бусина, радиант, щит, эполет, триллиант и т.д.

Итак, ограненный кристалл состоит из: 1)верхней и нижней частей, называемых коронкой и павильоном, 2) рундиста - узкая полоска, опоясывающая камень в самом широком месте и разделяющая коронку и павильон на две части. 3) Коронка, рундист и павильон, в свою очередь, состоят из граней или фасетов, причем площадкой называют верхнюю грань, расположенную горизонтально, а колетой считается нижняя грань.

Еще одна важная составляющая огранки (в основном бриллиантовой) это шип, представляющий собой самое острое место камня. Его следует искать внизу павильона. Наглядно строение ограненного камня можно увидеть из нижеприведенного рисунка.

Рис.3. Строение ограненного камня.

Ограненные камни можно значительно улучшить, применяя современные геммологические средства облагораживания. Как правило, оно касается повышения качественных характеристик драгоценного камня (цвета и прозрачности), в результате чего выигрывает внешний вид самоцвета и увеличивается его стоимость. В настоящее время применяют следующие виды воздействия:

Температурная обработка 

Многие драгоценные камни очень восприимчивы к действию высоких температур: их цвет становится насыщеннее, а природные включения не столь заметны. Некоторые самоцветы даже меняют свой оттенок после такого обжига, например, золотистые топазы, фиолетовые танзаниты и т.п.

Лабораторное облучение 

Воздействие облучением способно выявить более глубокий и интенсивный цвет драгоценного камня. Такой метод облагораживания часто применяют в случае с синими топазами, зелеными кварцами и т.д. Разумеется, нужно обладать соответствующим оборудованием, чтобы проводить такие воздействия, ведь неверно проведенное облучение оставляет в самоцветах остатки радиации, которая совсем не позитивно сказывается на здоровье человека.

Механическая обработка 

Дефекты на поверхности драгоценного камня можно замаскировать специальными восковыми или масляными составами, точно повторяющими цвет камня. Такая обработка делает камень более прозрачным и привлекательным, однако уход за такими минералами требует особой осторожности, так как можно очень легко повредить тонкую масляную пленку на поверхности. Также практикуется заполнение трещин и дефектов камня специальным свинцовым стеклом, которое визуально скрывает недостатки камня.

Если необходимо найти массу драгоценного камня, не взвешивая его, применяют специальные формулы расчета весы, исходя из геометрических значений: длины, ширины, высоты, диаметра камня. Полученное значение не всегда будет точным, так как параметры огранки редко бывают идеальными. Поэтому делают поправку на дефекты огранки, а также прибавляют 2-6% к найденной массе на выпуклость самоцвета.

Практически каждый природный камень обладает определенным оптическим эффектом, который обусловлен особенностями преломления световых лучей при прохождении сквозь поверхность минерала. Каждый камень обладает индивидуальными физико-химическими характеристиками, поэтому мы можем наблюдать такое множество различных оптических явлений:

1. Астеризм или «эффект звезды» - оптическое свойство некоторых кабошонов, демонстрирующих лучеподобную фигуру. У разных типов звездчатых минералов можно наблюдать 4-лучевые звезды и 6-лучевые звезды.

2. Адуляресценция - это оптическое явление, возникающее благодаря тонкой пластинчатой структуре минерала. Имеет место световая интерференция, которая вызывает появление голубовато-белых отсветов, отсверков на поверхности камня. Эффект адуляресценции можно наблюдать у лунного камня.

3. Плеохроизм - способность минерала к смене окраски при наблюдении под разными углами зрения. Таким эффектом обладают александриты, диопсиды, топазы, цирконы, корунды, а у турмалинов можно заметить даже дихроизм (два оттенка цвета при наблюдении в перпендикулярных направлениях).

4. Авантюресценция - это появление мерцающих и сверкающих искорок внутри камня. Эффект наблюдается у авантюрина благодаря наличию в структуре камня блестящих чешуек слюды и фуксита.

5. Кошачьим глазом был назван оптический эффект появления белой полосы, сильно напоминающей глаз кота. Причем световой блик перемещается вслед за движением камня. Этим явлением минерал обязан игольчатой структуре своих включений. Впрочем, камней, у которых можно наблюдать эффект кошачьего глаза, довольно много. Это изумруд, хризоберилл, турмалин, кварц, апатит, циркон и многие другие камни, обработанные кабошонами.

6. Александритовый эффект - явление смены окраски у камня в зависимости от типа освещения. Такие минералы демонстрируют один цветовой оттенок при естественном освещении и совершенно иной - при искусственном свете. Самый яркий представитель этого феномена известен как александрит, меняющий свою окраску с зеленого на красный цвета. Чем сильнее реверс (смена цвета), тем дороже камень.

7. Опалесценция - способность камня испускать разноцветные световые блики своей поверхностью. Эта игра света необычайно привлекательно зрелище, и в опалах оно представлено наиболее ярко. В зависимости от вида опалесценции выделяю благородный опал, прозрачный (стеклянный) опал, гидроопал, огненный опал, королевский опал, белый опал, черный опал, опал-джиразоль.

Зачастую коммерческие названия драгоценных камней попросту сбивают с толку и дезориентируют покупателя. Так, приобретая серьги с так называемыми "бразильскими" рубинами, вы и не предполагаете, что имеете дело с обыкновенными гранатами или турмалинами. Их цена много ниже стоимости рубинов, но когда раздосадованный клиент спешит с претензий обратно в ювелирный магазин, ему нечего предъявить. Поэтому важно обращать внимание на информацию в ярлыке к изделию.

Жидкие кристаллы

Жи́дкие криста́ллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия).

 По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости.

Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в промышленности.

Жидкие кристаллы открыл в 1888 г. австрийский ботаник Ф. Рейнитцер. Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей.

Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Учёные относили жидкие кристаллы, то к коллоидным растворам, то к эмульсиям. Научное доказательство было предоставлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманном после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы», открытию не нашлось применения.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом тепловых полей. После того как ему выдали патент на изобретение, интерес к жидким кристаллам резко возрос. В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Характеристики многих электрооптических устройств, работающих на ЖК, определяются анизотропией их электропроводности, которая, в свою очередь, связана с анизотропией электронной поляризуемости. Для некоторых веществ вследствие анизотропии свойств ЖК удельная электропроводность изменяет свой знак.

Все формы жизни связаны с деятельностью живой клетки, многие структурные звенья которой похожи на структуру жидких кристаллов. Обладая замечательными диэлектрическими свойствами, ЖК образуют внутриклеточные гетерогенные поверхности, они регулируют взаимоотношения между клеткой и внешней средой, а также между отдельными клетками и тканями, сообщают необходимую инертность составным частям клетки, защищая ее от ферментативного влияния. Таким образом, установление закономерностей поведения ЖК открывает новые перспективы в развитии молекулярной биологии.

Эти явления широко используются в различных приложениях, например, для нахождения горячих точек в микроцепях, локализации переломов и опухолей у человека, визуализации изображения в инфракрасных лучах и др.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов - термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам.

Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма - и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука.

Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.

Применение кристаллов

Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации. Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи.

Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия. При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный ток.  

Кристаллы используются также в некоторых мазерах для усиления волн СВЧ-диапазона и в лазерах для усиления световых волн. 

Кристаллы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами, применяются в радиоприемниках и радиопередатчиках, в головках звукоснимателей и в гидролокаторах. Некоторые кристаллы модулируют световые пучки, а другие генерируют свет под действием приложенного напряжения.

Самый твердый и самый редкий из природных минералов - алмаз. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение.

        Благодаря своей исключительной твердости алмаз играет громадную роль в технике. Алмазными пилами распиливают камни. Алмазная пила - это большой (до 2-х метров в диаметре) вращающийся стальной диск, на краях которого сделаны надрезы или зарубки. Мелкий порошок алмаза, смешанный с каким-нибудь клейким веществом, втирают в эти надрезы. Такой диск, вращаясь с большой скоростью, быстро распиливает любой камень.

      Колоссальное значение имеет алмаз при бурении горных пород, в горных работах.

      В граверных инструментах, делительных машинах, аппаратах для испытания твердости, сверлах для камня и металла вставлены алмазные острия.

     Алмазным порошком шлифуют и полируют твердые камни, закаленную сталь, твердые и сверхтвердые сплавы. Сам алмаз можно резать, шлифовать и гравировать тоже только алмазом. Наиболее ответственные детали двигателей в автомобильном и авиационном производстве обрабатывают алмазными резцами и сверлами.

      Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона.

Новая жизнь рубина - это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

      Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия.

     Появились и новые лазерные кристаллы: флюорит, гранаты, арсенид галлия и др.

Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это - пьезоэлектрический эффект в кристаллах.

       В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид - это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку.

       Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля.

       Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины. Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомобильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поляроида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, "погасит его".

Искусственные кристаллы

или как можно кристалл вырастить дома

По-настоящему дорогими являются именно те камни, которых очень мало в природе. Именно редкость обуславливает ценность этих камней. Из драгоценных камней не только делают украшения, но и собирают из них красивейшие коллекции самородков, вкладывают в них сбережения на чёрный день, передают по наследству. Но всё-таки истинное назначение драгоценных камней – это ювелирные украшения.

Искусственны кристаллы  - впервые были получены в 1902 году. Были получены кристаллы рубины и сапфиры, обладающие свойствами природных камней.

Позднее, в конце 1940-х годов были синтезированы изумруды, а в 1955 фирма «Дженерал электрик» и Физический институт АН СССР сообщили об изготовлении искусственных алмазов. Многие технологические потребности в кристаллах явились стимулом к исследованию методов выращивания кристаллов с заранее заданными химическими, физическими и электрическими свойствами.

В лаборатории кристаллы выращиваются в тщательно контролируемых условиях, обеспечивающих нужные свойства, но в принципе лабораторные кристаллы образуются так же, как и в природе – из раствора, расплава или из паров.

В настоящее время очень многие виды драгоценных камней производят искусственно. Однако, несмотря на большое количество украшений из искусственных драгоценных камней, они не снизили цену оригинала - настоящих, рождённых самой природой, великолепных по виду и свойствам минералов. Но в наше время гораздо большей популярностью пользуется бижутерия, особенно среди молодёжи, так как она дешёвая, а значит, и доступная для большинства. Однако любая девушка, хочет, что бы ей дарили бриллианты, а не дешёвые стекляшки. Хотя одень любой девушке с завязанными глазами на правую руку браслет с изумрудами, а на левую простой браслет со стеклянными камешками, она вряд ли определит где какой браслет.

Поэтому я решила провести эксперимент: а можно ли человеку вырастить кристаллы в домашних условиях? возможно ли это сделать дома?, ведь тогда каждая девушка сможет похвастаться драгоценными камнями, за которые, по – сути нечего не заплатила. Для решения этой задачи мы провели в школе конкурс «Чей кристалл лучше?» (см. приложение 1).

Рецепты выращивания кристаллов.

Хлорид натрия NaCl - бесцветная соль.

Для выращивания кристалла хлорида натрия мне понадобилось очень чистая соль.

Раствор необходимо готовить в воде комнатной температуры или чуть-чуть теплее (~28-30 градусов), т. к. соль при растворении поглощает много тепла. Раствор необходимо оставить на несколько дней до выпадения первых одиночных кристаллов. Если кристаллы выпадают хаотически и в больших количествах, необходимо добавить в раствор немного воды и переставить ёмкость с раствором в более прохладное место. Если помимо основного кристалла у вас будут появляться случайно выпавшие, то их необходимо удалять, время от времени фильтруя раствор.

Кристалл медного купороса CuSO4.

Хлорид кобальта CoCl2 * 6H2O - гидрат пурпурно-сиреневого цвета.

Раствор этого вещества готовится в слегка тёплой воде (28-30 градусов). Поскольку раствор получается очень тёмным, то это затрудняет наблюдение за ростом кристаллов. Поэтому каждые два дня раствор сливается в чистую ёмкость, отбираются самые крупные кристаллы и удаляются ненужные, в т. ч. хлопья хлорида кобальта, наросшие на стенках стакана на границе с раствором. Затем на дно опять кладутся отобранные вами кристаллы и заливаются ранее слитым раствором.

Конечно, выращивание кристаллов этого вещества - процесс трудоёмкий, но часто выращенные кристаллы имеют очень интересную форму.

В качестве иллюстрации к рецептам выращивания кристаллов мы применили наши школьные фотографии.

Мой кристалл (выращенный Кордик Анастасией) занял первое место.

Также можно вырастить и другие кристаллы. Приведем примеры.

Красная кровяная соль (гексоцианоферрат калия(3), калий железосинеродистый) K3(Fe(CN)6) - соль красного цвета. Раствор лучше всего готовить в высоком химическом стакане объёмом ~500мл, т. к. чем больше будет раствора, тем реже придется его менять, изменяя условия роста кристалла. Раствор готовят в воде комнатной температуры, обязательно его фильтруют и оставляют в покое на 3-5 дней. При этом среди первых выпавших кристаллов часто встречаются такие, как на фотографии. Если вы выберите их в качестве затравки, то у вас получится вытянутый кристалл с друзой у основания. В процессе роста проблемы почти не возникают, разве что мелкие кристаллы, которые усеивают дно и иногда мешают росту основного кристалла. Их необходимо удалять.

Уже выращенный кристалл хранится на открытом воздухе, но лучше поместить его в ёмкость, которая защищала бы его от пыли и смены влажности.

Кристаллы сульфата железа. Хромо-калиевые квасцы(KCr(SO4)2*12H2O) - гидрат фиолетового цвета. Кристаллы выращивайте как обычно. Кристалл на фотографии был выращен(в течение 4 недель) из затравки, которая выпала на дне стакана с раствором. Затравка имела форму ровного октаэдра.

   С раствором работайте осторожно, он имеет кислую реакцию. При высыхании кислотность повышается, поэтому раствор способен обжечь кожу.

Заключение

Проделав представленное исследование, я узнала об истории освоения кристаллов в мире, о том, что твердые тела бывают кристаллическими и аморфными с абсолютно разными свойствами. Узнала также, что кристаллы не всегда бывают твердыми.

За красоту кристаллам приписывали многие волшебные свойства, которыми они не обладали. Хотя, нужны ли эти волшебные свойства, когда смотришь на алмаз и восхищаешься его красотой.

Кроме ювелирного дела в современное время кристаллы и аморфные тела имеют достаточно широкое применение (техника ХХ и ХХI века широко использует их свойства). Так что кристаллы и красивы и полезны, такое сочетание свойств бывает не всегда.

Участвуя в конкурсе «Чей кристалл лучше?» мы немножко стали творцами и научились выращивать кристаллы дома. Мне было интересно изучать эту тему.

Литература

1. Замечательные минералы. Соболевский В. И. Книга для учащихся. М., «Просвещение», 1971г., 187с с илл.
2. Н. М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д. Ш. Шодиев. Физика: Учебник для 10 классов – 2-е издание – М.: Просвещение, 1992 – 240 с.
3.  О. Ф. Кабардин, С. И. Кабардина, Н. И. Шефер. Факультативный курс физики: 9 класс. Учебное пособие для учащихся – 3-е издание, переработанное – М.: Просвещение, 1986. – 239с.
4. Электронный ресурс: http://krugosvet.ru/enc/Earth_sciences/
5. Электронный ресурс: http://www.dragkamen.ru/index.html
6. Электронный ресурс: http://www.happy-kids.ru/page.php?id=719
7. Электронный ресурс: http://zagadkikamnej.ru/litoterapiya/
8. Электронный ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/%
9. Электронный ресурс: http://kristal.21428s12.edusite.ru/p8aa1.html

Приложение  

Результаты конкурса «Чей кристалл лучше?»