ห้องเก็บของนานาสาระ (=w=)

ลำดับตอนที่ #44 : ผลึก

ผลึก

ผลึกเป็น ของแข็ง ที่มีองค์ประกอบเป็น อะตอม,โมเลกุล, หรือ ไอออนซึ่งอยู่รวมกันอย่างมีระเบียบ เป็นรูปแบบที่ซ้ำกันและแผ่ขยายออกไปในเนื้อที่สามมิติ โดยทั่วไปสสารที่เป็น ของเหลว จะเกิดผลึกได้เมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการ โซลิดิฟิเคชัน 

(solidification) ภายใต้สภาวะที่สมบูรณ์ผลที่ได้จะเป็น ผลึกเดี่ยว(single crystal) ที่ซึ่งทุกอะตอมในของแข็งมีความพอดีที่จะอยู่ใน แลตทิช เดียวกัน หรือ โครงสร้างผลึกเดียวกัน แต่โดยทั่วไปจะเกิดหลายรูปแบบของผลึกในระหว่างโซลิดิฟิเคชัน ทำให้เกิดของแข็งที่

เรียกว่า พอลิคริสตัลลีน (polycrystalline solid) ตัวอย่าง เช่น โลหะ ส่วนใหญ่ที่พบเห็นในชีวิตประจำวันจะเป็น พอลิคริสตัล (polycrystals) ผลึกที่โตคู่กันอย่างสมมาตร จะเกิดเป็นผลึกที่เรียกว่า ผลึกแฝด (crystal twins) โครงสร้างผลึก ที่เกิดขึ้น จะขึ้นกับเคมีของของ

เหลว สภาวะแวดล้อมขณะเกิดโซลิดิฟิเคชัน และความกดดันขณะนั้น กระบวนการเกิดโครงสร้างผลึกเราเรียกว่าคริสตัลไลเซชัน (crystallization) ขณะที่กระบวนการเย็นลงการเกิดผลึกก็ยังมีอยู่ แต่เมื่อของเหลวเย็นจนแข็งสถานะการเกิดผลึกจะไม่มีเรียกว่า นอนคริสตัลลีนสเตต

รูปแบบของผลึก

สารแต่ละชนิด ย่อมก่อให้เกิดผลึกที่แตกต่างกันเป็นคุณสมบัติประจำแต่ละสารนั้นๆ เนื่องจากพันธะระหว่างสารแต่ละชนิดแตกต่างกัน จึงทำให้การจับตัวกันเป็นรูปลูกบาศก์ แต่สารบางชนิดก็สามารถให้ผลึกในรูปแบบที่แตกต่างกันได้ แม้จะเป็นสาร

ชนิดเดียวกัน เช่นโกเมน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักจะจับตัวในรูปของผลึกทรง 12 หน้า หรือรูปทรง 24 หน้า แต่ในบางครั้งก็อาจพบในรูปแบบของลูกบาศก์

นักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งรูปแบบการตกผลึกออกเป็น 32 รูปแบบ โดยมี 12 รูปแบบที่มักพบได้ในผลึกแร่ทั่วไป และในบางรูปแบบยังไม่มีการค้นพบอย่างเป็นรูปธรรมอย่างแท้จริง โดยใน 32 รูปแบบนี้ ได้ถูกแบ่งออกเป็น 6 ระบบ โดยแบ่งแยกตามความยาวและตำแหน่งของแกนของผลึก

รูปทรงสมมาตร (Isometric)

รูปแบบนี้เป็นรูปแบบที่เกิดจากการที่แกน 3 แกนตั้งฉากและตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน และมีขนาดความยาวเท่ากันทุกประการ มักก่อให้ผลึกมีคุณสมบัติที่แข็ง แต่เปราะ แตกหักได้ง่าย ตัวอย่างผลึกได้แก่ ผลึกเกลือ (Sodium chloride -NaCl)

รูปทรงสี่มุม (Tetragonal)

รูปทรงแบบนี้เกิดจากการที่แกน 3 แกนตัดกึ่งกลางและตั้งฉากซึ่งกันและกัน และต้องมีแกน 2 แกนที่มีความยาวเท่ากันด้วย เช่นแร่เซอร์คอน (Zirconium Silicate –ZrSiO₄)

รูปทรงขนมเปียกปูน (Monoclinic)

เป็นรูปทรงที่แกนทั้ง 3 แกนมีขนาดไม่เท่ากันแต่ตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน ในนี้ 2 แกนจะทำมุมไม่ตั้งฉากกัน แต่ทั้ง 2 แกนนี้จะตั้งฉากกับอีกหนึ่งแกนที่เหลือ ตัวอย่างผลึกที่มีระบบของผลึกแบบนี้คือยิบซั่ม (Hydrated calcium sulfate –CaSO4.2H2O)

รูปทรงมุมฉาก (Orthorhombic)

รูปทรงนี้เกิดจากแกน 3 แกนตั้งฉากและตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน แต่แกนทั้ง 3 แกนต้องมีขนาดไม่เท่ากันเลย ตัวอย่างแร่ที่มีผลึกชนิดนี้ได้แก่แบไรต์ (Barium sulfate –BaSO₄)

รูปทรงอสมมาตร (Triclinic)

รูปทรงนี้เกิดจากแกน 3 แกนที่ตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน แต่ไม่มีเส้นใดที่ตั้งฉากกันเลย ตัวอย่างแร่สำหรับผลึกระบบนี้ได้แก่แอซิไนต์:axinite (เกิดจากการประกอบกันของแคลเซียม อะลูมิเนียม โบรอน ซิลิคอน เหล็ก และแมงกานีส)

รูปทรงหกเหลี่ยม (Hexagonal)

รูปทรงนี้มีแกนทั้งสิ้น 4 แกน สามแกนอยู่ในระนาบเดียวกัน ทำมุม 60 องศาซึ่งกันและกัน แบ่งเป็น 6 ส่วนเท่า ๆ กัน และอีกแกนที่เหลือตั้งฉากกับระนาบของแกน 3 แกนแรก แบ่งเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน ตัวอย่างแร่ในระบบนี้ ได้แก่อพาไทต์ หรือกราไฟต์

โครงสร้างผลึก

ในทาง วิทยาแร่ และ ผลิกศาสตร์ (crystallography) โครงสร้างผลึก (crystal structure)คือการจัดเรียงกันของอะตอมเป็นการเฉพาะตัวใน ผลึก โครงสร้างผลึกประกอบด้วย หน่วยเซลล์(unit cell) ซึ่งเป็นกลุ่มของ อะตอม ที่จัดเรียงกันในทางเฉพาะเป็นโครงสร้างสาม

มิติ แบบ แลตทิซ โดยที่ว่างระหว่างหน่วยเซลล์ในทิศทางต่างๆ จะถูกเรียกว่า แลตทิซ พารามิเตอร์ (lattice parameters) คุณสมบัติความสมมาตร (symmetry) ของผลึกจะ

ปรากฏในกรุปปริภูมิ (space group) ของมัน โครงสร้างของผลึกและความสมมาตรจะแสดงหน้าที่ของมันในการหาคุณสมบัติหลายๆ อย่าง เช่น การแตกร้าว, แถบโครงสร้าง (band structure) ทางอิเล็คทรอนิกส์ และคุณสมบัติทางแสง (crystal optics) ของผลึก