Кристаллы

Кристаллы суть, с одной стороны, тела, непосредственно находимые в природе и составляющие минералы, покрытые более или менее блестящими гранями, с другой стороны — тела с такими же свойствами, выпадающие из растворов при достаточном их сгущении. Процесс образования таких тел называется кристаллизацией.   При сгущении раствора (например, при испарении растворяющей жидкости) он сначала делается пересыщенным и иногда может очень долгое время сохраняться в таком виде, особенно если приложить заботу к сохранению его в спокойном состоянии и к чистоте окружающего воздуха. Прикосновение ничтожных следов того твердого вещества, которое может выпасть из раствора, вызывает энергичный процесс такого выпадения в виде кристаллов, а в соприкосновении с кристаллами раствор при данной температуре приобретает строго определенный состав и называется насыщенным; то же явление в пересыщенном растворе вызывает попавшая пылинка, волосок, встряхивание и т. п. Совершенство в образовании кристаллов различно и особенно удается при медленной кристаллизации, если при этом растущие кристаллы не встречают препятствий, для чего полезно зародышевый кристаллик подвешивать в свободной жидкости. В общем, растворимость не вполне постоянна и делается больше при очень маленьких размерах кристаллов; если всыпать в насыщенный раствор мелкий кристаллический порошок и подвергать раствор периодическим, хотя бы и небольшим, переменам температуры, то кристаллы растут и иногда могут достичь весьма большой величины. В природе имеются кристаллы, например кварца, величиной более метра.

При первом же более широком обзоре и пересмотре собранного по кристаллам материала, отчасти даже по поводу перевода сочинения Гаюи, «Traité de minéralogie» явилась потребность расклассифицировать их на группы. Основы этому были положены Бернгарди, сделавшим этот перевод, а более обстоятельное разделение с отнесением к определенным группам осей сделано в 1815 г. Вейссом, хотя названия этих подразделений до недавнего времени господствовали те, которые были в 1829 г. введены Науманном, а именно: 1) правильная, 2) тетрагональная (раньше квадратная), 3) гексагональная, 4) ромбоэдрическая, 5) ромбическая, 6) моноклинная (раньше моноклиноэдрическая) и 7) триклинная (раньше триклиноэдрическая). Но в новейшее время выяснилось, что это самое разделение на системы не имеет твердого основания (почему между авторами всегда вызывало противоречия) и должно быть заменено разделением по видам сингонии (см.).

Каждому твердому веществу свойственна определенная форма кристаллов, и каждый из них образует индивид. Но не всегда индивиды растут независимо друг от друга. Кроме такой неправильной агрегации, различают еще их срастания с проявлением некоторой правильности, например, когда побуждением к началу кристаллизации послужило некоторое постороннее зернышко, оно становится центром, из которого кристаллы вытягиваются во всех направлениях лучами; если такие лучистые агрегаты в очень малом виде завершаются более или менее шаровой поверхностью, то их называют сферолитами; иногда же, особенно в такой податливой среде, как глины, лучистые агрегаты дорастают до очень больших размеров, образуя конкреции. Но некоторую правильность представляют и кристаллы, плотно нарастающие на общем основании, например на стенках пустот, и тогда эти образования называются секрециями.

Но многие кристаллы иногда с момента своего зарождения, появляются правильно сросшимися двойниками, и относительное их положение подчинено определенному двойниковому закону, который лучше всего выразить как полуоборот около двойниковой оси. Лучшее разъяснение этому явлению дало правильное нарастание друг на друга кристаллов разных веществ, которое легко производится искусственно. По Баркеру («Untersuchungen über regelmässige Verwachsungen» в «Zeitschr. für Krystallogr.», 45, 1) в таких сросшихся кристаллах имеется общая ось, которая соответствует конгруэнтному ряду точек их пространственных решеток при условии, если расстояния точек в этих конгруэнтных рядах приблизительно одинаковы (см. кристаллическая структура). Отсюда получается тот странный факт, что иногда не удается вызвать правильного нарастания двух весьма близких по свойствам кристаллов (изоморфных) и легко удается правильное нарастание столь несхожих тел, как кубиков йодистого калия на пластинках слюды (по наблюдениям Франкенгейма). Если правильно могут нарастать друг на друга столь различные по свойствам вещества, то тем  понятнее такое нарастание двух индивидов одного и того же вещества.

Иногда такие двойниковые нарастания пластинчато повторяются много раз (полисинтетические двойники, например, в плагиоклазах), или даже густые нарастания происходят по двум плоскостям, и получается тонкая сетчатая текстура (в микроклине).  Прежде, начиная с Вейсса, между кристаллами отличали полногранность, или голоэдрию, неполногранность — гемиэдрию и даже разные ее виды, например гемиморфизм, если кристалл  был неодинаково покрыт  гранями с двух противоположных концов (например, в турмалине, галмее). Теперь эти особенности сводятся к определенным комбинациям элементов симметрии.

Кристаллы  по своей консистенции и твердости образуют длинную градацию, начиная от таких исключительно твердых, как алмаз¹⁾, до таких, которые имеют консистенцию воска или смолы и как бы постепенно приближающихся к жидким. О. Леманн открыл и сделал громадное количество наблюдений не только над текучими, но и над жидкими телами, которые вполне уподобляются воде, но проявляют оптические свойства (анизотропность) кристалла. Этому предмету он посвятил книгу «Flüssige Kristalle» (1909). Его наблюдения заставили его признать существование особой ориентирующей силы, действующей независимо от сцепления. Она дает себя знать даже при сильных течениях жидких кристаллов. По величине текучести он наблюдал громадное разнообразие, начиная от таких, которые, как настоящие жидкости, в других жидкостях принимают форму шара, до таких, которые принимают многогранные (даже пластинчатые и нитевидные) формы с округленными краями. Ориентирующая сила, по Леманну, придает жидким кристаллам свойства астатических магнитных систем.

¹⁾ По эмпирической шкале Мосса, твердость талька 1, гипса 2, кальцита 3, флуорита 4, апатита 5, ортоклаза 6, кварца 7, топаза 8, корунда 9 и алмаза 10.

Смеси жидких кристаллов с подходящими жидкостями вызывают явления, напоминающие биологические, как они наблюдаются в простейших организмах: разнообразную подвижность и переменчивость форм, рост чрез интуссусцепцию, копуляцию, деление и т. п.; поэтому Леманн склонен и настоящие примитивные биологические явления связать с присутствием таких смесей и даже ожидает, что опыты в этом направлении должны привести к построению весьма выгодного механизма, в котором химическая энергия будет непосредственно преобразовываться в механическую. Наблюдения этого рода он собрал в книге «Die scheinbar lebenden Kristalle» (1907). Для производства оптических исследований жидких кристаллов должен служить микроскоп с принадлежностью для нагревания препарата (см. универсальный метод).

Многие кристаллические тела по своим внешним эффектным свойствам представляют высокую рыночную ценность. На первом месте в этом отношении приходится поставить алмаз, благодаря его особенно высокому показателю преломления (2,42), вызывающему самую интенсивную игру цветов в отполированных кусочках по форме бриллиантов, роз и пр. Он даже в непрозрачном виде (карбонат) ценится по своей твердости и находит обширное применение в технике (при бурении твердых пород). На втором месте можно поставить кристаллы эвклаза, изумруда, чистых окрашенных корундов (рубин¹⁾ и сапфир), хризоберилла в виде александрита. Конечно, высокая цена зависит от редкости тех разностей, которые удовлетворяют высоким ювелирным требованиям. Иногда и очень изящные кристаллы (например, алмандин) по своей распространенности ценятся очень мало. В некоторых изящные переливы цветов (глаукизация) зависит от неоднородности. Сюда относится некоторая разность полевых шпатов (лунный камень, лабрадор), глаукизация коих, по Виола, зависит от тончайшей мути. Таким образом, в своей статье «Ueber das Glaukisiren verschiedener Feldspäthe» («Zeits. f. Krystallogr.», 34,171) причину изящных переливов цветов с преобладанием голубого этот автор видит в том же, в чем физики усматривают причину голубого цвета неба.

Многие кристаллы ценятся по своим оптическим свойствам. Так, исландский шпат (кальцит безукоризненной прозрачности) незаменим или трудно заменим для многих оптических приборов, благодаря громадному двупреломлению при полной прозрачности. Постепенно все более остро ощущается недостаток в этом материале. Но опять-таки такие кристаллы, как горный хрусталь (кварц), которые имеют большое применение в приборах, благодаря сильному вращению плоскости поляризации при безукоризненной прозрачности, не имеют большой цены, как материал, находимый в неисчерпаемом количестве. Кристаллы флуорита (плавикового шпата) при хорошей прозрачности ценятся по легкому пропусканию ультрафиолетовых лучей. Многие минералы ценились и были незаменимыми в прежние века, но со временем потеряли свое значение. Так, турмалин был важен по своему резкому плеохроизму, представляя естественный поляризатор (николи). Бесцветная слюда в значительных пластинках в прежнее время заменяла оконные стекла. Добываясь в заливе Чупа, Белаго моря, она служила важным предметом торговли с Англией во время Иоанна Грозного, почему и получила минералогическое наименование мусковита. Теперь применение ее почти ограничивается алтарями католических церквей.

¹⁾  Искусственно получаемые (по способу Эбельмена) настоящие рубины, во всех отношениях превосходящие, как кристаллы, по достоинству натуральные рубины, тем не менее, ценятся значительно дешевле, что представляет странную аномалию, показывающую успешность вкусов людей, страдающих избытком денег.

Кристаллики льда, носящиеся в высоких слоях атмосферы, при своем падении принимают более или менее ориентированное положение, вызывают эффектные метеорологические явления (галло и пр.).

Е. Федоров.