Какое свойство открыл у кристаллов рене жюст увидев расколовшийся кальцит
Один из самых знаменитых архитектурных памятников мира — Стоунхендж — начали возводить еще в каменном веке. В течение полутора тысячелетий его достраивали и перестраивали, не раз меняя планировку. Масштабные раскопки последних лет, изотопные датировки и генетические анализы древнего ДНК помогли ученым раскрыть почти все секреты этого удивительного монумента. Кто и для чего его воздвиг.
Типичный хендж
Этот памятник, находящийся на юге Британии, в графстве Уилтшир, уже в хрониках XII века упоминается как всем хорошо известный. Его исследуют более трех столетий историки, геологи, астрономы. За это время вокруг него сложилось множество легенд. С начала XX века здесь проводятся раскопки. Последний раз — в 2008-2009 годах.
Стоунхендж заложили в конце каменного века, примерно пять тысяч лет назад, коренные палеолитические племена, обитавшие в Европе. На равнине Солсбери (одноименный город находится в 13 километрах от памятника) они сделали круглую площадку, ограничив ее рвом и валом, где археологи обнаружили кости быка, оленя, кремированные останки людей.
Такие сооружения археологи называют хенджами. Их достаточно много в Великобритании. В хенджах устанавливали камни или деревянные столбы.
Следы хенджа в археологическом комплексе Бру-на-Бойн в 40 километрах от Дублина
Камень — символ власти
Через пару сотен лет планы меняются — из хенджа на равнине Солсбери решили сделать масштабный каменный монумент. Для этого в центре возвели пять трилитонов — каменных конструкций в виде буквы “П”, алтарь из красного песчаника и кругами вкопали несколько десятков вертикальных мегалитов. Так возник Стоунхендж — каменный хендж.
Для постройки использовали два вида горных пород — кремнистый песчаник, известный в данной местности как сарсен, и “голубой камень”, представляющий собой вулканическую породу (диориты, риолиты, туфы).
Ученые долго выясняли, откуда вынимали камни. Сейчас многие сходятся во мнении, что у сарсенов местное происхождение. Их доставили из каменоломен Мальборо, что в тридцати километрах от Стоунхенджа. Голубые камни привезли из гор Пресели в Западном Уэльсе — это порядка четырехсот километров отсюда.
Каким образом почти две сотни глыб (85 сарсенов и 80 голубых камней) по пятьдесят тонн каждая транспортировали в Стоунхендж без всякой техники? По одной из гипотез, уэльские камни не нужно было транспортировать, поскольку их принес задолго до начала строительства ледник. Однако геологи это не подтверждают.
Есть версия, что голубые камни были установлены в Уэльсе, затем разобраны и перевезены на новое место. Анализ изотопов стронция в зубах 25 погребенных в пределах Стоунхенджа людей показал, что по крайней мере десять из них действительно родом из Уэльса. Возможно, это останки тех первых строителей.
Стоунхендж имеет традиционную для доисторических сакральных и ритуальных сооружений круглую в плане форму
Место силы
Стоунхендж строили пятьдесят поколений людей в течение полутора тысяч лет. Ученые подсчитали, что только на транспортировку мегалитов-сарсенов потребовался примерно миллион человеко-часов.
За это время сменилось несколько культур. Коренное население вытеснили пришедшие из южнорусских степей скотоводы (носители ямной культуры, которая на севере Европы трансформировалась в культуру шнуровидной керамики). Стоунхендж же оставался сакральным. Здесь проводили обряды, сюда совершали паломничества.
В эпоху Римской империи Стоунхендж тоже был местом поклонения. Об этом говорят найденные при раскопках монеты, керамика, броши и даже хирургические инструменты. В культурных слоях сохранилось много вещей и разного мусора, накопленного за тысячелетия.
Этапы строительства Стоунхенджа
Олицетворение древней культуры
Стоунхендж не был чем-то уникальным. Наоборот, он олицетворял местные традиции, в нем строители воплотили все свое мастерство, технические и управленческие навыки, достижения культуры.
Мегалитические постройки каменного и бронзового веков встречаются по всей Британии и Европе. Круглый план, подковообразные и овальные структуры, трилитоны — это типично для культовых сооружений, гробниц и жилищ.
Камни служили основным строительным материалом. К примеру, гробницы Бру-на-Бойн в Ирландии выложены изнутри камнями, тщательно подобранными по форме, размеру и привезенными сюда за сорок километров. А ведь это крупнейший памятник каменного века, построенный за сотни лет до Стоунхенджа.
По размерам Стоунхендж уступает Сибери-Хилл — искусственной насыпи высотой сорок метров и диаметром 170 метров в основании. По подсчетам, для нее потребовалось 350 тысяч кубических метров камней и грунта, не менее трех миллионов человеко-часов работы.
Чтобы реализовывать проекты такого масштаба, мобилизовать людей, необходимо было обладать сильной властью и немалым благосостоянием. Вот почему, полагают ученые, Стоунхендж строили богатые сообщества, жившие на юге Британии.
Эту точку зрения подтверждает множество золотых вещей, найденных в погребениях Стоунхенджа. Драгоценный металл обнаружили в пятнадцати курганах того периода. В Британии таких пять. Это говорит о концентрации могущественных племен в этом регионе и в то же время ставит крест на предположениях об иноземном или даже “внеземном” происхождении строителей монумента.
Каменоломня в Западном Уэльсе, где были добыты голубые камни для постройки внутренней части Стоунхенджа
Кладбище или обсерватория
Больше всего дискуссий о назначении Стоунхенджа. Это место притягивало людей еще до постройки монумента. Поблизости археологи нашли более древние погребения людей небританского происхождения. Считается, что памятник задумывался как кладбище — вокруг него насыпаны сотни курганов.
Возможно, он служил обсерваторией, инструментом отсчета времени. На это указывают некоторые особенности: например, круг из тридцати камней-сарсенов означает лунный цикл. Правда, тогда из него выпадают осенние и весенние солнцестояния, по которым в древности вели отсчет лет. Ошибки удается избежать, если добавить пять камней — как раз число трилитонов-сарсенов.
Трилитоны могут символизировать главных богов пантеона (если он тогда уже был) или порталы в иной мир (хотя проходы для людей между камнями слишком тесны).
На занятия солнечной астрономией указывают четыре станционных камня (до наших дней дошли два), которые образуют правильный прямоугольник, и ориентация главной оси симметрии Стоунхенджа, соответствующая солнцестояниям.
Памятник мог быть и лечебницей. Поверье, что его камни обладают целебными свойствами, очень древнее. От мегалитов откалывали куски, делали из них талисманы и амулеты. Археологи находят множество осколков и заготовок в пределах круга.
В XIX веке, когда еще не знали истинного возраста памятника, англичане полагали, что его возвели друиды — кельтские жрецы. Их культ дожил до современности.
Последователи друидов устраивали обряды в Стоунхендже и изрядно его замусорили. В 1985 году полиция Великобритании не пустила туда толпу. Произошло столкновение, 520 человек арестовали. Между тем неоязычники продолжают считать Стоунхендж своим культовым сооружением.
Источник
В общем случае форма кристаллов зависит от температуры и внешнего давления. Так, например, нитрат аммония NH4NO3 при обычном давлении известен в пяти различных кристаллических формах, точки перехода между которыми лежат при —18, +32, +82 и + 125°С. Подобные изменения называются полиморфными, а само явление существования различных кристаллов одного и того же вещества — полиморфизмом.
При одних и тех же условиях каждое вещество образует кристаллы только одной и совершенно определенной формы. Хлорид натрия кристаллизуется в виде кубов, медный купорос — в виде октаэдров, а селитра — в виде призм (рис.). Форма кристаллов является поэтому одним из наиболее характерных свойств вещества.
Рис. Кристаллы хлорида натрия (а), медного купороса (б) и селитры (в).
Природные кристаллы очень редко имеют правильную форму. Вследствие неравномерного развития и срастания друг с другом они, как правило, искажены. Но как бы сильно ни был деформирован кристалл, его всегда можно «узнать». Существует закон, сформулированный французским ученым Роме де Л’Илем, согласно которому углы между соответственными гранями кристаллов одного и того же вещества всегда постоянны. Поэтому для распознавания кристаллического вещества достаточно измерить двугранные углы в кристалле и сравнить полученные значения с табличными данными.
Правило Митчерлиха
Некоторые вещества, близкие по своей химической природе или структуре, образуют совершенно одинаковые по форме (изоморфные) кристаллы, например:
MgSO4 • 7Н2O, ZnSO4 • 7Н2O, NiSO4 • 7Н2O, КАl(SO4)2 • 12(Н2O), КСr(SO4)2 • 12(Н2O)
Явление изоморфизма было открыто в 1819 г. немецким химиком Эйльхардом Митчерлихом, заметившим, что многие соли одинакового состава образуют кристаллы почти тождественной формы. На этом основании он сделал обратное заключение: изоморфные вещества имеют одинаковое химическое строение. Правило Митчерлиха помогло установить точные значения атомных масс многих элементов. Например, из того факта, что сульфат калия, формула которого K2SO4 была в то время уже известна, образует смешанные кристаллы с селенитом калия, Э. Митчерлих заключил, что селенат имеет состав K2SeO4, и смог рассчитать атомную массу селена.
Рис. 2. Узлы и плоскости кристаллической решетки
Правильная и постоянная форма кристаллов давно привлекала пристальное внимание ученых, видевших причину этого явления во внутреннем строении кристаллов. Так, И. Ньютон еще в 1675 г. писал: «Нельзя ли предположить, что при образовании кристалла частицы не только установились в строй и ряды, застывая в правильных фигурах, но также посредством некоторой полярной способности повернули свои одинаковые стороны в одинаковом направлении». Французский минералог и кристаллограф Рене Жюст Гаюи считал, что определенная форма кристаллов является следствием аналогичной формы молекул, образующих этот кристалл.
Однако такое представление продержалось не очень долго, по видимому, потому, что было чисто умозрительным. В 1813 г. У. Волластон предложил заменить многогранные молекулы Гаюи шарами или просто математическими точками. Так возникло представление о кристалле как о пространственной решетке. Каждую точку, в которой находится частица вещества, стали называть узлом кристаллической решетки, а параллельные и равноотстоящие плоскости, проходящие через узлы кристаллической решетки,— ее плоскостями (рис. 2). Некоторыми из этих плоскостей образованы естественные грани кристаллов.
Рис. 3. Элементарные ячейки кубической системы
Наименьшую часть кристаллической решетки, полностью передающую все характерные особенности ее структуры, называют элементарной ячейкой. Любой кристалл можно представить состоящим из таких точек, плотно прижатых друг к другу. Одной и той же кристаллической системе может соответствовать несколько элементарныхячеек. Рассмотрим, например, кубическую систему, все три координатные оси которой равны по длине и направлены под прямым углом друг к другу. Куб с частицей в каждой вершине представляет собой простую кубическую элементарную ячейку (рис. 3, а). В кубической гранецентрированной ячейке частицы вещества занимают все вершины И центры каждой грани (рис. 3, б). И наконец, объемно-центрированная кубическая ячейка содержит частицы в вершинах и в центре куба (рис. 3, в).
Статья на тему Форма кристаллов
Источник
Кристаллография это наука о кристаллах: об их форме, происхождении, структуре, химическом составе и физических особенностях. Она является одной из научных дисциплин геологического цикла, наиболее тесно связанная с минералогией, находящаяся на стыке их и химии, математики, физики, биологии и т. д. Имеет и теоретическое, и прикладное значение.
История
Развитие кристаллографии подразделяют на три этапа: эмпирический (собирательный), теоретический (объяснительный), современный (прогностический).
Первые кристаллографические наблюдения относятся к античным временам. В древней Греции были предприняты первые попытки описания кристаллов с акцентом на их форму. Этому способствовало создание геометрии, пяти платоновых тел и множества многогранников.
В дальнейшем кристаллография развивалась в рамках минералогии в составе единого геологического научного направления. При этом она являлась исключительно прикладной дисциплиной, так как, по утверждению Р.Ж. Гаюи 1974 г., была наукой о законах огранения кристаллов.
И. Кеплера, создавшего в 1611 г. трактат «О шестиугольных снежинках», считают предшественником структурной кристаллографии.
В 1669 г. Я. Стеноп вывел принцип роста кристаллов, в соответствии с которым данный процесс происходит не изнутри, а путем наложения на поверхность приносимых жидкостью извне частиц. Также он отметил отклонение реальных кристаллов от идеальных многогранников.
В том же году Н. Стенсеном был сформулирован «закон постоянства углов кристаллов». В дальнейшем его же выводили многие независимые исследователи.
Термин «кристаллография» для обозначения науки о кристаллах впервые предложил в 1723 г. М. Капеллер. Таким образом, накопление знаний происходило до XIX в.
В качестве самостоятельной дисциплины кристаллография была описана в 1772 г. Ж. Б. Луи Роме-де-Лилем. К тому же, благодаря его трудам, в 1783 г. был окончательно утвержден закон постоянства углов. Так, он отметил, что возможно изменение граней кристаллов по форме и размерам, однако углы их взаимного наклона постоянны для каждого вида.
В начале существования кристаллографии в качестве отдельной научной напдисциплины наиболее интенсивно развивалось ее геометрическое направление.
Для измерения углов кристаллов М. Караижо создал специализированный прибор — прикладной гониометр, на основе чего зародился первый кристаллографический метод — гониометрия.
К.С. Вейссом был выведен закон зон (зависимость между положением ребер и граней), а Рэнэ-Жюст Гаюи сформулировал закон рациональности разрезов по осям, а также открыл плоскости спайности. В то же время последнее открытие было совершено Т. Бергманом.
В 1830 г. И. Гессель и в 1869 г. А. Гадолин определили наличие 32 видов симметрии и подразделили их на 6 сингоний.
В 1855 г. О. Браве вывел 14 типов пространственных решеток, а также ввел два элемента симметрии (центр и плоскость симметрии) и сформулировал определение симметричной фигуры.
П. Кюри определил семь предельных групп симметрии и зеркальные оси симметрии. На основе этого был сделан вывод о том, что симметрия определяет внешнюю форму кристалла, и всего существует девять ее элементов.
В 1855 г. Е.С. Федоров также вывел 32 класса симметрии и занялся нахождением определяющих расположение атомов, ионов, молекул в кристаллах геометрических законов.
В XX в. началось интенсивное развитие физического (кристаллофизики) и химического (кристаллохимии) направлений, благодаря открытию дифракции рентгеновских лучей в кристаллах У.Л. Брэггом и Г.В. Вульфом, созданию метода рентгеноструктурного анализа и первым расшифровкам кристаллических структур в 1913 г. У.Г. и У.Л. Брэггами.
Таким образом, на втором этапе развития кристаллографии происходило исследование форм кристаллов и выяснение законов их строения.
Современная наука
В настоящее время кристаллография наиболее интенсивно развивается в экспериментальном и прикладном направлениях.
Данная дисциплина включает следующие разделы:
- кристаллофизику – исследует физические особенности кристаллов: оптические, тепловые, механические, электрические,
- геометрическую – рассматривает их формы, метрические параметры кристаллической решетки, углы и периоды повторяемости элементарной ячейки, устанавливает законы огранения и разрабатывает методы описания,
- кристаллогенез – изучает формирование и рост кристаллов,
- кристаллохимию – исследует связь физических особенностей с химическим составом, закономерности расположения атомов в кристаллах, химические связи между ними, атомную структуру,
- структурную – изучает атомно-молекулярное строение кристаллов,
- обощенную – использование структурных и симметрийных закономерностей кристаллографии в рассмотрении свойств и строения конденсированного вещества: жидкостей, аморфных тел, полимеров, надмолекулярных структур, биологических макромолекул.
В кристаллографии существует система понятий для дифференциации многогранников и кристаллических решеток. Она включает в иерархическом порядке категории симметрии, сингонии, кристаллографические (кристаллические) системы, решетки Браво, классы (виды) симметрии, пространственные группы.
Основным среди них считают сингонии. Это кристаллографические категории, в которые объединяют кристаллы на основе наличия определенного набора элементов симметрии. Нужно отметить, что существует путаница между терминами «сингония», «система решетки» и «кристаллическая система», в связи с чем часто их применяют как синонимы. Всего существует семь сингоний: триклинная, моноклинная, ромбическая, тригональная, тетрагональная, гексагональная, кубическая. Первые три относятся к низшей категории, вторые три к средней и последняя к высшей. Категории выделяют на основе равенства трансляций либо количества осей высшего порядка.
Теоретическую основу кристаллографии составляет учение о симметрии кристаллов. Изучение процессов их образования, таких как зарождение, молекулярная кинетика движения фазовой границы, массо- и теплоперенос при кристаллизации, формы роста, дефектообразование, осуществляется с позиций физико-химической кинетики, статистической и макроскопической термодинамики.
К прикладным вопросам относят изучение структуры реальных кристаллов, их дефектов, условий формирования, влияния на их свойства, синтеза.
Кристаллографию считают промежуточной дисциплиной. Наиболее тесно она связана с минералогией, так как зародилась в качестве ее раздела. Помимо этого, она связана с петрологией и прочими геологическими дисциплинами. Кристаллография расположена на пересечении геологических наук, органической химии, математики, физики, радиотехники, химии полимеров, акустики, электроники и связана с молекулярной биологией, металловедением, прикладным искусством, материаловедением и т. д. Связь со многими из данных наук обусловлена общностью подхода к атомному строению вещества и близостью дифракционных методик.
Предмет, задачи, методы
Предметом данной науки являются кристаллы. Ее задачи состоят в исследовании их происхождения, структуры, химических и физических особенностей, происходящих в них процессов, взаимодействия с окружающей средой, изменений в результате различных воздействий.
Кроме того, сфера исследования кристаллографии включает анизотропные среды или вещества с близкой к кристаллической атомной упорядоченностью: жидкие кристаллы, кристаллические текстуры и т. д., а также агрегаты из микрокристаллов (поликристаллы, керамики, текстуры). К тому же она занимается внедрением теоретических достижений в практическую сферу.
Одним из специфических методов кристаллографии является гониометрия. Он состоит в применении для описания, объяснения и предсказания особенностей кристаллов и происходящих в них процессов углов между гранями. Также это позволяет идентифицировать кристаллы путем определения симметрии. Особо высоким значением гониометрия обладала до открытия дифракции рентгеновских лучей, так как являлась основным методом кристаллографии.
Помимо этого, к кристаллографическим методам относятся черчение и расчет кристаллов, их выращивание и измерение, оптическое исследование, рентгеноструктурный, кристаллохимический, электронографический анализы, нейтронографию, электронографию, оптическую спектроскопию, электронную микроскопию, электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс и др.
Образование и работа
Кристаллографии обучают в рамках минералогии на геологических специальностях. Кроме того, существует отдельная специальность, которая ввиду узкоспецилизированности встречается крайне редко.
Кристаллографы работают в научно-исследовательской сфере в НИИ и лабораториях.
Заключение
Кристаллография изначально являлась исключительно прикладной дисциплиной, достижения которой использовались в ювелирном деле. Самостоятельной наукой она стала в XIX в. В настоящее время сфера исследования кристаллографии включает происхождение, свойства, состав, связь с окружающей средой кристаллов и кристаллоподобных веществ и происходящих в них процессов. Ввиду узкоспециализированности данная специальность встречается крайне редко, а профессия востребована в научно-исследовательской сфере.
Источник