ЗАКОНОМЕРНО ПОСТРОЕННЫЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ АГРЕГАТЫ
Закономерно построенные кристаллические агрегаты характерризуются некоторыми особенностями своих физических свойств, отражающих способы их формирования. В образовании этих агрегатов играет роль ряд явлений, с которыми следует предварительно познакомиться.
ОРТОТРОПИЗМ
Под термином «ортотропизм» понимают рост кристаллов в направлении, перпендикулярном к плоскости или линии зарождения кристаллов. Это характеризует кристаллизацию как в при родных условиях (например, в жеодах, жилах и т. д.), так и при приготовлении искусственного льда в формах, получении пьезоэлектрических текстур.
Ортотропизм легко можно демонстрировать на предметном стекле. На каплю расплавленного салола кладется круглое или квадратное покровное стекло. Препарат зажимается между предметным и покровным стеклом, после чего быстро обводят предварительно зараженной иглой окружность или квадрат. Структура, которая получается под круглым покровным стеклом, напоминает природные жеоды или секреции (рис. 93,а). Под квадратным стеклом получается фигура, напоминающая конверт (рис. 93,6). В результате столкновения кристаллов, растущих перпендикулярно к сторонам квадрата, на его диагоналях образуются швы.
Были попытки объяснить явление ортотропизма ориентирующим действием направленной отдачи тепла. А. В. Шубников убедительно показывает, что причина в данном случае имеет чисто геометрический характер. Возникшие на поверхности или на линии центры кристаллизации могут расти в стороны только до момента соприкосновения друг с другом. Дальнейший рост кристалла будет возможен только вперед, т. е. по перпендикуляру к линии или поверхности, на которой возникли центры кристаллизации.
РИТМИЧЕСКИЙ РОСТ
Ритмический рост представляет собой мало распространенное явление. Ритмические явления не однообразны. В данном случае рассматривается только периодический рост кристаллов в тонких слоях.
Если на поверхности предметного стекла в тонком слое переохлажденного расплава салола вызвать кристаллизацию в одной точке, то образуется агрегат многочисленных кристаллов, представляющих собой ряд концентрических кольцевых валиков. Периодичности при кристаллизации салола А. В. Шубников дает следующее объяснение: «При росте кристаллов из одной точки, поверхностное натяжение тонкого слоя жидкости уменьшается, вследствие чего жидкость начинает отступать от растущих кристаллов; верхняя поверхность кристаллов при этом оголяется и начинается рост за счет капиллярного поднятия жидкости. В результате оттока жидкости к центру и от центра, в кольцеобразном пространстве, окружающем растущие кристаллы, вся или почти вся жидкость оказывается израсходованной.
Дальнейший рост, очевидно, возможен только за этой опустошенной полосой в области, где еще держится низкая температура и куда кристаллизация может быть передана по тонкому слою вещества через истощенную полосу или непосредственно или путем отрывания зародышей от растущих кристаллов».
Периодические структуры впервые были изучены Лизегангом и получили свое название по имени этого автора. Кольца Лизеганга изучены в желатине. Прежде всего приготовляется смесь определенных количеств растворов желатины, двухромокислого калия и лимонной кислоты. Эту смесь в горячем виде наливают на стекло. После застывания смеси на середину пластинки помещают каплю раствора азотнокислого серебра. Азотнокислое серебро (AgNO3), реагируя с двухромокислым калием (К2Сr2О7), образует микроскопические кристаллы двухромокислого серебра (Ag2Cr2O7), которые отлагаются концентрическими кольцами. Лимонная кислота добавляется для увеличения растворимости двухромокислого серебра; с возрастанием содержания кислоты расстояния между кольцами увеличиваются. Опыт лучше удается в темноте и при низкой температуре.
Видимо, два любых вещества при подходящих условиях могут образовать кольца Лизеганга, если только при реакции этих веществ возникает нерастворимый осадок. Многие факторы влияют на форму структуры. Температура, влияя на скорость реакции, на скорость диффузии растворов и на вязкость желатины, тем самым оказывает действие на характер колец. Сама среда, в которой происходит реакция, принимает участие в образовании периодических структур. Например, кольца двухромокислого калия не удается получить, если заменить желатину агар-агаром, хромат свинца дает кольца в агар-агаре. Вероятно, среда не участвует в самой реакции, так как кольца могут возникать и в среде, не содержащей геля, в капиллярных трубочках или в тонком слое между покровным и предметным стеклами. Эти факты служат подтверждением волокнистой природы гелей. На структуру колец оказывают влияние примеси, электрическое поле, давление и время, истекшее после приготовления гелей. Периодические структуры могут быть получены также без химических реакций. Например, можно получить в капиллярной трубке периодическую структуру осадка NaCl, заставляя диффундировать в раствор соли соляную кислоту.