Jak příroda ovládá geometrii?

Krystaly byly mezi prvními geometrickými útvary v přírodě, které upoutaly pozornost nejen vědců. Lidé se postupně naučili tyto fascinující objekty využívat ba dokonce začali vyrábět své vlastní, které by v přírodě nevznikly.Krystaly byly mezi prvními geometrickými útvary v přírodě, které upoutaly pozornost nejen vědců. Lidé se postupně naučili tyto fascinující objekty využívat ba dokonce začali vyrábět své vlastní, které by v přírodě nevznikly.

Většina krystalických látek, ať už přírodních nebo umělých, je tvořena krystaly nepravidelně vyvinutými, často mikroskopických rozměrů. Hovoříme-li o krystalu, většina lidí si patrně představí cosi krásného, vzácného a často i drahého. Ti zasvěcenější si už možná vybaví různobarevné přírodniny vyrovnané v muzejních vitrínách, jejichž vznik a chemické složení se řídí určitými zákonitostmi. Málokdo si ale uvědomuje, že nás krystaly obklopují téměř na každém kroku. Obvykle je okem nevidíme, ba dokonce nás ani nenapadne, že ta která věc je z nich složena.

Krystaly již od pradávna přitahovaly pozornost člověka. Zpočátku v nich spatřoval cosi magického a často jim přisuzoval léčivé účinky, později se naučil využívat jejich mimořádných vlastností. Mohou tak dnes být i základem uměle vyrobených kovů a jejich slitin užívaných v mnoha odvětvích průmyslu.
 

 
I horniny jsou krystaly!

 
Krystaly nejrůznějších minerálů jsou základem hornin a tedy všech horstev na Zemi. Za jakých podmínek ale vznikají? Co je to vlastně krystal z pohledu vědců?

Ideální krystal je …

Aby vědci přesně vymezili význam slova krystal museli vytvořit jeho definici. A co že se pod touto definicí skrývá? Přírodovědec definuje krystal naprosto suše a netajemně jako „chemicky homogenní těleso s pravidelnými vnějšími tvary a s pravidelným vnitřním uspořádáním stavebních částic“. Krystal je obvykle výrazně omezen krystalovými plochami. Rozmístění a vzájemná poloha těchto ploch v prostoru mají své zákonitosti a jsou projevem vnitřního uspořádání atomů v krystalové struktuře. Pokud by se tedy kterýkoliv krystal vyvíjel v ideálním prostředí, kde by mu byl zajištěn pravidelný a dostatečný přísun jeho stavebních částic a okolní podmínky by umožnily krystalu neomezeně růst do všech směrů, pak by se vyvinul naprosto  rovnoměrně.

Co se děje uvnitř? 

Krystaly které nalézáme v přírodě patří mezi pevné látky, které můžeme zjednodušeně rozdělit na amorfní (beztvaré) a krystalické, kdy hlavní rozdíl mezi nimi je v uspořádání atomů. V amorfních látkách jsou atomy rozmístěny nepravidelně, kdežto v látkách krystalických jsou uspořádány zcela pravidelně v tzv. krystalových strukturách.
Atomy skládají určité opakující se jednotky, které se nazývají základní buňky. Každá taková základní buňka obsahuje stejný počet atomů jednotlivých prvků či molekul, jaký je pak uváděn v chemickém vzorci dané látky. Atomy, ionty či molekuly tvořící základní buňky, jsou vzájemně poutány různými typy chemických a fyzikálních vazeb. Základní buňky jsou však příliš malé na to, aby mohly být pozorovány okem či mikroskopicky, ovšem při seřazení dostatečně vysokého počtu těchto stavebních jednotek, může být jejich tvar, nebo alespoň souměrnost , pozorován v podobě krystalů.

Pro představu ohromujícího množství těchto stavebních prvků, nutných pro tvorbu krystalu, si můžeme uvést například obyčejné zrnko soli kamenné na běžném pečivu, které je tvořeno až 1018  (číslo s 18 nulami) základních buněk složených z iontů sodíku a chlóru.

Musí se měřit úhly!

V encyklopediích, učebnicích a při výuce mineralogie jsou pro názornost vyobrazovány právě krystaly ideální, rovnoměrně vyvinuté, ale v přírodě se s nimi téměř nesetkáváme. Platí zde bohužel, tak jako v životě, že jako není ideálního muže či ženy, není tedy ani ideálního krystalu.
V naprosté většině proto vznikají krystaly nerovnoměrně vyvinuté, což má na svědomí nepravidelný přísun nebo nedostatek zdrojové látky či nějaké jiné  faktory ovlivňujícími jejich růst. Důležité ovšem je, že i na naprosto nepravidelném nerovnoměrně vyvinutém krystalu zůstávají mezi plochami zachovány úhly, takže krystalová souměrnost se nemění. Nerovnoměrně vyvinutý krystal pak nezkušenému oku může připomínat krystal zcela jiný.

 
Dvě tváře stejné látky

Vědci si dávno povšimli, že existují skupiny krystalů vykazující společné prvky souměrnosti (symetrie). Krystaly proto byly podle souměrnosti klasifikovány do sedmi krystalografických soustav. Nejvíce souměrná a tedy nejsložitější je krychlová soustava, jejímž nejčastějším tvarem je krychle. Ostatních šest soustav v pořadí klesající souměrnosti jsou soustavy šesterečná, čtverečná, klencová, kosočtverečná, jednoklonná a trojklonná.
Známe však i chemické látky, jejichž atomy se mohou a dovedou uspořádat v prostoru různými způsoby. Vznikají tak minerály stejného chemického složení, ale různých krystalových struktur. Asi nejznámějším příkladem této zvláštní schopnosti je grafit a diamant, které jsou oba tvořeny z uhlíku, ale jejich krystalové struktury jsou zcela odlišné. Grafit je měkký a diamant je naopak nejtvrdší známou látkou.

Co je základem horniny?

Kterákoliv krystalová plocha, kterou na krystalu můžeme vidět, je součástí nějakého tvaru krystalografické soustavy. Existují však i takzvané spojky, což jsou krystaly, které nepatří tam ani tam, protože vznikly kombinací několika různých krystalových tvarů. V přírodě jsou samozřejmě takové spojky tvarů mnohem častější než tvary jednoduché, takže určit správnou soustavu je někdy velice obtížné.
Jak již bylo řečeno, volné krystaly se v přírodě vyskytují vzácně a většinou jsou spíše seskupeny do nejrůznějších srůstových forem. Tak například krystaly vznikající v těsném sousedství, které nemají vlastní krystalové plochy, se označují jako agregáty. Ty jsou pak základem hornin.

Krása z hlubin země

Volné krystaly jsou ve skutečnosti v přírodě velmi vzácné. Jak ale vznikají? Co jim dává mnohdy tak fascinující tvar?

Dvojčata nebo trojčata?

Vlastními plochami omezené krystaly vznikaly tam, kde měly prostor pro svůj růst, například v prasklinách horninových masívů, nebo v dutinách po unikajících plynech. Na takových místech pak mluvíme o drúzách, tedy krystalech narostlých na společném podkladu, nebo o geodách, což jsou krystaly vyplňující kulovité dutiny. Příkladem může být třeba achát, který často tvoří jakési jeskyňky, v jejichž středu se nacházejí krystaly křišťálu, ametystu nebo záhnědy. Podle kresby v achátu se určují i jeho jména – obláčkový, okatý, zřítelnicový atd. K achátu patří i sardonyx, který má proužky červenohnědé a bílé a onyx, který je pruhovaný černě a bíle.
Pokud jsou krystaly srostlé náhodně, tvoří krystalové srostlice. Jednotlivé krystaly ovšem nemusí být pouze jednoduché, ale mohou vytvářet dvojčata, trojčata atd., neboli srůstat podle určitých zákonitostí. Takové krystaly se přitom   mohou stýkat svými plochami nebo se mohou navzájem někdy i velmi složitě prorůstat.

Jak vzniká přírodní krystal?

Samotný proces, při kterém krystalické struktury vznikají se obecně nazývá krystalizace. Krásné výtvory, které přitom příroda modeluje, se mohou vyskytnout při nejrůznějších podzemních situacích v mnoha odlišných podmínkách. K samotné krystalizaci dochází například při chladnutí magmatu a při srážení horkých plynů během sopečné činnosti, dále pak při vysychání mělkých mořských pánví anebo při vzniku rudních žil z horkých roztoků v horninových masívech. V případech, kdy tato zdrojová média obsahují jen jednu chemickou látku, vznikají krystaly jediného minerálu.
Ve skutečnosti jsou ale původní roztoky, plyny atd., obvykle složeny z mnoha chemických komponent a vznikají tak krystaly mnoha minerálů současně, nebo přesněji, v určité časové posloupnosti po sobě, s tím jak se mění fyzikální a chemické podmínky prostředí a celého systému. Nejběžnějším příkladem těchto takzvaných polykrystalických látek mohou být například obyčejné horniny, jako žula nebo čedič.

Nečistoty a defekty

Krystaly rostoucí v přírodním prostředí obvykle obsahují různé příměsi, což také v geologii může být vůdčí vlastností při jejich odlišení od krystalů uměle vyrobených. Nečistoty uvnitř krystalů mohou být důsledkem uvěznění nějakých cizorodých částeček během růstu krystalu. Některé krystaly proto obsahují uzavřené krystalky jiných minerálů a často také malé dutinky vyplněné plyny a kapalinami. Tyto dutinky, odborníky nazývané plynokapalné (fluidní) inkluze (cizorodé látky v nerostu) jsou pozůstatkem roztoků, ze kterých krystaly vznikaly. Studiem těchto inkluzí je možno získat informace o reálných podmínkách, jaké v přírodě panovaly v době vzniku krystalů a minerálů.
Některé inkluze mění dokonce i optické vlastnosti minerálů. Příkladem může být takzvaný modrý křemen, jenž je za normálních okolností zcela čirý, ale v důsledku nahromadění droboučkých jehličkovitých krystalků turmalínu, rozeznatelných až v mikroskopickém měřítku, se takový krystal křemene pak jeví jako modrý. Známějším příkladem tohoto jevu je takzvaný mléčný křemen, kterému zas dávají vzhled a barvu tisíce malých vzduchových bublinek.

Dalším příkladem krystalového defektu jsou vakance, kdy při velmi rychlém růstu krystalu zůstanou některá místa v krystalové mřížce neobsazená. To pak, stejně jako i většina ostatních defektů krystalu, může výrazně ovlivnit fyzikální vlastnosti krystalů.

 

Rekordmani

I mezi krystaly se občas najdou unikáty, které si svou velikostí a váhou v ničem nezadají s ostatními rekordmany v Guinessově knize rekordů.

 
Od mikro k mega 

To, že se krystaly vyskytují ve velikostech řádu mikrometrů a milimetrů asi není příliš překvapující. Několikacentimetrové krystaly již vzbuzují obdiv. Ale jak se asi pokocháme při pohledu na krystaly vážící několik kilogramů, desítek kilogramů nebo dokonce tun? Takové krystaly pak dosahují velikosti i několika metrů!
Obří krystaly jsou ohromujícím a dokonalým dílem přírody a vznikají pouze vzácně při souhře určitých fyzikálně-chemických a prostorových parametrů. Největší krystaly byly a jsou nalézány jen u omezeného množství minerálů,  například u křemene, turmalínu, živců, slíd, ale také u apatitu nebo berylu.

Kde je potřebná dutina…

Jedny z největších krystalů jsou obvykle nalézány v hrubozrnných horninách, tzv. pegmatitech, ve kterých se často vyskytují velké dutiny. Například z lokality Black Hills v jižní Dakotě pocházejí krystaly minerálu spodumenu v podobě sloupců o délce až 12 m a váze kamionu – až 37 tun.
V roce 2000 byla geology ve Španělsku poblíž města Almeria objevena velká dutina, do které by se vměstnalo 10 lidí a jejíž stěny byly pokryty obrovskými krystaly sádrovce, někdy i metrové velikosti. Ve stejném roce byl ohlášen objev jeskyně se stejným typem výplně v mexickém komplexu Naica, odkud byly hlášeny i krystaly sádrovce o velikosti 12 m.

380tunový krystal

Dalším velmi známým nalezištěm obřích krystalů je Brazílie. Ve státě Minas Geraís poblíž města Galileia byly nalezeny krystaly křemene a živců o objemu několika metrů krychlových nebo krystal berylu o váze 20 tun.
V Brazilském Rio Grande do Sul zas byla nalezena dosud největší ametystová geoda, dosahující délky 10 m, šíře 4,8 m a váhy 7 tun.

Avšak jako největší krystal na světě uvádí většina odborníků krystal berylu z naleziště Malakialina (Madagaskar), který měřil 18 m na výšku, 3,5 m v průměru a jeho vypočtená váha odpovídala 380 tunám, což je srovnatelné s hmotností obřího Boeingu 747. Náhrdelník z takového krystalu berylu by nemohl nosit na krku ani dinosaurus.

Krystaly v rukou lidí

Tradice využití krystalů je dlouhá a vznikalo kolem nich i spousta mýtů.

Hodí se však i k něčemu jinému než jako ozdoba či amulet?

Poslední výzkumy ukazují, že technologické využití diamantu je mnohem starší, než se archeologové doposud domnívali. Podařilo se totiž najít doklady, že například diamant se používal již ve starověké Číně k broušení obřadních pohřebních sekyrek před 4500 lety, tedy už v době kamenné.

Mohou krystaly léčit?

Stejně jako podkova či čtyřlístek i krystaly měly a stále mají svou symboliku. Byly vždy žádaným artiklem pro své domnělé léčivé účinky či tajemné síly. Víra v tyto vlastnosti přetrvává dodnes, nicméně dosud nebyl podán žádný vědecký důkaz, že by krystaly procházely nějaké druhy energií použitelné pro léčení.
Moderní okultisté a léčitelé přesto stále překrucují některé vědecké poznatky o krystalech, aby tak posílili víru v jejich léčivé účinky. Příjemný estetický dojem při nošení krystalů jako ozdob je však asi jejich jediným efektem.

Něco i pro kuřáky

Mnoho objevených fyzikálních vlastností krystalů bylo v zápětí lidmi využito, některé si na svůj vstup do světa lidí musely nějaký čas počkat. V optice se využívalo vlastností islandského kalcitu pro polarizaci světla a k výrobě takzvaného Nikolova hranolu, který sloužil k určování optické stáčivosti roztoků např. v cukrovarnictví. Ve starší radiotechnice zas byly krystaly využívány jako konstrukční prvek součástek k přijímání signálu. Vzpomeňme na kdysi slavnou krystalku…
V roce 1880 objevil Pierre Curie, že některé krystaly při patřičném stlačení produkují elektrický náboj. Tento jev byl označen jako tzv. piezoelektrický efekt, ale až do padesátých let minulého století nebylo této schopnosti krystalů nijak v praxi využito. První běžné technologické využití piezoelektrických vlastností krystalů se uskutečněno v gramofonových jehlách a měřících zařízeních. V dnešní době se této vlastnosti využívá téměř v každém zařízení, které vyžaduje velmi přesné měření a záznam dynamických změn mechanických vlastností jako jsou tlak, síla či zrychlení. Kuřáci se s touto vlastností krystalů setkávají při každém zapálení cigarety piezoelektrickým zapalovačem.

Laser na vzestupu

Jako příklady současných moderních aplikací, využívajících jedinečných vlastností krystalů, mohou posloužit solární panely či polovodiče, které nás dnes obklopují na každém kroku. Solární buňky, jejichž princip je založen na vlastnostech krystalků křemíku znečištěných borem a fosforem, například produkují takzvanou fotovoltaickou energii.
Krystal rubínu byl také nezbytnou rekvizitou při dalším velmi významném objevu minulého století, laseru. Americký fyzik Theodor H. Maiman v roce 1960 vyleštil koncové stěny krystalu rubínu, pokryl je tenkou vrstvičkou stříbra a po ozáření krystalu zeleným světlem jednou z vyleštěných ploch pronikl paprsek červeného laserového světla. Běžné využití laserů je v dnešní době na vzestupu. Najdeme je nejen v medicíně, ale třeba i v CD či DVD přehrávačích,  zaměřovačích, výpočetní technice…

Krystaly se jistě mohou počítat k materiálům jejichž potenciál nebyl zcela vyčerpán a které budou nadále zajímavými objekty výzkumu a vývoje.

Co nedokáže příroda

Ne všechny látky nám příroda nabízí v podobě dostatečně velkých a kvalitních krystalů. S rostoucím rozvojem přírodních věd se proto odborníci snaží připravovat krystaly látek sami. A daří se jim to! Začali nejprve se šperkařskými materiály, jako jsou rubín či diamant, a třebaže je jejich krystalizace složitá, podařilo se ji realizovat v laboratorních i průmyslových podmínkách. Takto získané krystaly se dnes běžně používají třeba jako součásti laserů (umělé granáty) nebo brusný materiál.
Lidé se naučili vyrábět i krystaly látek, které se v přírodě běžně nevyskytují, ale  mají přitom velmi cenné fyzikální vlastnosti. Takovými typickými materiály jsou polovodiče z krystalů křemíku nebo galium arsenidu. Při krystalizaci za řízených podmínek je možné cíleně vnášet do vznikajících krystalů potřebná  množství nečistot, (tzv. dopování krystalů) a tím měnit jejich fyzikální vlastnosti podle potřeby.

Umělé granáty se vyrábí zhruba od roku 1960. Jsou známy pod zkratkou YAG (yttrium-aluminium-garnet) a dosahují dokonce tak vysoké kvality, že bývají označovány za umělé diamanty. Bez příměsí jsou totiž bezbarvé! Přimíšením některých prvků se však dá docílit červeného (zirkonium), fialového (europium), zeleného (yterbium, zirkonium, cer) či modrého (europium, zirkonium, terbium) zbarvení. Přitom modré granáty se v přírodě vůbec nevyskytují a mohou tak být snadno zaměněny třeba s akvamarínem. Není příliš známo, že naprostá většina šperků v běžných zlatnictvích je osazena právě syntetickými drahokamy.
Dnes odborníci pod pojmem krystal rozumí trojrozměrně periodickou atomovou  strukturu, a tak se vedle minerálů objevují mezi krystaly třeba i slitiny kovů (skládají se z mikroskopických různě orientovaných krystalových zrn) a krystalizovat lze i proteiny. Při posuzování zda je látka krystalická tedy není důležitý vnější tvar, ale vnitřní pravidelná struktura.

Jak se rodí umělý diamant? 

Většina diamantů používaných dnes na celém světě v průmyslu je syntetických. Uvádí se, že každý rok je v průmyslu spotřebováno 200 tun drobných diamantů, případně diamantového písku.

Stálost diamantů i při vysokých teplotách může znamenat revoluci ve výrobě vysoce výkonných procesorů nebo může například pomoci i při vytvoření  automobilu na elektrický pohon, dostupný široké veřejnosti.

Diamantová revoluce ve vědě

Od super tvrdých vrtáků, přes polovodiče až k optickým nástrojům, ve všech těchto oborech jsou v současnosti umělé diamanty využívány. Jejich využití v průmyslu se stále rozšiřuje a pokrok ve výrobě umělých diamantů připravuje půdu pro mnoho dalších inovací. Diamant jako materiál je nyní tím, čím byla ocel v 50. letech a silikon v 90. letech devatenáctého století. Během následujících 50 let se jeho potřeba ještě zvýší, jenže v přírodě ho pro všechny zájemce není dostatek. Přitom použití diamantu například místo silikonu by mohlo zredukovat současné velké množství obvodů až o 20%.

Jak na to?

Umělé diamanty se dnes vyrábějí dvěmi metodami – HPHT (vyvinuta společností General Electric v polovině 20. století) a CVD. Při HPHT se diamanty „pečou“ za vysokých teplot a tlaků, kdežto CVD (Chemical vapor deposition) je podstatně něžnější metoda kondenzace par na vhodném podkladu (známá mimo jiné i z výroby nanotrubek), kterým je zde přímo diamant. Směs vodíku s metanem je při této metodě bombardována nabitými částicemi nebo přímo plazmou. To vyvolá složitou chemickou reakci a následně déšť uhlíku dopadající na podklad, kde ztvrdne ve formě diamantu.
Výroba pomocí CVD metody může ovlivnit tvar diamantu mnohem lépe než dříve používaná technologie HPHT, kdy se stlačoval uhlík za použití roztaveného kovu jako katalyzátoru. To znamená, že nyní může být vyrobena i opravdu slabounká vrstvička diamantu pro použití do mikroprocesorů nebo tenký diamant pro další použití.

Zatímco pomocí HPHT bylo vyrobeno poměrně málo kvalitních drahých kamenů, většina byla zbarvena do žluta či do hněda, technologie CVD dává mnohem lepší výsledky. Výroba je lépe řízena a produktem je bezbarvý diamant. 
 

Rekordní umělý diamant
Právě pomocí vylepšené metody CVD se odborníkům z Carnegie Institution of Washington podařilo připravit rekordní umělý diamant o hmotnosti 10 karátů (2 g), který dosahoval šperkařské kvality. Jakým způsobem metodu CVD vylepšili vědci zatím neprozradili. Starou technologií se ale dosud dařilo vyrábět umělé diamanty maximálmě tříkarátové.

Největší diamant se vyráběl rychlostí jedné desetiny milimetru za hodinu a podle vědců je možné jít až na 0,3 mm/hod a teoreticky až na 1 mm/hod. Tím se otevírá cesta k širšímu využití diamantu ať už jako náhrady křemíku v procesorech, v levnějších nástrojích pro obrábění nebo se takové diamanty (v briliantovém výbrusu) mohou objevit i jako šperky. Stane se tak nyní diamant běžnou surovinou jako je nyní křemík?

Honba za diamanty

Zrodila se tak ne jedna, ale hned dvě technologie, které dokážou vyrobit umělé diamanty v takové kvalitě, že je ani zkušení klenotníci nerozeznají. Jednu vyvinula bostonská firma Apollo Diamond, druhou firma Gemesis se sídlem v Sarasotě na Floridě. Nejméně další tři firmy na nových technologiích výroby umělých diamantů pracují. Nejde přitom už o drobné diamanty k průmyslovému použití. Jde o nádherné diamanty pro klenotnické účely mnohdy zabarvené tak, jak móda žádá. Může jejich zrod ovlivnit trh diamantů? Může se zhroutit? Ztratí diamanty svou cenu?
 K tomu, aby byl diamant identifikován jako uměle vyrobený, je zapotřebí celá soustava velmi složitých a drahých přístrojů a zkoušek. A ještě není stoprocentně jisté, že bude bezpečně identifikován.

Pravý nebo umělý?

Jak tedy odlišit pravý diamant od umělého? Odborníci z Mezinárodního gemologického institutu v New Yorku pracovali nejdříve s vysoce výkonnými mikroskopy. Pak použili drahý laserový přístroj a poté přišly na řadu dva speciální přístroje dodané firmou De Beers, dnes největším obchodníkem a  zpracovatelem diamantů na světě. První přístroj, nazvaný DiamondSure, zkoumá obsah dusíku, druhý DiamodView je schopen zjistit jak diamant rostl a jeho strukturu. Dosahuje se toho s použitím vysoce koncentrovaných ultrafialových paprsků.
Problém je, že tyto velmi složité testy dokážou odhalit diamanty vyrobené velkým tlakem a teplotou (metodou HPHT), ale nedokážou odhalit napřílad diamanty firmy Apollo Diamond, protože v jejich komorách rostou diamanty podobným způsobem jako v útrobách Země. 

Účinný se ukázal až poslední test, kdy se diamant nejdříve zchladil v tekutém dusíku a pak jím nechaly procházet laserové paprsky a analyzovala se jejich vlnová délka. Přírodní diamant má vlnovou délku 741 nm, diamant Apollo 737 nm. A to je definitivně jediný rozdíl. Takové zkoušky se však vyplatí dělat jen u šperků světové úrovně, kdy bude při koupi či prodeji unikátů nezbytné zjistit, zda jde skutečně o přírodní diamant.

Více se dozvíte:

http://www.natur.cuni.cz/~mineral/index.html
http://www.xray.cz/kurs/krystaly.htm

http://un2sg4.unige.ch/athena/mineral/mineral.html
 

Krystalové soustavy a příklady tvarů krystalu
Soustava: Osní kříž: Příklad krystalu Foto

1) Trojklonná (triklinická) – sem patří krystaly s nejnižší souměrností. Tři osy osního kříže (a,b,c) jsou různě dlouhé a úhly mezi nimi jsou také různé. Důležité minerály:albit, modrá skalice (chalkantit)     
2) Jednoklonná (monoklinická) – tato soustava má opět tři nestejně dlouhé osy, ovšem mezi osami a, b jsou pravé úhly; úhel b > 900.Důležité minerály:azurit, malachit, ortoklas, sádrovec, slídy     

3) Kosočtverečná (ortorhombická) –  soustava je charakteristická třemi různě dlouhými na sebe kolmými osami (a, b, c).Důležité minerály:aragonit, olivín, topaz     
4) Čtverečná (tetragonální) – tato soustava má dvě stejně dlouhé osy a1, a2 a různě dlouhou osu c. Osy a1, a2 i c jsou na sebe kolmé.Důležité minerály:chalkopyrit, kasiterit    

5) Šesterečná (hexagonální) – v této soustavě jsou již čtyři osy. Tři jsou stejnocenné  (a1, a2, a3) a svírají navzájem úhel 60°. K nim je kolmá osa c.Důležité minerály:apatit, beryl, led     
6) Klencová (trigonální) – klencová soustava je příbuzná soustavě šesterečné a má tedy stejný osní kříž.  Důležité minerály:hematit, kalcit, korund, křemen, turmalín     

7) Krychlová (kubická) – krychlová soustava má nejvyšší souměrnost. Je charakterizována tříosým křížem, kde jsou všechny osy stejné a na sebe kolmé.   Důležité minerály:diamant, fluorit, granát, pyrit, zlato, stříbro, měď     

Vědy zabývající se krystaly

Mineralogie je věda zabývající se určováním, popisem, vlastnostmi a v poslední době především vznikem, stabilitou a přeměnami minerálů. Velmi důležitou součástí mineralogie je krystalografie, která se zabývá specielně studiem krystalů (jejich strukturou, vnitřním složením, růstem, vlastnostmi, atd.) Název krystalografie pochází z řeckých slov „krystallos“ (studená kapka či zmrzlá kapka – smysl slova se vztahuje na všechny pevné látky s určitou mírou průhlednosti) a „grafein“ (psát či popisovat). Zajímavým oborem mineralogie je také gemologie, která se věnuje studiu drahých kamenů a jejich využití ve šperkařství.

Umělý krystal…

Jeden z největších krystalů uměle vyrobených metodou rychlého růstu vážil 295 kg a vyrobili ho v národní laboratoři Lawrence Livermora Amerického ministerstva energetiky. Pyramidální krystal dihydrogen fosforečnanu draselného (KH2PO4) má rozměry přibližně 66 x 53 x 58 cm a byl vytvořen za 52 dní. Paradoxně i když patří mezi největší umělé krystaly byl po výrobě nařezán na tenké plátky, které budou použity jako filtry k převedení laserových infračervených paprsků na paprsky ultrafialové.

Nevysvětlená záhada krystalizace 

Krystalizace je mechanický proces. Při růstu více krystalů najednou dochází k mechanickému tření, lámání jednotlivých rostoucích krystalů. V některých případech je proces krystalizace spojen s uvolňováním světelných záblesků např. krystalizace soli kamenné (NaCl) z roztoku kyseliny chlorovodíkové (HCl) nebo krystalizace kyseliny N-acetylantracenitové z vody. Tento jev se nazývá triboluminiscence (opět z řečtiny „tribein“ – třít a z latiny „luminiscentia“ – světélkování). Zároveň při krystalizaci dochází k akustickým jevům – praskání.
Některé látky při krystalizaci vrůstají do rostoucího krystalu a dokonce rozpoznávají krystalové plochy. Jako příklad můžeme uvést krystaly dihydrogen fosforečnanu draselného na kterém barviva rozpoznají určitou plochu nebo tvar. Vznikají tak esteticky vyhlížející krystaly připomínající přesýpací hodiny. Tento jev však doposud nebyl přesně vysvětlen.

 
Co to je za krystaly?

Americký vynálezce a spolupracovník Thomase Edisona  Edward Goodrich Acheson začal v roce 1884 s vlastními experimenty na metodách výroby umělých diamantů v elektrické peci. Ohříval směsi jílu uhlíkovým obloukovým světlem a nacházel pak lesklé, šestiúhelníkové krystaly (karbid křemíku), které se vázaly k uhlíkové elektrodě. Protože se nejprve mylně domníval, že jde o krystaly sloučeniny uhlíku a hliníku z jílu, vymyslel pro tyto krystalky obchodní známku Carborundum. V 1891 pak v přístavu Huron postavil vlastní továrnu.  V ní k energeticky náročným pokusům s carborundem používal elektrárnu značné síly, navrženou Edisonem. 

Kdo byl první?

První úspěch ve výrobě umělých diamantů přišel v roce 1954. Tehdy Tracy Hall, vědecký pracovník ve výzkumu firmy General Electric v Schenectady ve státě New York vynalezl přístroj, který byl schopen vyvinout obrovský tlak a vysoké teploty podobné těm, při nichž se formují diamanty v zemi. 16. prosince 1954 na 38 minut přístroj vyvinul tlak 100 tisíc atmosfér na směs síranu železa a dva základní krystaly uhlíku a vytvořil několik prvních, i když velmi drobných umělých diamantů. Měly tvrdost 10 jako skutečné diamanty a byly proto velmi vhodné k průmyslovému použití. Zcela však postrádaly lesk a krásu přírodních. diamantů. Jejich krystalová struktura byla příliš nedokonalá.

Nálezy velkých krystalů v České republice
Nejen v exotických zemích jako je Brazílie, Madagaskar, aj. se můžeme setkat s velkými krystaly minerálů. I v naší malé zemičce se díky pestrému geologickému podloží občas setkáváme s unikáty. A je až neuvěřitelné, že se často nacházejí přímo pod našima nohama, například v horninovém podloží přímo pod ornicí na polích nebo ve stěnách povrchových lomů na štěrkový kámen. Tak například v pegmatitových dutinách jihozápadní Moravy jsou dosud nalézány krystaly záhněd  a živců, které dosahují i několika desítek centimetrů a váží před 50 kg. Z některých pegmatitů jižních a západních Čech byly zase popsány 50 cm dlouhé beryly, až metrová „krystalická slunce“ černého turmalínu nebo 1 m velké desky slídy. Některé rudní žíly na Hornobenešovsku, Příbramsku či Stříbrsku obsahovaly dutiny i přes deset metrů dlouhé, ve kterých byly dokumentovány velké krystalové drúzy kalcitu, galenitu či křemene o ploše několika metrů čtverečních. Na fluoritových ložiscích Krušných hor byly nalezeny dokonalé krychle fluoritu o hraně až 20 cm a třeba 30 cm dlouhé krystaly čistého kosočtverečného aragonitu u vesničky Hořenec v Českém středohoří patří k nejlepším a největším svého druhu na světě.

Rubriky:  Příroda
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Jakým způsobem psi vnímají zemské magnetické pole?

Jakým způsobem psi vnímají zemské...

Netradiční předmět výzkumu zvolili badatelé z České zemědělské...
Čeští vědci zkoumají mimořádně důležitého mořského prvoka

Čeští vědci zkoumají mimořádně...

Českobudějovičtí parazitologové získali další americký grant na výzkum mořského...
Jak se těží český granát?

Jak se těží český granát?

České granáty jsou díky své krvavě červené barvě nezaměnitelné a po špercích z nich...
České středohoří nabízí díky vulkanické činnosti ojedinělý ráz krajiny

České středohoří nabízí díky...

Můžeme být v klidu, všechny sopky na našem území jsou naštěstí již neaktivní....
Jak se utvářel povrch naší země?

Jak se utvářel povrch naší země?

Česká a moravská krajina rozhodně nejsou jednotvárné. Zemský ráj to...
Podaří se najít potraviny pro budoucnost?

Podaří se najít potraviny pro...

V roce 2050 by mělo na Zemi podle odhadů OSN žít 9,7 miliard lidí. Aby...
Vědci zkoumali, jak přežívají plži v trávicím traktu ptáků

Vědci zkoumali, jak přežívají plži v...

Jeden ryze český výzkum ukázal, že se ptáky nechávají v trávicím traktu...
Dvorská zoo spálí zásoby rohoviny z nosorožců

Dvorská zoo spálí zásoby rohoviny...

ZOO Dvůr Králové po třech letech znovu spálí svoje zásoby rohoviny z nosorožců. Tímto...
Na Kutnohorsku nalezen nový minerál

Na Kutnohorsku nalezen nový minerál

Českým vědcům se podařil zajímavý objev, když na Kutnohorsku objevili nový...
Čisté ovzduší v Česku? Stále jen nedostižná chiméra!

Čisté ovzduší v Česku? Stále jen...

Čistý vzduch, čistá voda, nezávadné potraviny. Zdá se to jako samozřejmosti,...

Nenechte si ujít další zajímavé články

VIDEO: Ruský lidový Rammstein!

VIDEO: Ruský lidový Rammstein!

Jak to dopadne, když se ruský folklór srazí s hudbou drsné...
Smutný žebříček: Celebrity, které zemřely příliš mladé!

Smutný žebříček: Celebrity, které...

Některé odešly na onen svět kvůli závislosti na návykových...
Kruté i spravedlivé zákony Vikingů: Jak řešili svoje spory?

Kruté i spravedlivé zákony...

Krvežízniví válečníci, zdatní mořeplavci a drsní dobyvatelé. I tak se dají...
Brány do pekla: Kudy se dá vstoupit do podsvětí?

Brány do pekla: Kudy se dá...

Odpradávna si také lidé ukazují tajuplná místa, o nichž se dohadují, že...
Tohle video obletělo svět! Jaké to je zaplavat si s mývaly?

Tohle video obletělo svět! Jaké...

Přijde vám plavání s delfíny už moc ohrané?...
Nový průzkum: Integrovali se muslimové do našich společností?

Nový průzkum: Integrovali se...

Podle rozsáhlého průzkumu Agentury Evropské unie pro základní práva (FRA)...
Dětští vojáci: Bez váhání vám prostřelí hlavu!

Dětští vojáci: Bez váhání vám...

Nad poničenými domy iráckého Kirkúku se vznáší dým. Za převrácenou dodávkou se...
Jindřich VIII.: Král, který kvůli ženám změnil dějiny církve!

Jindřich VIII.: Král, který kvůli...

Stal se králem, i když neměl. Založil svou církev kvůli ženě....
Slavné kauzy dočasně zmizelých dětí: Doma je nic neudrží!

Slavné kauzy dočasně zmizelých...

Devítiletému Semajovi Bookerovi (*1998) ze státu Washington se stýská po...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.