duimnael|upright=1.4|’n Kristal van ametiskwarts. ’n Kristal is ’n soliede materiaal wat bestaan uit atome, molekules of ione wat in 'n geordende patroon gerangskik is in al drie ruimtedimensies. Benewens hul mikroskopiese struktuur kan groot kristalle gewoonlik geëien word aan hul makroskopiese geometriese vorm, wat bestaan uit plat oppervlakke met spesifieke, kenmerkende oriëntasies. Suiwer stowwe vorm gewoonlik kristalle en word kristalvormig of kristallyn genoem. Materiale wat nie 'n geordende patroon vorm nie, word amorf genoem.
Die wetenskaplike studie van kristalle word kristallografie genoem en die proses waardeur kristalle vorm, kristallisering.
Voorbeelde van groot kristalle sluit in sneeuvlokkies, diamante en tafelsout. Voorbeelde van amorfe materiale sluit in glas, was en plastiek. Kristalglas is ook nie kristallyn nie.
Kristalle word gevorm wanneer 'n vloeistof in 'n vaste stof oorgaan en dit bestaan uit atome, ione en molekules wat simmetries gerangskik is. 'n Kristal word begrens deur plat vlakke wat so reëlmatig saamgestel is dat dit in die algemene voorkoms van die gekristalliseerde stat uiting vind. In die natuur is daar pragtige voorbeelde van kristalle, waarvan die kwartskristal een is.
Die woord kristal kan enigsins verwarrend wees aangesien dit na sowel 'n enkele kristal- wat uit klein kristalletjies bestaan - as na een van die kristalletjies kan verwys. Dit moet daarom as sodanig gelees word. Die uitwendige struktuur van kristalle kan verskil al het dit dieselfde inwendige struktuur, en die strukture word in die kristallografie bestudeer. Daar word dikwels van kristal modelle gebruik gemaak om die fisiese eienskappe daarvan te beskryf. Die kwantummeganika speel hierby 'n belangrike rol.
Inleiding Kristalle ontstaan wanneer 'n gesmelte stof stol en die vloeistof dan in 'n vaste stof oorgaan, of wanneer die vaste stowwe in 'n oplossing onderling verbind. In teenstelling met vloeistowwe is die materie in kristalle baie georden en bestaan dit uit die herhaling van 'n motief (patroon) wat uit een of meer atome, ione of molekules opgebou is. Daarom kan kristalle gewoonlik uitgeken word aan hul gladde, plat oppervlakke wat netjiese, skerp hoeke met mekaar vorm.
As die groepies kristalle ordelik in een kristal gerangskik is, het dit die enkelvoudige voorkoms van individuele stafies en blokkies wat enkelkristallyn genoem word. Baie kristalle vertoon egter hoekig en bonkig en staan as polikristallyne bekend. Kristalle is ongelooflik reëlmatig en hoewel kristalformasies soms na deurmekaar massas lyk, sal die reëlmaat duidelik blyk indien die hoeke wat die plat vlakke met mekaar vorm, gemeet word. Die ordelikheid van kristalle bring dan ook mee dat dit herkenbare strukture het.
Die verwantskap tussen die strukture van verskillende kristalle het aanleiding gegee tot die indeling daarvan in groepe of klasse sodat dit daarvolgens uitgeken kan word. Vanweë die tallose fatsoene het klassifikasie aanvanklik na 'n onbegonne taak gelyk, maar die Deense fisikus Nicolaus Steno het die eerste stap in die regte rigting gedoen deurdat hy 'n kristal in seksies gesny en vasgestel het dat die plat vlakke hoeke met duidelik herhaalbare projeksies vorm.
Daarna is kristalle nie meer deurgesny nie, maar in stereografiese projeksies ontleed. In 'n stereografiese projeksie word die fatsoen van ʼn enkelkristal op papier in 'n driedimensionele (isometriese) projeksie binne 'n sfeer geplaas en die hoeke aangedui wat die vlakke met mekaar vorm. Dit word dan op 'n plat vlak geprojekteer en die struktuur van elke kristal word herkenbaar. As die punte van 'n stereografiese projeksie met mekaar verbind word, vorm dit strukture met 'n voorkoms wat aan ’n rooster herinner.
By verdere ontleding van die projeksies het die gedagte ontstaan dat kristalle uit klein deeltjie-eenhede of selle bestaan wat in 'n kristalrooster herhaal word. Die kristalrooster kan beskou word as ’n wiskundige figuur wat deur die verbinding tussen die selle bepaal word terwyl die kristalstruktuur van die rangskikking van die selle afhanklik is.
Klassifikasie Die kompleksiteit van saamgestelde kristalle bring mee dat dit nie sommer op die oog geïdentifiseer kan word nie, maar as die simmetrie (herhaling van eenderse dele) van die kristal as ’n geheel bestudeer word, kan ’n rowwe klassifikasie gemaak word. Eerstens kan die simmetrie van ’n deursnitvlak in oënskou geneem word, dit wil sê die kristal word denkbeeldig in twee gedeel totdat twee identiese helftes verkry word.
By enkelvoudige kristalle Word helftes dikwels gesien wat 'n spieëlbeeld van mekaar is. Tweedens kan meer komplekse kristalle om 'n denkbeeldige as geroteer word, en dieselfde aansig sal 2, 3, 4 of 6 maal per omwenteling vertoon word. Die kristal het dan sogenaamde 2-, 3-, 4- of 6-voudlge simmetrie-as. Die simmetrie-as moet nie met die verwysings- of die kristallografiese as verwar word nie. Die kristallografiese asse word verkry wanneer lyne wat loodreg. met die kristalvlakke loop, mekaar In die middel van die kristal kruis.
Derdens kan die simmetrie van die plat vlakke weerskante van 'n kristal bekyk word. Elke kristal het gewoonlik minstens 2 kenmerkende plat (parallelle) vlakke. Op grond van simmetrie word kristalle in 7 stelsels ingedeel, naamlik die trikliene, die monokliene, die ortorombiese, die tetragonale, die trigonale, die heksagonale en die kubiese stelsels. Monokristallyne (enkel-) kristalle kan redelik maklik volgens die 7 kristalstetsels geïdentifiseer word, maar polikristallyne (meervoudige) kristalle nie, en moet daarom dikwels beoordeel word volgens die algehele indruk wat dit maak.
Sintetiese kristalle (kristalle wat in 'n laboratorium berei word) kan byvoorbeeld monokristallyn en daarom makliker herkenbaar gemaak word, maar natuurlike kristalle wat in minerale voorkom, leen hulle gewoonlik tot polikristallyne kristalle. Kristallograwe en geoloë is vir identifikasie dikwels net op die habitus (uiterlike voorkoms van ’n mineraal aangewese en het ’n beskrywende terminologie ontwikkel waarmee hulle die kristalvorm aandui. Die vorm (kristalvorm) sluit al die vlakke van simmetrie in en kan "oop" of "geslote" wees. In 'n kubus (vierkantige kristal) of 'n oktaëder (agtkantige kristal) omsluit die buitelyne 'n redelik reëlmatige liggaam en hulle is geslote.
Prismas en pinakoïdes (minstens twee-plat-vlakkig) het egter nie definitiewe afmetings nie, want dit kan enige lengte, breedte en hoogte hê en is oop. Die habitus van kristalle (of minerale) kan onder meer as volg beskryf word:
- piramidies
- kubusvormig
- prismaties (gelyksydig, maar ongedefinieerde punte en lengte)
- naaldvormig
- druppelvormig (stalakties)
- klont- en trosvormig
- korrelagtig (dendrities)
- takagtig (dendrities).
- lamelagtig (lae of foliate)
- blaaragtig (foliate)
- skulpvormig
- onreëlmatig (piritoëdries)
- bladvormig
- agtkantig (oktaëdries)
- vierkantig (tetraëdries)
- vyfkantig (pentaedries) skilferagtig (skaal)
- veselagtig
Benewens die habitus het kristalle ook definitiewe fisiese eienskappe soos termiese geleidingsvermoë, elektriese geleidingsvermoë, ligvoortplantingsnelheid en dies meer, maar daar is spesifieke fisiese, optiese en chemiese eienskappe waarvolgens kristalle geklassifiseer kan word.
Hardheid Hardheid moet nie met die weerstand teen breek verwar koper word nie. Op 'n skaal van 10 is hardheid die weerstand teen 'n krap- of skuurmerk wat met 'n voorwerp van bekende hardheid, soos 'n mes se lem, gemaak word. 'n Mens se vingernael het 'n hardheid van 2% en 'n meslem 'n hardheid van ongeveer 6. Speksteen (talk), 'n wit, vetterige gesteente, het 'n hardheid van 1 en voel seperig wanneer dit gehanteer word. So is die hardheid van gips byvoorbeeld 2, die van kalsiet 3, kwarts 7, topaas 8, en van die hardste van almal, diamant, 10. Materiaal met 'n hardheid van meer as 6 kan glas krap.
Breekvlak Kristalle kan gebreek of gekloof word. 'n Breekvlak verteenwoordig 'n onreëlmatige breuk waarin die opgestapelde kristalletjies dikwels met die blote oog gesien kan word. 'n Kloofvlak het ʼn baie reëlmatige voorkoms en is dikwels spieëlglad. Die breek- en kloofbaarheid van kristalle gee gewoonlik 'n goeie aanduiding van die interne struktuur en simmetrie van 'n kristal en kan ook as basis vir klassifikasie dien. Breekvlakke kom by kwarts en metaalhoudende minerale voor, terwyl kloofvlakke by kalsiet en mika voorkom. Die kwaliteit en rigting van 'n kloofvlak het ook 'n diagnostiese waarde.
Digtheid Die massa van kristalle is aan die digtheid daarvan verwant en met oefening kan daar 'n skatting van die digtheid gemaak word. Die digtheid van 'n stof word gedefinieer in terme van die massa per eenheidsvolume (g/cm3) of soortlike gewig (s.g.) en is afhanklik van die soort atome en hoe dig dit in die kristalstruktuur saamgepak is. Die atoomdigtheid het 'n groot invloed op kristalle, want kwarts en tridimiet is albei vorms van silikon (Si02), hoewel kwarts se s.g. 2,65 en tridimiet se s.g. 2,25 is. Die rede daarvoor is dat kwarts 'n geslote en tridimiet 'n oop kristalvorm het.
Glans Elke kristaloppervlak het 'n kenmerkende glans wat afhanklik is van die aard van die weerkaatsende vlak. Die weerkaatsende vlak gee gewoonlik 'n aanduiding van die kristalstruktuur maar kan soms effens misleidend wees omdat die glans van vlak tot vlak kan verskil.
Kristalglans word deur die graad van ligweerkaatsing en intensiteit beïnvloed, en so word 'n onderskei getref tussen metaal- en nie-metaalglans. Metale en sekere minerale absorbeer baie lig en selfs die dunste lagie daarvan is nog ondeursigtig. Die glans kan soos volg beskryf word:
- metaalglans
- submetaalglans (nie-suiwer metaalglans)
- nie-metaalglans waaronder:
- glasglans
- pêrelglans
- syglans
- diamantglans
- harpuisglans
- vetglans
- aardagtige glans.
Sommige glanse vertoon dof en andere nie en kan as sodanig as mat of blink beskryf word.
Deursigtigheid Die deursigtigheid of ondeursigtigheid van 'n kristal is van sy interne struktuur afhanklik en gee 'n aanduiding van die verhouding tussen die lig wat geabsorbeer en die lig wat deurgelaat word.
Ligbreking Wanneer lig met 'n skuins vlak op 'n kristal inskyn, word 'n gedeelte daarvan gereflekteer, 'n gedeelte geabsorbeer en 'n gedeelte gebreek (verbuig). Die hoek waarteen die lig in die kristal verbuig word, kan ook meehelp met die klassifikasie daarvan, maar word moeilik in die veld gemeet.
Smeer Hoewel 'n kristal soms streperig lyk, kan die werklike kleur daarvan bepaal word deur 'n streep daarmee oor 'n onverglaasde porseleinplaatjie (afstrykplaat) te trek. Die verpoeierde smeer wat op die plaatjie agterbly, word nie deur veel meer as die werklike kleur beïnvloed nie. Dit is waardevol by kristalklassifikasie en kom goed te pas by ondeursigtige en gekleurde minerale. By silikate kan dit egter misleidend wees omdat die meeste silikate net 'n wit streep laat, en dit boonop dikwels te hard is om ʼn behoorlike smeer agter te laat.
Kleur Kleur is een van die belangrikste eienskappe waaraan 'n kristal herken kan word. Kristalle absorbeer gedeeltes van die wit lig wat daarop val en die kleur word verteenwoordig deur die kleure (golflengtes) wat gereflekteer word. Die kleure is onder meer afhanklik van die chemiese samestelling, die kristalstruktuur en die hoeke wat die kristalvlakke vorm.
Fluoressensie Sommige minerale veroorsaak 'n gloed wanneer dit bestraal word en soms selfs nadat die bestraling opgehou het. Dit gebeur gewoonlik in die teenwoordigheid van ultravioletlig; die kristal fluoresseer dan.
lone