Tinh thể là gì? Phân biệt giữa đa tinh thể và đơn tinh thể?

1. Tinh thể là gì?

Ta hiểu về tinh thể như sau:

Theo các chủ thể là những nhà khoa học, tinh thể được định nghĩa chính là những vật thể được cấu tạo bởi các ion, nguyên tử hoặc phân tử theo trật tự nhất định và có ảnh hưởng nhiễu xạ chủ yếu là gián đoạn.

Trên vỏ Trái Đất, tinh thể cũng chiếm đến khoảng 99% lớp vỏ Trái Đất ở dạng vô sinh như khoáng vật, kim loại,….hay hữu sinh như cây, tế bào sinh vật, ADN,…..

Hiện nay đa số các vật thể rắn trong thiên nhiên đều có cấu trúc tinh thể. Trong một số điều kiện thích hợp, thể khí, lỏng và cả các vật chất phi tinh thể cũng có thể chuyển biến thành tinh thể.

Ta hiểu về kết tinh như sau:

Sự kết tinh được hiểu chính là một quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo, sau quá trình này sẽ hình thành các tinh thể rắn kết tủa từ dung dịch. Kết tinh cũng là một kỹ thuật tách chất lỏng hóa chất rắn, trong đó sẽ xảy ra quá trình chuyển đổi chất tan trong dung dịch lỏng vào trong pha rắn mà ở đó tinh thể hình thành ở dạng tinh sạch nhất.

Sự kết tinh thông thường sẽ trải qua hai giai đoạn chính, hình thành mầm tinh thể và sự phát triển của mạng tinh thể.

Tạo mầm được đánh giá chính là bước mà các phân tử chất tan phân tán trong dung môi bắt đầu tập hợp thành cụm.

Tinh thể trong tiếng Anh là: crystals.

2. Một số vấn đề liên quan về tinh thể:

Tính chất của tinh thể:

Tinh thể có các tính chất sau đây:

- Tinh thể có hình dạng vô cùng phong phú:

Tinh thể có đến 7 hệ tinh thể dựa theo sự đối xứng được tính toán theo toán học. Mạng lưới của các loại tinh thể khác nhau do phép đối xứng và cấu tạo nguyên tử khác nhau của từng phần cấu tạo nên tinh thể.

Tuy nhiên, hình dạng của tinh thể trên thực tế thì cũng vẫn phải tuân theo khuôn mẫu hệ tinh thể mặc định. Ví dụ cụ thể như KH2PO4 là hệ tứ phương nên có kiểu hình hộp chữ nhật,…

- Màu sắc tinh thể phụ thuộc vào thành phần tạo nên tinh thể:

Màu sắc của tinh thể cũng có thể phụ thuộc vào lượng nước mà tinh thể mang theo.

- Độ cứng của tinh thể:

Độ cứng của tinh thể được xếp theo thang đo Morth từ 1 (tinh thể Muscovite) đến 10 (kim cương). Trên 10 là những vật liệu đặc biệt như cacbon pha boron,.. Thang đo này được dùng cho khoáng vật tự nhiên và các tinh thể nhân tạo).

Độ cứng cũng chính là khả năng làm xước bề mặt giữa các loại với nhau. Tinh thể khi càng cứng thì sẽ càng giòn.

- Tính đồng chất của tinh thể:

- Tinh thể gây ra hiệu ứng nhiễu xạ với tia X và chùm tia điện tử:

- Kết cấu của tinh thể:

3. Phân loại tinh thể:

Có thể chia tinh thể thành 2 loại cụ thể sau đây:

- Thứ nhất: Tinh thể tự nhiên:

Tinh thể tự nhiên được hiểu là khoáng vật hình thành trong tự nhiên thông qua các quá trình địa chất rất lâu dài, có thể lên đến vài triệu năm. Tinh thể này góp phần cấu thành nên đá tự nhiên như Granite từ Thạch anh, Biolite và Orthoclase.

- Thứ hai: Tinh thể nhân tạo:

Tinh thể nhân tạo được hiểu là những tinh thể được điều chế trong phòng thí nghiệm dựa trên hiện tượng kết tinh trong môi trường có nhiệt độ, áp suất, tạp chất,.. do con người tạo ra.

Các mạng tinh thể cơ bản:

Tính đến thời điểm hiện nay, các chủ thể là những nhà khoa học đã tìm ra 7 kiểu mạng tinh thể cơ bản, hay còn được gọi là mạng Bravais, cụ thể đó chính là các mạng sau:

- Tam tà(Ba nghiêng).

- Đơn tà(Đơn nghiêng).

- Trực thoi (Trực thoi).

- Bốn phương.

- Mặt thoi(Ba phương).

- Lục phương.

- Lập phương.

Ứng dụng của tinh thể:

Tinh thể hiện nay cũng được ứng dụng rất phổ biến cụ thể như thạch anh dùng làm đồng hồ, tinh thể ruby dùng trong laser phục vụ kĩ thuật quang học, muối Nacl dùng để bảo quản thực phẩm,….

Ta hiểu về cấu trúc tinh thể như sau:

Trong tinh thể học, cấu trúc tinh thể được biết đến chính là một mô tả về sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử, ion hoặc phân tử trong một vật liệu tinh thể. Các cấu trúc có trật tự xảy ra từ bản chất bên trong của các hạt cấu thành để tạo thành các mẫu đối xứng lặp lại dọc theo các hướng chính của không gian ba chiều trong vật chất.

Nhóm các hạt nhỏ nhất trong vật liệu cấu thành mẫu lặp lại là ô đơn vị của cấu trúc. Ô đơn vị xác định hoàn toàn tính đối xứng và cấu trúc của toàn bộ mạng tinh thể, được xây dựng bằng cách dịch lặp đi lặp lại của ô đơn vị dọc theo các trục chính của nó. Các mô hình lặp lại được cho là nằm ở các điểm của mạng Bravais.

Độ dài của các trục chính hoặc các cạnh của ô đơn vị và các góc giữa chúng là các hằng số mạng, còn được gọi là các tham số mạng . Các tính chất đối xứng của tinh thể được mô tả bằng khái niệm các nhóm không gian. Tất cả các sắp xếp đối xứng có thể có của các hạt trong không gian ba chiều có thể được mô tả bởi 230 nhóm không gian.

Đa tinh thể:

Trong tự nhiên, trong đa số thời gian, các tinh thể dường như đã phá vỡ trật tự tầm xa của chúng. Đa tinh thể cũng được hiểu chính là các chất rắn bao gồm nhiều số tinh thể nhỏ. Chúng được sắp xếp theo các hướng khác nhau và bị ràng buộc bởi các ranh giới rất khiếm khuyết.

Các tinh thể trong chất rắn đa tinh thể là kính hiển vi, và chúng được gọi là tinh thể. Chúng còn được gọi là ngũ cốc. Có những chất rắn, được cấu tạo từ một tinh thể đơn như đá quý và tinh thể đơn silic, nhưng chúng rất hiếm khi xảy ra trong tự nhiên.

Đa số thì các chất rắn thời gian là đa tinh thể. Trong một cấu trúc cụ thể như thế này, số lượng tinh thể đơn được giữ với nhau bằng một lớp chất rắn vô định hình. Chất rắn vô định hình là chất rắn, thiếu cấu trúc tinh thể. Đó là, nó không có sự sắp xếp dài hạn, sắp xếp các nguyên tử, phân tử hoặc ion trong cấu trúc. Do đó, trong một cấu trúc đa tinh thể, trật tự tầm xa đã bị phá vỡ.

Ví dụ, tất cả các kim loại và gốm là đa tinh thể. Trong đó, thứ tự và định hướng là rất ngẫu nhiên. Nó có thể được xác định từ cách chất rắn đa tinh thể phát triển hoặc bởi các điều kiện xử lý.

Tinh thể đơn:

Thực tế thì từ đơn tinh thể có nghĩa là một tinh thể duy nhất. Các chất rắn đơn tinh thể bao gồm một mạng tinh thể đơn và do đó, nó có một trật tự tầm xa. Vì vậy, không có ranh giới hạt. Tính đồng nhất này mang lại cho chúng các tính chất cơ học, quang học và điện độc đáo.

Các tinh thể silicon đơn được sử dụng trong chất bán dẫn. Vì chất rắn đơn tinh thể có độ dẫn điện cao hơn, chúng được sử dụng trong các ứng dụng điện hiệu suất cao. Không những thế thì sức mạnh của chúng rất cao, do đó sẽ được sử dụng nhằm mục đích để sản xuất vật liệu cường độ cao.

Sự khác biệt giữa đa tinh thể và đơn tinh thể:

- Từ những phân tích nêu trên, ta nhận thấy, chất rắn đa tinh thể bao gồm nhiều số chất rắn kết tinh, trong khi chất đơn tinh thể có một mạng tinh thể.

- Chất rắn đơn tinh thể đã sắp xếp các cấu trúc và đối xứng, nhưng, trong cấu trúc đa tinh thể, trật tự tầm xa đã bị phá vỡ.

- Cấu trúc đơn tinh thể đồng nhất và không có ranh giới, nhưng cấu trúc đa tinh thể thì nó lại có sự khác biệt so với cấu trúc này. Cấu trúc đa tinh thể không có cấu trúc liên tục và nó có ranh giới giữa các hạt.