Кристалдардың векторлық қасиеттері жөне кеңістік решетка

Біз жоғарыда кристалл заттардың ішкі құрылысы тәртіппен орналасқан, ал сол тәртіпке байланысты кристалл заттардың барлық физикалық қасиеттері әр бағытта әр түрлі, яғни бағытына қарай өзгеріп отырады дедік. Бағыты бар шаманы, яғни бағытталған қасиетті вектор деп атайды. Мысалы, бір нәрсенің қозғалу, таралу жылдамдығын, вектормен көрсетеді. Кристалдың әр бағытындағы жылудың, электрдің, серпімді толқынның тағы басқалардың өзгеру жылдамдығы векторлық өзгеріс болады. Сондықтан, кристалдар векторлық қасиетті, векторлық құрылысты заттар болып табылады.

Кристалдардың барлық өзгешеліктерін, оның ішінде векторлық құрылысты түсіну үшін оның ішкі құрылысын кеңістік решетка (торкөз) деп қарауға болады. Басқаша айтқанда, кристалдар бір-біріне тығыз орналасқан кубтардан немесе параллелопипедтен тұрады. Осы параллелопипедтерден кеңістік решетка құралады. Параллелопипедтер немесе кубтар кеңістік решетканың ұясы болып табылады. Ол ұялардың (кубтардың) бұрыштары решетканың түйіндері болады. Түйіндер арасын қосқан түзу сызықтар, яғни куб қыры решетканың қатарлары деп аталады. Бір қатарда жатпайтын уш түйін арқылы өтетін жазықтықты, яғни кубтың жағын жазық решетка дейді. Осы схема бойынша кристалдың ішкі құрылысындағы көптеген өзгешеліктерді оп-оңай түсінуге болады.

Кристалдардың сәйкес екі жағының арасындағы бұрыш — өзгермейтін тұрақты шама. Бұл кристаллографияда ертеден келе жатқан заң. Оның дәлірек анықтамасы мынау. Кристалдардың өсу жағдайындағы температурасы мен қысым күші бірдей болса, бір заттың кристалдық решеткасы бірдей болады, олай болса оның сәйкес жақтарының арасындағы бұйрықтары тұрақты болады.

Бұл заңды былай да түсіндіруге болады: кристалдар өскен уақытта оның жақтары бағытын өзгертпей өседі, сондықтан бір тектес, бір қүрылысты заттардың кристалдары бірдей жағдайда өскен уақытта. олардың сәйкес жақтары арасындағы қырлы бұрыштары өзгермейтін тұрақты шама болады. Мұны Стено заңы деп атайды. Бір заттың кристалын екінші заттың кристалынан сыртқы формасы бойынша айырып алу үшін осы заңды қолданады. Ал кристалдардың бұрышын гонионетр аспабымен өлшейді.

Бұл — ортасына айналмалы сызғыш бекітілген транспортир. Ондай гониометрмен ірі кристалдардың бүрышын жарты градустай ғана дәлдікпен елшеуте болады. Ал майда кристалдардың бұрышын өлшеу үшін кейінгі кезде басқ а гониометр (теодолит) қолданылып жүр (5,6-сурет). Онда кристалды айналмалы дөңгелек үс-телге қойып, оның бұрышын линзалы трубалар арқылы өлшейді. Мұнда С —жарық сәуле, Ғ — қарайтын труба, К — кристалл, а₁ мен а₂ — оның жақтары, N₁ мен N₂— оның нормальдары. Ғ трубасындағы сәуле Ni нормалы Ғ пен С арасындағы бұрыштың дәл ортасына келгенде ғана көрінеді. Бұл кристалдың а₁ жағының қалпын анықтайды, ал а₂ жағының қалпын да осылай табады. Осы екі қалыптың арасындағы айырмадан а₁ а₂ жақтары арасындағы бұрыш (а) табылады:

a=180 ° - <N₁ON₂

Бұрыштың тұрақтылық заңын кеңістік решетка тұрғысынан оп-оңай түсіндіруге болады. Егер дәл бірдей екі решетканы қатар қойып қарасақ , олардың сәйкес жақтары арасындағы бұрыштары, кристалдар улкенді-кішілі, яғни решеткалар ұзынды-қысқалы болса да өзгермей қалады. Егер решетканың бір түйінінен (нүктесінен) шығатын үш түзу сызық ты координата осьтері деп алсақ , ол осьтегі түйіндер аралығының қашықтығын бірлік етіп алсақ , онда кристалдардың кез келген жағының горизонталь калпын—үш бетін сан арқылы «өрсетуге болады. Мысалы, кристалдың ABC жағының координаталық үш осьтегі кесінділері бүтін сандармен белгіленеді. I немесе ОХ осіндегі кесінді (проекция) a, II немесе ОУ осіндегі кесінді (проекция) в, III немесе OZ осіндегі кесінді (проекция) с.

Кристалдардың сәйкес жақтары арасындағы бұрыштары тұрақты болатын заңның өзі кристалдың өсу тәртібіне байланысты. Кристалл өскенде оның әрбір жақтарына белгілі бір чаттың бөлшектері қабыршақтанып жабысады. Кристалдың әр жағына жабысатын осындай жұқа зат қабаттарының сол жақтың көлеміндегі қалыңдығы бірдей болады. Сондықтан әрбір жақ өзіне-өзі параллель болып өседі, демек, оның бағыты өзгермеді. Сонымен, кристалдардың қандай жақтары тұрақты болады деген сұрақ туады. Кристалдардың қай жағы шабан өсетін болса, оның сол жағы тұрақты болады.

Керісінше, оның қай жағы шапшан, өсетін болса, сол жағы тұрақсыз болады. Шабан өсетін тұрақ ты жақтардың көлемі үлкейе береді, ал шапшаң өсетіп жақтар кішірейе келе, ақырында жоғалып кетеді. Табиғатта кездесетін кристалдардын, үлкен жақтарын шабан өскен тұрақты жақтары деп қарау керек.