İzlanda spatı. Kalsitin veya kalsiyum karbonatın alabileceği 300 biçimden biri. Başlangıç biçimi ne olursa olsun bu kristal, romboedrik simetrili parçalar halinde bölünmeye uğrar.
AKIŞKAN KATIŞKILAR
Kristaller, bileşimi bilinmeyen bir sıvıdan hareketle gelişip oluşurlar. Kimi zaman kristal, bu değerli sıvının bir damlasını içindeki çok küçük boşluklardan birinde hapseder. Bu «damlacıkların» (gaz ve sıvı halindedir) önce ısıtılıp sonra soğutularak incelenmesi, bunların oluşum öncesinde etkisinde kaldıkları basınç ve sıcaklık koşullarının yeniden gerçekleştirilmesini olanaklı kılar. Özel bir aygıt sayesinde, bazen milyonlarca yıllık olan bu sıvının bileşimi ortaya çıkarılabilir.
İKİZLENME
ikizlenme, iki veya daha çok kristal tanesinin, birbirlerinin yansıma veya dönme görünümlüsü olacak biçimde oranlı, bakışımlı ve karşılıklı olarak veya iç içe büyümesidir, ikizlere yeni tanelerin eklenmesiyle, çoğunlukla haç veya yıldız biçiminde, bakışımlı (simetrik) olarak birleşmiş kristaller ortaya çıkar.
ikizlenmeye kristal oluşumunun başlangıcında rastlanır. Bir ikizi oluşturan tekil tanelerin atom yapısı değişik yönelimli olabilir; ama bazı ortak düzlemlerinin veya doğrultularının bulunması gerekir.
Birkaç çeşit ikiz kristal vardır. Girme ikizleri, birbirinin içinden geçen ve genellikle birbirlerinin eksen sistemlerinin merkezini paylaşan tam kristallerdir.
GEOMETRİK KRİSTALOGRAFİ
Mineral dünyası, düzensizliğin hiç yer almadığı bir dünyadır. Minerallerin içinde maddeyi düzlemler halinde kesen yüzeylerin varlığı geometrik kristalografinin doğmasına neden olmuştur.
Açıların değişmezliği yasası
DanimarkalI doğabilimci Nicolaus Steno, 1669’da yayımladığı, bir kristalin gelişme sürecini anlatan inceleme kitabıyla kris-talografinin temellerim attı. Fransız doğabilimci Jean-Baptiste Rome de L’lsle, bu çalışmayı yeniden ele alarak 1772’de, açıların değişmezliği yasasını tanımladı. Bu yasaya göre, aynı mineral türü içindeki bir kristalin belirli iki yüzü arasındaki açı, özdeş sıcaklık ve basınç koşullarında, minerali oluşturan bütün kristaller için değişmez özelliktedir. Mesela, doğada çoğunlukla altıgen prizma şeklinde rastlanan kuvars, ele alınan örneklere göre farklı yüzeylerde olabilir, ne var ki bu mineralin içinde birbirini izleyen yüzlerin arasında her zaman 120 derecelik bir açı vardır. Rome de L’lsle bununla birlikte, aynı mineralin neden birçok farklı biçim aldığını açıklayamamıştı.
TEMEL BİRİM GÖZ
Kristalografi, rahip Rene Just Haüy ile birlikte (1743-1822) kayda değer bir ilerleme gösterdi. Haüy, eşkenar dörtgen prizma şeklindeki bir kalsit kristalim yere düşürdüğünde, kristalin daha küçük parçalara bölündüğünü, bu parçaların hepsinin başlangıçtaki kristalle aynı biçimde olduğunu gözledi. Bu gözlemden sonra, art arda bölünen minerallerin her defasında aynı biçimde parçalara ayrıldığı varsayımını ileri sürdü. Dolayısıyla, belirli mineralin kristali, bir çekirdek molekül tipindeki birçok molekülün bir araya gelmesinden oluşuyordu. Paralel yüzlü bu moleküller, bir duvarı oluşturan tuğlalar gibi bir yığışım meydana getirerek sonunda homojen bir katı cisim oluşturuyordu, ki bu da kristaldi. Bu ilkeye göre, kristallerin büyüklüğü, onları oluşturan öğelerin sayısına göre değişir. Bunun dışında, temel birim gözlerin bir araya gelişine bağlı olarak, kristalleri sınırlayan yüzler kusursuz biçimlerde (otomorf kristaller) olabildiği gibi, düzensiz biçimlerde de (ksenomorf kristaller) olabilir. Bugün, X ışınlarıyla uygulanan analiz yöntemleri ve kristallerin sentezine ilişkin incelemeler sayesinde, Haüy’ün varlığını ileri sürdüğü temel birim gözlerin büyüklüğü ölçülebilmektedir. Bir temel birim göz birkaç
Angström dolayındadır (1 Â = 10~8 cm) ve genellikle 2.’. ymda’atom içerir. Gerçekten de minerallerin çoğu idea. ‘ gözlere ayrılabilir; çünkü kimyasal bağlar, bileşiğin bağeas. nı sağlayan kesintisiz bir ağ oluşturur.
Farklı temel gözler
Haüy, çekirdek molekül üzerine yaptığı çalışmalarla kristalin her yüzüne, bu kristalin öteki kristallere oranla = munu gösteren sayısal katsayılar verilebilmesini sağlaya” tünsel özellikler yasası» ile, kristal geometrisinin temelier_r_
Bilim adamları, o dönemde, hangi tür olursa olsun, kn;:: çimlerini toplu olarak göstermek için tek bir biçimin yeter bileceğini düşünüyordu. Haüy ise, üç çekirdek molekül r’ olduğunu ileri sürüyordu. Bunlar, dörtyüzlü, üçgen priz— paralelyüzdü. Bu üç molekülün geometrik varlığını teme.: birçok mineralin yüzleri arasındaki açıları hesaplayabil:’ ‘ Ingiliz William Hyde Wollaston (1766-1828), bir gor.y:-(kristallerin açılarım ölçmeye yarayan alet) yardımıyla. Ka_ ekstrapolasyon yanlışları yaptığını kanıtladı. Daha sonra ı: kesin ölçümler, Haüy’ün moleküllerinin kristal yapılarının ‘ nünü açıklamaya yetmediğini gösterdi.
Simetri öğeleri
Haüy’ün çalışmaları, Weiss (1780-1856) tarafından yar ele alındı. Weiss, bir kristalin yüzlerini simetri öğelerine r: yeniden hesapladı. Gerçekten de, bir kristalin geometrik ır: leri, referans olarak alınan bir yüzden, ona özdeş bir başka geçmeyi sağlayan belirli sayıda simetri öğeleriyle tanımları!
Bu simetri işlemcileri şunlardır:
– yansıma düzlemleri; bunlar, bir figürün öğelerini bir ayra yeniden oluşturur;
– dönme eksenleri; bunlar, bu eksenin belirli bir açıda ker.a resinde dönmesi sonucunda bir figürün kendi kendisiyle : masını sağlar. 5. basamakla (dönme açısı 2n/5) 7. basan: (dönme açısı 2n/7) dönme yapılması olanaksızdır; oysa ‘ ve 6’ncı basamaklardan yapılan dönmeler, dönemsel üç rı bir yapının varlığına tekabül eder. Mesela basit kübik yaç_ simetri öğeleri bakımından en zengin çokyüzlüdür). 4. basa” tan üç dönme eksenine (karşı karşıya gelen merkezlen r_: ren eksenler), 3. basamaktan dört dönme eksenine (karşı-=. pe noktalarını birleştiren eksenler) ve 2. basamaktan alt i: eksenine (karşılıklı iki kenarın orta noktalarım birbirine fcai_ doğrular) sahiptir;
– simetri merkezleri; bunlar, kristalin bütün tepe noktalara ikişer birbirine karşılıklı kılan doğruların geçtiği noktalardır
On dört Bravais örgüsü
Fransız Auguste Bravais, 1848’de, kristal simetri öğe-; farklı birleşmelerinden hareket ederek, 32 simetri grubu ;ı ladı. Bunlar da 14 örgü tipine ayrılıyordu (noktaları uzayuî lar arasında hiç boş hacim bırakmayacak ve örgü veya j: oluşturacak şekilde başka türlü düzenlemenin olanağı yiı Mesela tabanı beşgen olan bir örgü elde edilemez; çünkü r çimin tekrarlanması boş yüzeylerin ortaya çıkmasına r: olur. Bravais örgüleri 7 temel kristal sistemi halinde toplanır Bunlar, en basitinden en karmaşığına doğru gözler şekiım mmlanmıştı: kübik, heksagonal, kuvadratik, romboedrik rombik, monoklinik ve triklinik. Bir kristal, mesela, kübii. heksagonal, ait olduğu sistemle açıklandığında, bu kr_= atomlarının oluşturduğu örgüden söz edilmiş oluyordu, k: r. günün kristalin dış görünüşüyle bir bağlantısı olması ger; yordu.
Bravais’mn sayısal ölçütleri
Bravais aynı zamanda sayısal ölçütler de önerdi. Bunlar r -hâlâ kristal yüzlerinin, kristal eksenlerine ve daha başka s_r öğelerine göre tanımlanmasında kullanılmaktadır. Daha £ Leonard Schönflies (1842-1897), tamamlayıcı iki simetri : daha keşfetti. Bunlar, helikoidal eksenler ve geçiş düzlerru; (yönelim değişmesi). 1890’a doğru Rus bilim adamı Stepar Fedorov, 230 grubun varlığım kanıtladı. Bunların her biri a:: da örgü birleşmeleri ve simetri işlemleri gerçekleştirilmesi ır kündü. Ne var ki, bu simetri öğeleri dış yüzlere ve kristaZer. ziksel özelliklerine uygulandığında, mümkün olan birleşir.; sayısı her durumda 32 kristal grubuna indirgenmiş olur. Bu = landırma şeması, 1982’de, bir alüminyum-manganez alaşırr yeni bir beşli simetri türü keşfedilinceye kadar sürdü. Bu sr ri türü yirmi yüzlü bir yapı gösteriyordu.
KRİSTALOGRAFİ
Önceleri basit bir merak konusu olan kristal, daha sonraları koleksiyoncuların bir tutkusu haline geldi ve nihayet, bilim adamları, kristalin yapısını inceleyerek maddenin gizli dünyasını açığa çıkaran ilk kuramların temellerini attılar.
KRİSTAL YAPISININ ORTAYA ÇIKARILMASI
Kristalleşmiş maddenin kafes yapısında olduğu varsayımını doğrulamak amacıyla, Alman fizikçi Max von Laune (1879-1960), kristalleri X ışınlarıyla incelemeyi düşündü. Kristal örgüsünün ışığın bazı saydam minerallerin içinde sapmaya uğradığı gibi, X ışınlarını da saptıracağını düşünüyordu. Bir bakır sülfat kristali üstünde gerçekleştirdiği deney, kristaller içindeki atomların yığışımlar oluşturmasının dönemsel yapısını ve X ışınlarının dalga özelliğine sahip olduğunu kanıdamasını sağladı.
X ışınlarının kırınımı
Daha sonra, William Henry Bragg (1862-1942), bu deneyden atom yapılarının ilk modellerini belirlemekte yararlanarak Haüy yasalarım doğruladı: bütünsel molekül bir atom veya bir atom grubu olarak onaya çıkar, bu modelin üç boyutlu mekân içinde tekrarlanması sonucu kristal oluşur.
Mineralojik belirleme genellikle X ışınlarının elektromanyetik ışımasındaki kırınımın ölçümüne dayandırılır. Bu ışınların 0,01-10 nm arasındaki dalgaboyları, kristal örgüsü içindeki atom düzlemlerini birbirinden ayıracak ölçüdedir, incelenen kristalin üstüne ince bir X ışını demeti gönderildiğinde, kristalin atomlarından her biri düşük genlikli bir dalga yansıtır. Bu dalga her yönde yayılır. Atomlardan çıkan dalgalar girişime uğrar ve üstüne düştükleri fotoğraf filmi üstünde «lekeler» meydana getirir. Bu lekeler, faz halindeki dalgaların en yüksek değerine tekabül eder. Zıt fazda olan öteki dalgalar yok olur.
Kristalografide, incelenecek kristalin temel birim gözünün büyüklüğünü ve biçimini belirlemek için kırınımdan yararlanılır. Bu amaçla mineral toz haline gelinceye kadar öğütülür. Toz çok sayıda küçük kristallerden meydana gelmiştir; kristaller mümkün olan bütün yönelimlere sahiptir. Taramalı elektron mikroskoplarıyla alınan fotoğraflar sayesinde, bugün çok küçük (1,4 Â ölçeğine kadar) kristal bileşenlerinin görüntüleri elde edilebilmektedir. Bu gözlemlerden elde edilen bilgilerden hemen hemen bütün bilimsel ve teknolojik alanlarda yararlanılmaktadır. Bütünüyle saf olan, belirli bileşimlere sahip kristallerin sentezi ve üretimi, yarı iletkenler teknolojisinin, entegre devrelerin ve piezoelektrik etkiden yararlanan sistemlerin anahtarını oluşturur. □
Ef
Romboedrik sistem.
Kristaller eşit uzunlukta üç eksene sahiptir, fakat araianndaki açılar 90°’den farklıdır. Bu bütün, eşit eşkenar dörtgen alt yüzle sınırlanan bir çokgen oluşturur. Düşey üç düzlem (1) vardır (A, B, C). Kalsit (2), bu kristal sistemine dahildir.
Simetri eksenleri (3), 3. basamaktan birana ekseni (D) ve 2. basamaktan üç ekseni (E, F, G) içerir. Bunlar, karşıt kenarlann ortalannı birleştirir.
Monoklinik sistem,
dikdörtgen tabanlı bir \k prizmadır. Öteki altı istal sisteminde bulu-an simetri merkezinin dışında bu sistemde dikey tek bir eksenel stri düzlemi (A) ve tek ’jir çiftli simetri ekseni (B) vardır. Bu eksen, dikdörtgen yüzlerin ıerkezinden geçer (3). Içıtaşı (2), monoklinik sisteme uygun olarak kristalleşir.
c V*
Heksagonal sistem.
sistem, düzgün altıgen banlı bir dik prizmadır. Bu sistemin içerdiği 7 7etri düzlemi (1), yatay düzlemle (A), altı dikey izlem (B ve C) üstünde dağılır. Bir zümrüt türü an beril (2) bu sisteme <il bir kristaldir. Simetri eksenleri (3), 6. basamaktan dikey bir ekseni (D) ve 2. basamaktan altı yatay \kseni içerir. Bunlardan üçü, dikdörtgen jzeylerinin ortasını (E), ü de kenarlann ortasını (F) birleştirir.
Kuadratik sistem.
Bu sistemde başlangıç biçimi, beş simetri düzlemine sahip kare tabanlı bir dikdörtgen prizmadır (1): bir yatay düzlem kristali ve dört dikey düzlemi (B ve C) ortasından böler (A). Zirkon, bu sisteme dahil bir kristaldir (2).
Simetri eksenleri (3),
4. basamaktan bir dikey eksen (D), karşılıklı dikdörtgen yüzlerin ortasını birleştiren 2. basamaktan iki eksen (E) ve bunlann dışında kenarların ortasını birleştiren 2. basamaktan (F) iki eksen içerir.
Ortorombik sistem.
Bu sistemde kristaller eşit olmayan uzunlukta, dikag yapacak şekilde düzenlenmiş üç eksene sahiptir. Bunlann eksenel üç simetri düzlemi vardır (1): bir yatay kesit düzlemi (A) ve karşıt iki yüzü kesen iki dikey düzlem (B). Arsenik sülfür, orpiment (2), ortorombik sisteme dahil bir mineraldir. 2. basamaktan, birbirine eşit üç eksen, simetri merkezinde kesişir (3).
Triklinik sistem,
temel ayntlan eşit uzunlukta olmayan bir çokgendir (1). Plajiyoklaz (2) bu sisteme uygun olarak kristalleşir. Bu sisteme dahil olan kristallerin ayırt edilmesi görece kolaydır, çünkü bunlar en az simetrik olan kristallerdir (3): tek bir simetri öğesine, bir merkeze sahiptirler. Bu kristallerde hiçbir düzlem olmadığı gibi, simetri ekseni de bulunmaz.
2
4
EPİTAKSİ
Epitaksi, ender rastlanan yönelimli bir büyüme olayıdır. Bu yönelimli büyümede bir veya birden fazla kristal, farklı türdeki bir başka kristalin üstünde gelişir. Bu tip bir büyümenin olabilmesi için kristallerin birçok benzerliklerinin bulunması, özellikle simetri öğelerinin ortak yönler boyunca ortak özellik göstermesi gerekir. Mesela, rutiiin olijist üstünde gelişmesi buna örnektir. Bunların örgü düzlemlerinin üç ortak yön boyunca gelişmesi, altı kollu yıldız biçiminde bir kristalleşmeye yol açar. Ortozda, albit damarları gözlenir. Epitak-si olayından, yapay yağmur yağdırmada yararlanılır. Bu olay, aşırı doymuş ortamların gümüş iyodürle tohumlanması sonucu gerçekleştirilir.
Kübik sistem (1), üçü dikey, altısı diyagonal dokuz simetri düzlemiyle ayırt edilir. Bu simetri düzlemlerinin her biri kristali iki eşit parçaya ayırır. Grenalar (2) kübik sisteme dahildir. Bu sistemde belirli sayıda simetri öğesi bulunur (3): yüzlerin orta noktalannı birleştiren 4. basamaktan üç eksen (A), 3. basamaktan dört eksen (B), diyagonaller ve ayntlann orta noktalannı birleştiren 2. basamaktan altı eksen (C).
AYRICA BAKINIZ
—ib-amsu kimya —*■ İB.ANSL] metaller ve alaşımlar —İB^NSLl mineraloji —ib.ansl] spektroskopi
