How do crystals work? - Graham Baird

Translator: Bekhall Peshraw Reviewer: Daban Q. Jaff

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

لەژێر كانى ئاوى گەرم و كانييە گەرمەكانى لە كالدێرا يەلۆستۆن

lies a magma chamber produced by a hot spot in the earth’s mantle.

پێكهاتەى ژوورى مەگما لە ئەنجامى خاڵێكى گەرمى شللەى زەوى درستدەبێت.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

كاتێك ماگما بەرەو ڕووى زەوى دەڕوات،

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

بەردە گەرمە تازەكان دروست دەبن.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

ئەو گەرماييەى بەهۆى بەردەكەوە بڵاوبويتەوە ئاوى ژێر زەوى بەرەو ڕووى زەوى دەبات.

As the water cools, ions precipitate out as mineral crystals,

كاتێك ئاو ساردە، ئەو جۆرە ئايۆنە كانزايانەى لە كانەكەدان،

including quartz crystals from silicon and oxygen,

لەگەڵ كريستاڵى كوارتز لە سليكۆن و ئۆكسجين پێكهاتووە،

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

فلێدسپار لە پۆتاسيۆم و ئەلەمنيۆم و سليكۆن و ئەكسجين پێكهاتووە،

galena from lead and sulfur.

گالينا لە قوڕقووشم و گۆگرد دروست بووە.

Many of these crystals have signature shapes—

زۆرێك لەم كريستاڵانە شێوەى نايابى خۆيان هەيە --

take this cascade of pointed quartz, or this pile of galena cubes.

ئەمە زنجيرەيەك لە كوارتزى ئاماژە پێكردووە، يان ئەو كۆمەڵە شەشپاڵوەى گالينا.

But what causes them to grow into these shapes again and again?

بەڵام چى وايان لێدەكات دووبارە و دووبارە لەو فۆڕمانەدا گەشە بكەن؟

Part of the answer lies in their atoms.

بەشێك لە وەڵامەكان لە گەرديلەى خۆيان دايە.

Every crystal’s atoms are arranged in a highly organized, repeating pattern.

هەموو گەرديلە كريستاڵەكان بەشێوازێكى ڕێك و پێك و دووبارە، پەيڕەوى دەكەن.

This pattern is the defining feature of a crystal,

ئەم شێوەيە تايبەتمەندى كريستاڵێكە،

and isn’t restricted to minerals—

و تەنها دەربارەى كانزاكان نييە --

sand, ice, sugar, chocolate, ceramics, metals, DNA,

لم و سەهۆڵ و شەكر و چوكلێت و سيڕاميك و كانزاكان و DNA

and even some liquids have crystalline structures.

تەنانەت هەندێك شلە پێكهاتەى كريستاڵيشيان هەيە.

Each crystalline material’s atomic arrangement

هەر ڕێكخستنێكى گەرديلەيى لە ماددەى كريستاڵى

falls into one of six different families:

سەر بەيەكێك لەم شەش جۆرە جياوازەيە:

cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal.

شەشپاڵۆ، چوارگۆشەيى، لەبزينەيى، يەكلارى، سێلارى، شەش ڕوو.

Given the appropriate conditions,

لەگەڵ پێدانى مەرجە ڕاستەكان،

crystals will grow into geometric shapes

كريستاڵەكان بەشێوەى ئەندازەيى گەشە دەكەن

that reflect the arrangement of their atoms.

بە ڕەنگدانەوەى ڕێكخستنى گەرديلەكانيان.

Take galena, which has a cubic structure composed of lead and sulfur atoms.

بۆ نموونە گالينا، پێكهاتە شەشپاڵوەكەى لە قوڕقووشم و گۆگرد دروستكراوە.

The relatively large lead atoms

گەرديلەكانى تاڕادەيەك گەورەن

are arranged in a three-dimensional grid 90 degrees from one another,

ڕێكدەخرێ لە تۆڕى ٣ دوورى بە ٩٠ پلە،

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

لە كاتێكدا گەرديلەى گۆگرد بەشێوەيەكى گونجاو لەنێوانياندا هەيە.

As the crystal grows, locations like these attract sulfur atoms,

لەگەڵ گەورەبوونى كريستاڵدا، چەند جێگەيەكى وەك گەرديلەكانى گۆگرد ڕادەكێشێت،

while lead will tend to bond to these places.

لەكاتێكدا قوڕقۆشم پەيوەندى لەگەڵ ئەو شوێنانە هەيە.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

لە كۆتايدا، تۆڕى گەرديلەيى پێكەوە بىستراو تەواو دەكەن.

This means the 90 degree grid pattern of galena’s crystalline structure

ئەمە واتە شێوازى تۆڕى ٩٠ پلەيى لە پێكهاتەى كريستاڵى گالينا

is reflected in the visible shape of the crystal.

لە شێوەى ديار و ئاشكراى كريستاڵدا ڕەنگ دەداتەوە.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

كوارتز، لەلايەكى ترەوە پێكهاتەى كريستاڵى شەشلايى هەيە.

This means that on one plane its atoms are arranged in hexagons.

ئەمەش بەو مانايە دێت كە لەسەر ڕوويەكى تەخت، گەرديلەكانى لەشێوەى شەشلايى دان.

In three dimensions, these hexagons are composed of many interlocking pyramids

لە سێ ڕەهەنددا، ئەم شێوە شەشلايانە لە چەندين هەڕەمى بەسەريەك دروست كراوون.

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

لە گەرديلەيەكى سليكۆن و چوار گەرديلەى ئۆكسجين دروستكراوە.

So the signature shape of a quartz crystal

كەواتە شێوەى ديارى كريستاڵى كوارتز

is a six-sided column with pointed tips.

ستوونێكى شەش لايى لەگەڵ كۆتايەكى نووك.

Depending on environmental conditions,

بەپێى بارودۆخى ژينگەيى،

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

زۆربەى كريستاڵەكان توانايان هەيە چەند شێوەيەكى ئەندازەيى وەربگرن.

For example, diamonds, which form deep in the Earth’s mantle,

بۆ نموونە ئەڵماس، كە لە قوڵايى شلەى زەوي دروست دەبێت،

have a cubic crystalline structure and can grow into either cubes or octahedrons.

چثكهاتەى كريستاڵى شێوە سێجاى هەيە و دەتوانێت گەشە بكات بۆ شەشپاڵو يان هەشت لا.

Which shape a particular diamond grows into

شێوەى ئەڵماس

depends on the conditions where it grows,

پشت بەو بارودۆخە دەبەستێت كە تێيدا گەشە دەكات،

including pressure, temperature, and chemical environment.

لەوانە فشار و گەرما و ژينگەى كيميايى.

While we can’t directly observe growth conditions in the mantle,

لەكاتێكدا ناتوانين چاودێرى بارودۆخى گەشەى ناوەوەى زەوى بكەين،

laboratory experiments have shown some evidence

پشكنينى تاقيگەكان چەند بەڵگەيەكى دەرخستوە

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

ئەڵماسەكان دەبن بە شەشپاڵو لە پلەى گەرمى نزم

and octahedrons at higher temperatures.

و هەشت لە پلەى گەرمى بەرز.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

شوێنپێى بڕى ئاو، سليكۆن، جێرمانيۆم يان مەگنيسيۆم

might also influence a diamond’s shape.

دەتوانن كاريگەرى لە شێوەى ئەڵماس بكەن.

And diamonds never naturally grow into the shapes found in jewelry—

ئەڵماس هەرگيز بە سروشتى گەشە ناكات لەو شێوەى كە لە خشڵدا دەيدۆزيتەوە --

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

ئەم ئەڵماسانە پوختە كراوە بۆ نيشاندانى درەشانەوە و جوانى.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

زۆربەى كريستاڵەكان شێوەى ئەندازەى پێكناهێنن.

Glass is made of melted quartz sand,

شوشو لە لمى كوارتزى تواوە دروستكراوە،

but it isn’t crystalline.

بەڵام ئەوە كريستاڵى نييە.

That’s because glass cools relatively quickly,

لەبەر ئەوە شوشەكە بەخێرايى سارد دەبێتەوە،

and the atoms do not have time to arrange themselves

گەرديلەكان كاتيان نيە بۆ جياكردنەوەى خۆيان،

into the ordered structure of a quartz crystal.

و لە شێوەى پێكهاتەى دياريكراوى كريستاڵى كوارتز.

Instead, the random arrangement of the atoms in the melted glass

بەڵكو ڕێكخستنى هەڕەمەكى گەرديلەكان لە شووشەى تواوەدا

is locked in upon cooling.

چاك دەبێتەوە دواى سادبوونەوە.

Many crystals don’t form geometric shapes

زۆربەى كريستاڵەكان شێوەى كريستاڵى پێكناهێنن

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

لەنزيك كريستاڵى تر گەشە دەكەن.

Rocks like granite are full of crystals,

بەرد، وەك گرانايت پڕە لە كريستاڵ،

but none have recognizable shapes.

بەڵام هيچ كام لەوانە فۆڕمێكى دياريكراويان نييە.

As magma cools and solidifies,

لە كاتێكدا ماگما سارد دەبێت و ڕەق دەبێت،

many minerals within it crystallize at the same time and quickly run out of space.

زۆر لە كانزايەكان دەبنە كريستاڵ و بۆشاى بەتاڵ بەخێرايى نامێنێت,

And certain crystals, like turquoise,

و هەندێك كريستاڵ، وەك فەيرۆز،

don’t grow into any discernible geometric shape in most environmental conditions,

لە زۆربەى دۆخە ژينگەيەكان جيا ناكرێتەوە،

even given adequate space.

تەنانەت لەگەڵ بۆشايى پێويست.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

هەر گەرديلەيەكى كريستاڵى تايبەتمەندى خۆى هەيە،

and while these properties may not have any bearing on human emotional needs,

لەكاتێكدا ئەم تايبەتمەنديانە هيچ كاريگەري لەسەر پێويستيە سۆزداريەكانى مرۆڤ نييە،

they do have powerful applications in materials science and medicine.

لە زانستى ماددە و پزيشكيدا بەرنامەى بەهێزى هەيە.