How do crystals work? - Graham Baird

Fordító: Hédi Császár Lektor: Lívia Sági

Mélyen, a Yellowstone kaldera gejzírei és termálvízforrásai alatt

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

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

egy, a Föld köpenyében kialakult magmakamra fekszik.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

Ahogy a magma megindul a felszín felé,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

kristályosodni kezd, s így fiatal, forró vulkáni kőzetek jönnek létre.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

Az ezen kőzetekből felszabaduló hő a felszín felé tereli a talajvizet.

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

A víz hűlésével az ionok ásványkristályok formájában kicsapódnak,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

például szilícium- és oxigénionokból a kvarckristály,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

kálium-, alumínium, szilícium- és oxigénionokból a földpát,

galena from lead and sulfur.

valamint ólom- és kénionokból a galenit.

Many of these crystals have signature shapes—

Sok kristálynak egyedi a formája,

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

mint ez a halom csúcsos kvarckristály vagy mint ez a kupac galenitkristály.

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

De mitől nőnek a kristályok újra és újra ezekbe a formákba?

Part of the answer lies in their atoms.

A válasz részben az atomjaikban keresendő.

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

A kristályok atomjai rendezett, ismétlődő mintát alkotnak.

This pattern is the defining feature of a crystal,

Ez a minta meghatározó tulajdonsága a kristályoknak,

and isn’t restricted to minerals—

ám ez nem csak az ásványokra jellemző:

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

homok, jég, cukor, csokoládé, kerámia, fémek, DNS

and even some liquids have crystalline structures.

és még egyes folyadékok is rendelkeznek kristályszerkezettel.

Each crystalline material’s atomic arrangement

Minden kristályos anyag atomjainak elrendezése

falls into one of six different families:

a hat osztály egyikébe sorolható:

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

szabályos, tetragonális, rombos, monoklin, triklin és hexagonális.

Given the appropriate conditions,

Megfelelő körülmények között

crystals will grow into geometric shapes

a kristályok geometrikus formákban nőnek,

that reflect the arrangement of their atoms.

amik atomjaik elrendeződését tükrözik.

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

Például a galenit ólom- és kénatomjai szabályos rendszerben helyezkednek el.

The relatively large lead atoms

A viszonylag nagy ólomatomok három dimenzióban,

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

egymáshoz képest 90 fokba rendeződnek,

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

míg a viszonylag kicsi kénatomok épp közéjük illenek.

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

Ahogy a kristály nő, ezek a helyek vonzzák a kénatomokat,

while lead will tend to bond to these places.

míg az ólomatomok ide alakítanak ki kötéseket.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Idővel az egymáshoz kötődő atomok rácsot alkotnak.

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

Tehát a galenit 90 fokos kristályrácsmintája

is reflected in the visible shape of the crystal.

megmutatkozik a kristály látható formájában is.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

Ezzel szemben a kvarc hexagonális rendszerben kristályosodik.

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

Ez annyit tesz, hogy egy síkban az atomjai hexagonális formába rendeződnek.

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

Három dimenzióban ezek a hexagonok számos egymáshoz kapcsolódó,

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

egy szilícium- és négy oxigénatom alkotta piramisból állnak.

So the signature shape of a quartz crystal

Így a kvarckristály tipikus formája

is a six-sided column with pointed tips.

a hatoldalú, csúcsos oszlop.

Depending on environmental conditions,

A környezeti feltételektől függően

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

a legtöbb kristály többféle geometriai formát is ölthet.

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

Például a gyémántok, amelyek mélyen a Föld köpenyében képződnek,

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

szabályos rendszerben kristályosodnak, s kocka vagy oktaéder formát öltenek.

Which shape a particular diamond grows into

Hogy egy gyémánt végül milyen alakúra nő,

depends on the conditions where it grows,

az az őt körülvevő közeg körülményeitől függ,

including pressure, temperature, and chemical environment.

beleértve a nyomást, a hőmérsékletet és a közeg vegyi összetételét.

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

Ugyan a köpenyben nem tudjuk e növekedést közvetlenül megfigyelni,

laboratory experiments have shown some evidence

laboratóriumban végzett kísérletek arra utalnak,

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

hogy a gyémántok hajlamosak alacsonyabb hőmérsékleten kocka formájúra,

and octahedrons at higher temperatures.

míg magasabb hőmérsékleten oktaéder formájúra nőni.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Nyomelemnyi mennyiségű víz, szilícium, germánium vagy magnézium

might also influence a diamond’s shape.

szintén hatással lehet a kialakuló gyémánt formájára.

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

És a gyémántok soha nem nőnek az ékszerekben található formákra.

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

Azokat a gyémántokat megcsiszolták, hogy kiemeljék a ragyogást és tisztaságot.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

Környezeti tényezők azt is befolyásolják, hogy egyáltalán létrejönnek-e kristályok.

Glass is made of melted quartz sand,

Az üveg olvasztott kvarchomokból készül,

but it isn’t crystalline.

mégsem kristályos anyag.

That’s because glass cools relatively quickly,

Ennek az üveg viszonylag gyors lehűlése az oka,

and the atoms do not have time to arrange themselves

mert az atomoknak nincs elég idejük pozícióikat felvenni

into the ordered structure of a quartz crystal.

a kvarc kristályrendszerében.

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

Ehelyett az olvadt üvegben az atomok véletlenszerű pozíciója

is locked in upon cooling.

válik véglegessé a lehűlés során.

Many crystals don’t form geometric shapes

Sok kristály nem alkot geometriai formákat,

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

mert túl közel növekszik más kristályokhoz.

Vannak kőzetek, mint a gránit, amik tele vannak kristályokkal,

Rocks like granite are full of crystals,

but none have recognizable shapes.

mégsem rendelkeznek felismerhető formákkal.

As magma cools and solidifies,

Ahogy a magma hűl és megszilárdul,

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

sok ásvány kristályosodik ki egyidejűleg, s kifogynak a rendelkezésre álló helyből.

And certain crystals, like turquoise,

Egyes kristályok, mint a türkiz pedig

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

a legtöbb környezeti feltétel meglétekor sem nő felismerhető geometriai formákba,

even given adequate space.

még akkor sem, ha a kellő tér rendelkezésre áll.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

A kristályok atomszerkezete egyedi tulajdonságokkal bír.

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

Ezen tulajdonságok ugyan nincsenek hatással az emberi érzelmekre,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

de alkalmazásuk komoly jelentőséggel bír az anyag- és orvostudomány területén.