How do crystals work? - Graham Baird

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Allon Sasson

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

עמוק מתחת לגייזרים והמעיינות החמים של אגן ילוסטון

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

נמצא תא מגמה שנוצר על ידי נקודה חמה במעטפת כדור הארץ.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

כשהמגמה נעה כלפי פני כדור הארץ,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

היא מתגבשת ליצור סלע יסוד צעיר וחם.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

החום מהסלעים האלה מניע מי תהום לפני השטח.

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

כשהמים מתקררים, יונים מצטברים כשכבה של גבישים מינרליים,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

כולל גבישי קווארץ מצורן וחמצן,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

פצלת מאשלגן, אלומיניום, צורן וחמצן,

galena from lead and sulfur.

גלנה מעופרת וגופרית.

Many of these crystals have signature shapes—

להרבה מהגבישים האלה יש צורות יחודיות --

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

קחו לדוגמה את המפל של הקווארץ המחודד, או קוביות הגלנה.

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

אבל מה גורם להם לגדול בצורות האלו שוב ושוב?

Part of the answer lies in their atoms.

חלק מהתשובה נמצא באטומים שלהם.

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

כל האטומים בגביש מסודרים בתבנית חוזרת ומאוד מסודרת.

This pattern is the defining feature of a crystal,

התבנית הזו היא התכונה המגדירה של הגביש,

and isn’t restricted to minerals—

והיא לא מוגבלת למינרלים --

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

לחול, קרח, סוכר, שוקולד, קרמיקה, מתכות, DNA,

and even some liquids have crystalline structures.

ואפילו כמה נוזלים יש מבנה גבישי.

Each crystalline material’s atomic arrangement

כל סידור אטומי של מבנה גבישי

falls into one of six different families:

נופל לאחת משש משפחות שונות:

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

קוביתי, טטרגונלי, אורטוהומבי, מונוקליני, טריקליני ומשושה.

Given the appropriate conditions,

בהינתן תנאים מתאימים,

crystals will grow into geometric shapes

גבישים גדלים לצורות גאומטריות

that reflect the arrangement of their atoms.

שמשקפות את הסידור של האטומים שלהם.

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

קחו גלנה, שיש לה מבנה קובייתי שמורכב מאטומים של עופרת וגופרית.

The relatively large lead atoms

האטומים הגדולים יחסית של העופרת

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

מסודרים בגריד תלת מימדי של 90 מעלות אחד מהשני,

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

בעוד אטומי הגופרית הקטנים יחסית מתאימים יפה ביניהם.

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

כשהגביש גדל, מיקומים כאלה מושכים אטומי גפרית,

while lead will tend to bond to these places.

בעוד העופרת נוטה להקשר למקומות כאלה.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

לבסוף, הם ישלימו את הגריד של אטומים קשורים.

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

זה אומר שתבנית הגריד של 90 מעלות של מבנה גביש הגלנה

is reflected in the visible shape of the crystal.

משתקפת בצורה הנראית של הגביש.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

לקווארץ, בינתיים, יש מבנה גבישי משושה.

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

זה אומר שבמישור אחד האטומים שלו מסודרים במשושים.

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

בשלושה מימדים, המשושים האלה מורכבים מהרבה פירמידות תלת מימדיות קשורות

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

שעשויות מאטום צורן אחד וארבעה אטומי חמצן.

So the signature shape of a quartz crystal

אז הצורה הידועה של גביש הקווארץ

is a six-sided column with pointed tips.

היא עמוד בעל שש צלעות עם קצוות מחודדים.

Depending on environmental conditions,

בהתאם לתנאי הסביבה,

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

לרוב הגבישים יש פוטנציאל ליצור צורות גאומטריות מרובות.

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

לדוגמה, ליהלומים, שנוצרים עמוק בתוך מעטפת כדור הארץ,

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

יש מבנה גבישים קובייתי והם יכולים לגדול או לקוביות או לאוקטהדרונים.

Which shape a particular diamond grows into

הצורה אליה יהלום גדל

depends on the conditions where it grows,

תלויה בתנאים בהם הוא גדל,

including pressure, temperature, and chemical environment.

כולל לחץ, טמפרטורה, וסביבה כימית.

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

בעוד אנחנו לא יכולים לצפות ישירות בתנאי גדילה במעטפת,

laboratory experiments have shown some evidence

ניסויים במעבדה הראו כמה עדויות

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

שיהלומים נוטים לגדול לקוביות בטמפרטורות נמוכות יותר

and octahedrons at higher temperatures.

ואוקטהדרונים בטמפרטורטות גבוהות יותר.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

כמויות זעירות של מים, צורן, גרמניום או מגנזיום

might also influence a diamond’s shape.

יכולים גם להשפיע על הצורה של היהלום.

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

ויהלומים לעולם לא גדלים באופן טבעי לצורות שנמצאות בתכשיטים --

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

היהלומים האלה נחתכו כדי להראות את הברק והשקיפות.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

תנאים סביבתיים יכולים גם להשפיע אם גבישים נוצרים בכלל.

Glass is made of melted quartz sand,

זכוכית נוצרת מחול קווארץ מותך,

but it isn’t crystalline.

אבל היא לא גבישית.

That’s because glass cools relatively quickly,

זה בגלל שזכוכית מתקררת יחסית מהר,

and the atoms do not have time to arrange themselves

ולאטומים אין זמן לארגן את עצמם

into the ordered structure of a quartz crystal.

למבנים מסודרים של גבישי קווארץ.

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

במקום, הסידור האקראי של האטומים בזכוכית המותכת

is locked in upon cooling.

ננעל עם ההתקררות.

Many crystals don’t form geometric shapes

גבישים רבים לא יוצרים צורות גאומטריות

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

בגלל שהם גדלים קרוב מאד לגבישים אחרים.

Rocks like granite are full of crystals,

סלעים כמו גרניט מלאים בגבישים,

but none have recognizable shapes.

אבל אף אחד לא בצורתו המוכרת.

As magma cools and solidifies,

כשמאגמה מתקררת ומתקשה,

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

הרבה מינרלים בתוכה מתגבשים באותו זמן ומהר מאוד נגמר להם המקום.

And certain crystals, like turquoise,

וגבישים מסויימים, כמו טורקיז,

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

לא גדלים לצורות גאומטריות מוגדרות ברוב התנאים הסביבתיים,

even given adequate space.

אפילו אם נותנים להם מספיק מקום.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

לכל מבנה אטומי של גביש יש תכונות יחודיות,

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

ובעוד לתכונות האלו אולי אין השפעה על הצרכים הנפשיים של אנשים,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

יש להם שימושים חזקים במדעי החומר והרפואה.