How do crystals work? - Graham Baird

Tłumaczenie: Agnieszka Fijałkowska Korekta: Rysia Wand

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

Głęboko pod gejzerami i gorącymi źródłami Kaldery Yellowstone

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

znajduje się komora magmy

utworzona przez plamy gorąca w płaszczu Ziemi.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

Podczas ruchu ku powierzchni Ziemi magma się krystalizuje,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

tworząc młode, gorące skały magmowe.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

Ciepło tych skał wypycha wody gruntowe w kierunku powierzchni.

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

W miarę stygnięcia wody

jony wytrącają się w postaci kryształów mineralnych,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

w tym kryształów kwarcu z krzemu i tlenu,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

skalenia z potasu, glinu, krzemu i tlenu

galena from lead and sulfur.

i galeny z ołowiu i siarki.

Many of these crystals have signature shapes—

Wiele z tych kryształów ma charakterystyczne kształty -

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

weźmy kaskadę spiczastego kwarcu lub stos kostek galeny.

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

Ale co sprawia, że ciągle przybierają takie kształty?

Part of the answer lies in their atoms.

Część odpowiedzi leży w ich atomach.

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

Atomy każdego kryształu są ułożone w zorganizowany, zwielokrotniony wzór.

This pattern is the defining feature of a crystal,

który charakteryzuje kryształy,

and isn’t restricted to minerals—

ale nie ogranicza się do minerałów.

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

Piasek, lód, cukier, czekolada, ceramika, metale, DNA,

and even some liquids have crystalline structures.

a nawet niektóre płyny mają krystaliczne struktury.

Each crystalline material’s atomic arrangement

Układ atomowy każdego materiału krystalicznego

falls into one of six different families:

należy do jednej z sześciu rodzin:

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

sześciennej, tetragonalnej, rombowej, jednoskośnej, trójskośnej i sześciokątnej.

Given the appropriate conditions,

W odpowiednich warunkach

crystals will grow into geometric shapes

kryształy urosną w geometryczne kształty,

that reflect the arrangement of their atoms.

które odzwierciedlą układ ich atomów.

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

Weźmy galenę o sześciennej strukturze złożonej z atomów ołowiu i siarki.

The relatively large lead atoms

Względnie duże atomy ołowiu

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

są ułożone w trójwymiarowej siatce pod kątem 90 stopni względem siebie,

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

podczas gdy stosunkowo małe atomy siarki wpasowują się po środku.

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

W miarę jak kryształ rośnie, takie miejsca przyciągają atomy siarki,

while lead will tend to bond to these places.

podczas gdy ołów ma tendencję do wiązania się z tymi miejscami.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Ostatecznie uzupełnią siatkę połączonych atomów.

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

Oznacza to, że 90-stopniowy wzór siatki krystalicznej struktury galeny

is reflected in the visible shape of the crystal.

odbija się w widocznym kształcie kryształu.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

Kwarc ma sześciokątną krystaliczną strukturę.

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

To znaczy, że na jednej płaszczyźnie jego atomy układają się w sześciokąty.

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

W trzech wymiarach sześciokąty składają się z wielu splecionych piramid

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

składających się z jednego atomu krzemu i czterech atomów tlenu.

So the signature shape of a quartz crystal

Charakterystyczny kształt kryształu kwarcu

is a six-sided column with pointed tips.

to sześciokątna kolumna ze spiczastymi końcami.

Depending on environmental conditions,

W zależności od warunków otoczenia

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

większość kryształów może uformować wiele geometrycznych kształtów.

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

Przykładowo diamenty, powstające głęboko w płaszczu Ziemi,

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

mają sześcienną krystaliczną strukturę i rosną w kostki lub ośmiościany.

Which shape a particular diamond grows into

Kształt, w jaki wyrasta dany diament,

depends on the conditions where it grows,

zależy od warunków jego wzrostu,

including pressure, temperature, and chemical environment.

w tym ciśnienia, temperatury i środowiska chemicznego.

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

Choć nie możemy obserwować ich wzrostu w płaszczu Ziemi,

laboratory experiments have shown some evidence

eksperymenty laboratoryjne częściowo dowiodły,

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

że diamenty mają tendencję formowania kostek w niższych temperaturach

and octahedrons at higher temperatures.

i ośmiościanów w wyższych temperaturach.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Śladowe ilości wody, krzemu, germanu lub magnezu

might also influence a diamond’s shape.

mogą też wpływać na kształt diamentu.

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

Diamenty nigdy nie wyrastają w naturze w kształty spotykane w biżuterii.

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

Przycina się je tak, żeby uwidocznić ich blask i przejrzystość.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

Warunki środowiskowe mogą też wpłynąć na to, czy w ogóle tworzą się kryształy.

Glass is made of melted quartz sand,

Szkło składa się ze stopionego piasku kwarcowego,

but it isn’t crystalline.

ale nie jest krystaliczne.

That’s because glass cools relatively quickly,

Jest tak dlatego, że szkło ochładza się dość szybko,

and the atoms do not have time to arrange themselves

a atomy nie mają czasu na uporządkowanie się

into the ordered structure of a quartz crystal.

w strukturę kryształu kwarcu.

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

Zamiast tego losowe rozmieszczenie atomów w stopionym szkle

is locked in upon cooling.

zostaje utrwalone podczas chłodzenia.

Many crystals don’t form geometric shapes

Wiele kryształów nie tworzy geometrycznych kształtów,

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

bo rośnie bardzo blisko innych kryształów.

Rocks like granite are full of crystals,

Skały takie jak granit są pełne kryształów,

but none have recognizable shapes.

ale żaden z nich nie ma rozpoznawalnych kształtów.

As magma cools and solidifies,

Gdy magma stygnie i krystalizuje,

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

wiele minerałów krystalizuje jednocześnie

i szybko zaczyna im brakować miejsca.

And certain crystals, like turquoise,

Niektóre kryształy, takie jak turkus,

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

nie formują żadnych wyraźnych kształtów w większości warunków środowiskowych,

even given adequate space.

nawet przy wystarczającej przestrzeni.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

Struktura atomowa każdego kryształu ma unikalne właściwości.

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

Choć właściwości te mogą nie zaspokajać ludzkich potrzeb emocjonalnych,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

mają potężne zastosowanie w materiałoznawstwie i medycynie.