結晶の種類

結晶のいくつかの性質は、分子を固体に結合する結合力に依存する。これらの力は通常、原子または分子の最外層の電子（または価電子）の相互作用に関与する。結合力が強ければ、結晶には高い融点がある。それらが少し弱ければ、結晶には低い融点があり、曲げや変形がしやすい可能性があります。もしそれらが弱いならば、結晶は非常に低い温度でしか形成できなくて、この時分子が利用できるエネルギーは多くありません。4つの主要な結晶結合がある。イオン結晶は正イオンと負イオンからなり、異なる電荷間の引力（イオン結合）によって結合されている。塩化ナトリウムはイオン結晶の一例である。原子結晶（共有結合結晶）の原子または分子は、それらの原子価電子（共有結合）を共有する。ダイヤモンド、ゲルマニウム、シリコンは重要な共有結合結晶である。金属結晶は金属の原子がイオンに変わり、自由な価電子に囲まれ、それらは1つの原子から別の原子に容易に運動することができ、自由電子の海に浸る（金属結合）ことをイメージして記述することができる。これらの電子がすべて同じ方向に動くとき、その動きを電流と呼びます。分子結晶の分子はそれらの電子を全く共有しない。これらの結合は分子の一端から他端にかけて電界が微小に変動するためである。この結合力は弱い（ファンデルワールス力と水素結合）ため、これらの結晶は非常に低い温度で溶融し、硬度は非常に低い。固体酸素や氷などの典型的な分子結晶。イオン結晶では、電子は1つの原子から別の原子に移動する。共有結合結晶の原子はそれらの原子価電子を共有する。金属原子の一端には少量の負電荷があり、他端には少量の正電荷がある。弱い電気引力が分子を位置させる。工業用の結晶を作製するための技術の一つは、溶融液から成長することである。種結晶は単結晶の形成を促進するために使用することができる。この工程では、種結晶は溶融物質が入った容器に落下する。種結晶の周囲の溶融液が冷却されると、その分子は種結晶に依存する。これらの新しい結晶分子は種結晶の配向を受けて、大きな単結晶を形成している。サファイアとルビーの基本成分はアルミナで、融点が高く、溶湯を入れた容器を作るのは難しい。人工合成サファイアとルビーは、アルミナ粉と少量の着色用チタン、鉄またはクロム粉を用いて、炎の下で種結晶に滴下するヴィルナ葉法（炎溶融法）で作られている。炎は粉を溶解し、種結晶の上で再結晶する。人工ダイヤモンドを成長させるには1600℃以上の温度と60000倍の大気圧が必要である。人工ダイヤモンドの砂粒は小さくて黒く、それらは工業応用に適している。領域溶融プロセスは、半導体産業におけるシリコン結晶を精製するために使用される。シリコンロッドの先端に垂直にぶら下がっている単結晶。両者の接触部で加熱し、棒の先端を溶融させ、単結晶上で再結晶し、その後、加熱部をゆっくり棒に沿って下に移動させた。