ผลึก

Quartz crystal

ผลึก (อังกฤษ: crystal) เป็นของแข็งที่มีองค์ประกอบเป็นอะตอม โมเลกุล หรือ ไอออนซึ่งอยู่รวมกันอย่างมีระเบียบ เป็นรูปแบบที่ซ้ำกันและแผ่ขยายออกไปในเนื้อที่สามมิติ โดยทั่วไปสสารที่เป็น ของเหลว จะเกิดผลึกได้เมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการ โซลิดิฟิเคชัน (solidification) ภายใต้สภาวะที่สมบูรณ์ผลที่ได้จะเป็น ผลึกเดี่ยว (single crystal) ที่ซึ่งทุกอะตอมในของแข็งมีความพอดีที่จะอยู่ใน แลตทิช เดียวกัน หรือ โครงสร้างผลึกเดียวกัน แต่โดยทั่วไปจะเกิดหลายรูปแบบของผลึกในระหว่างโซลิดิฟิเคชัน ทำให้เกิดของแข็งที่เรียกว่า พอลิคริสตัลลีน (polycrystalline solid) ตัวอย่าง เช่น โลหะ ส่วนใหญ่ที่พบเห็นในชีวิตประจำวันจะเป็น พอลิคริสตัล (polycrystals) ผลึกที่โตคู่กันอย่างสมมาตร จะเกิดเป็นผลึกที่เรียกว่า ผลึกแฝด (crystal twins) โครงสร้างผลึก ที่เกิดขึ้น จะขึ้นกับเคมีของของเหลว สภาวะแวดล้อมขณะเกิดโซลิดิฟิเคชัน และความกดดันขณะนั้น กระบวนการเกิดโครงสร้างผลึกเราเรียกว่าคริสตัลไลเซชัน (crystallization)

Bismuth Crystal

ขณะที่กระบวนการเย็นลงการเกิดผลึกก็ยังมีอยู่ แต่เมื่อของเหลวเย็นจนแข็งสถานะการเกิดผลึกจะไม่มีเรียกว่า นอนคริสตัลลีนสเตต (noncrystalline state) อธิบายได้ว่าการที่ของเหลวเย็นจนแข็งอะตอมของของเหลวไม่สามารถเคลื่อนไหวเพื่อการจัดเรียงเข้า แลตทิชไซต์ ตะกอนที่ได้จะไม่เป็นผลึกเรียกว่าวัสดุที่ไม่ใช่ผลึก (noncrystalline material) ซึ่งโครงสร้างของมันจะไม่เป็นลอง-เรนจ์ออร์เดอร์ (long-range order) และเรียกว่าเป็นวัสดุ อสัณฐาน (amorphous), คล้ายแก้ว (vitreous),หรือ กระจก หรืออาจเรียกอีกอย่างว่าเป็น ของแข็งอสัณฐาน (amorphous solid) ถึงแม้จะมีความแตกต่างกันระหว่างของแข็งและแก้ว แต่ก็เป็นที่น่าสังเกตอย่างมากว่ากระบวนการเกิดแก้วจะไม่ปล่อย ความร้อนแฝงของการหลอม (latent heat of fusion) อันนี้เป็นเหตุผลอันหนึ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์พิจารณาวัสดุแก้ว (glassy materials) ว่าเป็น ของเหลวที่มี ความหนืด (viscosity) มากกว่าเป็นของแข็ง ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ใน แก้ว (glass)

Insulincrystals

รูปแบบของผลึก

สารแต่ละชนิด ย่อมก่อให้เกิดผลึกที่แตกต่างกันเป็นคุณสมบัติประจำแต่ละสารนั้นๆ เนื่องจากพันธะระหว่างสารแต่ละชนิดแตกต่างกัน จึงทำให้การจับตัวกันเป็นรูปลูกบาศก์ แต่สารบางชนิดก็สามารถให้ผลึกในรูปแบบที่แตกต่างกันได้ แม้จะเป็นสารชนิดเดียวกัน เช่นโกเมน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักจะจับตัวในรูปของผลึกทรง 12 หน้า หรือรูปทรง 24 หน้า แต่ในบางครั้งก็อาจพบในรูปแบบของลูกบาศก์

นักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งรูปแบบการตกผลึกออกเป็น 32 รูปแบบ โดยมี 12 รูปแบบที่มักพบได้ในผลึกแร่ทั่วไป และในบางรูปแบบยังไม่มีการค้นพบอย่างเป็นรูปธรรมอย่างแท้จริง โดยใน 32 รูปแบบนี้ ได้ถูกแบ่งออกเป็น 7 ระบบ โดยแบ่งแยกตามความยาวและตำแหน่งของแกนของผลึก

รูปทรงสมมาตร (Isometric)

รูปแบบนี้เป็นรูปแบบที่เกิดจากการที่แกน 3 แกนตั้งฉากและตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน และมีขนาดความยาวเท่ากันทุกประการ มักก่อให้ผลึกมีคุณสมบัติที่แข็ง แต่เปราะ แตกหักได้ง่าย ตัวอย่างผลึกได้แก่ ผลึกเกลือ (Sodium chloride -NaCl)

รูปทรงสี่มุม (Tetragonal)

รูปทรงแบบนี้เกิดจากการที่แกน 3 แกนตัดกึ่งกลางและตั้งฉากซึ่งกันและกัน และต้องมีแกน 2 แกนที่มีความยาวเท่ากันด้วย เช่นแร่เซอร์คอน (Zirconium Silicate –ZrSiO₄)

รูปทรงมุมฉาก (Orthorhombic)

รูปทรงนี้เกิดจากแกน 3 แกนตั้งฉากและตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน แต่แกนทั้ง 3 แกนต้องมีขนาดไม่เท่ากันเลย ตัวอย่างแร่ที่มีผลึกชนิดนี้ได้แก่แบไรต์ (Barium sulfate –BaSO₄)

รูปทรงขนมเปียกปูน (Monoclinic)

เป็นรูปทรงที่แกนทั้ง 3 แกนมีขนาดไม่เท่ากันแต่ตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน ในนี้ 2 แกนจะทำมุมไม่ตั้งฉากกัน แต่ทั้ง 2 แกนนี้จะตั้งฉากกับอีกหนึ่งแกนที่เหลือ ตัวอย่างผลึกที่มีระบบของผลึกแบบนี้คือยิบซั่ม (Hydrated calcium sulfate –CaSO₄.2H₂O)

รูปทรงอสมมาตร (Triclinic)

รูปทรงนี้เกิดจากแกน 3 แกนที่ตัดกึ่งกลางซึ่งกันและกัน แต่ไม่มีเส้นใดที่ตั้งฉากกันเลย ตัวอย่างแร่สำหรับผลึกระบบนี้ได้แก่แอซิไนต์:axinite (เกิดจากการประกอบกันของแคลเซียม อะลูมิเนียม โบรอน ซิลิคอน เหล็ก และแมงกานีส)

รูปทรงหกเหลี่ยม (Hexagonal)

รูปทรงนี้มีแกนทั้งสิ้น 4 แกน สามแกนอยู่ในระนาบเดียวกัน ทำมุม 60 องศาซึ่งกันและกัน แบ่งเป็น 6 ส่วนเท่า ๆ กัน และอีกแกนที่เหลือตั้งฉากกับระนาบของแกน 3 แกนแรก แบ่งเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน ตัวอย่างแร่ในระบบนี้ ได้แก่อพาไทต์ หรือกราไฟต์

ผลึกแร่ธรรมชาติ

ผลึกแร่ธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลก พบในอยู่ในโพรงถ้ำในเหมืองเงินและสังกะสีใกลักับเมือง Naica รัฐ Chihuahua ประเทศเม็กซิโก มีความยาวผลึก 11 เมตร ประกอบไปด้วยเซเลไนต์ (Selenite) ซึ่งเป็นรูปผลึกหนึ่งของแร่ยิปซัม (Gypsum)

ดูเพิ่ม

• Crystal habit
• Crystal structure
• Crystallite
• Crystallization processes
• Liquid crystal
• Quasicrystal
• Seed crystal
• Single crystal

แหล่งข้อมูลอื่น

• Introduction to Crystallography and Mineral Crystal Systems
• Crystallographic Teaching Pamphlets
• Crystal Lattice Structures
• A virtual museum about the crystal