Анизотропия свойств кристаллов

Анизотропия свойств кристаллов вызвана анизотропией их пространственной решетки. Это значит, что разные грани, ребра, вершины кристалла имеют различные свойства: по-разному блестят, твердость кристалла на них различна, нередко они имеют иную окраску и т. д. Анизотропия свойств выражается в том, что по непараллельным направлениям свойства на одной и той же грани различны. Например, грани кристаллов алмаза царапаются в разных направлениях по-разному – это учитывается при шлифовке бриллиантов. Анизотропно проявляются в объеме кристалла все физические свойства: оптические, электрические, теплофизические свойства, твердость и др.

Степень анизотропности кристаллов зависит от их симметрии. Если через центр кристалла провести прямые, то среди них можно выделить симметрично-равные, единичные и полярные прямые (направления).

Симметрично-равными называются такие повторяющиеся в кристалле прямые (или направления), которые выводятся одна из другой с помощью элементов симметрии. Свойства кристаллов по этим направлениям повторяются.

Единичными называются такие прямые (направления), которые являются единственными, неповторимыми в кристалле. Свойства кристаллов вдоль этих направлений отличаются от свойств по другим направлениям. В кристаллах кубической сингонии единичных направлений нет, т. к. они симметрично равны и многократно повторяются. Анизотропия свойств в кристаллах кубической сингонии проявляется очень слабо. В результате можно сказать, что кубические кристаллы изотропны (изотропное тело обладает равными свойствами во всех направлениях). В кристаллах гексагональной, тригональной и тетрагональной сингоний всегда есть одно единственное, единичное, т.е. неповторяющееся направление. Это оси симметрии L₆, L₄, L₃. Такая ось всегда одна, и больше не повторяется. Все остальные направления в этих кристаллах неоднократно повторяются. В кристаллах ромбической сингонии существует три единичных направления. В кристаллах моноклинной сингонии единичных направлений множество, а в триклинной все направления единичны. Анизотропия свойств в этих кристаллах проявлены наиболее сильно.

Полярными направлениями называются те из симметричных или единичных направлений, концы которых не могут быть совмещены при помощи элементов симметрии. Ярким примером этого является ось третьего порядка в турмалине (рис. 10). Её верхний конец несовместим с нижним, оба конца неравнозначны. Это следует из особенностей кристаллической структуры минералов, основным элементом которой являются кольца кремнекислородных тетраэдров (Si₆O₁₈)^12–, вершины которых развернуты в одну сторону. Следствием полярности L₃ служат пироэлектрические свойства турмалина: при нагревании на вершине и основании возникают разноименные электрические заряды. Окраска кристаллов многоцветных турмалинов и скорость их роста различны на разных окончаниях кристаллов.

–

Рис. 10 Проявление пироэффекта и пьезоэффекта

в кристаллах с полярными направлениями:

а – турмалин; б – кварц (по А. Г. Булаху, 1999).