Алмаз — гигантская молекула неопределенных размеров, состоящая из миллионов атомов углерода, скрепленных и упорядоченных особым образом. В кристалле они располагаются в таком идеальном порядке, как будто это солдаты на параде, но за тем исключением, что строятся атомы в трех измерениях, как косяки рыб. Но количество "рыб" в этом косяке, то есть атомов углерода, даже в самом крошечном алмазе — гигантское, больше, чем всех рыб (и людей в придачу) на свете. Некоторые ошибочно представляют атомы углерода в виде плотно слипшихся кусочков углерода без какого-либо пространства между ними. Мы скоро убедимся, что на самом деле большая часть "твердых" веществ состоит из пустоты. Позже я подробно объясню почему.
Атомы всех кристаллов выстроены как на параде — с одинаковым расстоянием между собой и в порядке, обеспечивающем форму всего кристалла. Некоторые "солдаты" могут строиться несколькими способами, образуя разные кристаллы. Когда атомы упакованы определенным образом, они формируют одно из самых твердых веществ — алмаз.
Атомы углерода в алмазе
Но если они соединятся по-другому, то образуют кристаллы графита, настолько мягкие, что их используют в качестве смазки.
Кристаллы представляются нам прекрасными прозрачными предметами, поэтому и кое-что другое, например чистую воду, мы описываем как кристально чистую. На самом деле большая часть твердых предметов состоит из кристаллов, и при этом они непрозрачны. Кусок железа — это множество кристаллов, и в каждом из них — миллионы атомов железа, построенных "на парад", как атомы углерода в алмазе. Свинец, алюминий, золото, медь — все это кристаллы одноименных атомов. Такие камни, как гранит или песчаник, зачастую представляют собой смесь скрепленных между собой кристаллов.
Песок тоже имеет кристаллическую структуру. Песчинки — это куски камня, перемолотые ветром и водой. Ил — то же самое, но с водой или другими жидкостями. Часто песчинки и ил образуют новые камни, так называемые осадочные породы — то есть отвердевший осадок песка и ила. ("Осадок" — частицы чего-то твердого, скапливающиеся внизу жидкости, например реки, озера или моря.) Песок в песчанике преимущественно состоит из кварца и полевого шпата, двух кристаллов, часто встречающихся в земной коре. Известняк — другое дело. Как и мел, это карбонат кальция, и образован он скелетами кораллов и ракушками, в том числе и маленьких одноклеточных существ — фораминифер. На пляжах песок белого цвета скорее всего окажется карбонатом кальция того же происхождения.
Иногда кристаллы состоят целиком из одинаковых, "парадно" выстроенных атомов одного элемента. Алмазы, золото, медь и железо тому пример. Но другие кристаллы состоят из двух разных типов атомов, опять же выстроенных в строго определенном порядке, как на параде. Соль (обычная столовая соль) — не элемент, а химическое "соединение из двух элементов — натрия и хлора. В кристалле соли чередуются атомы натрия и хлора. На самом деле в этом случае их называют не атомами, а ионами, но не буду объяснять, почему именно. У каждого иона натрия шесть соседей — хлоров, расположенных под прямыми углами друг к другу: спереди, сзади, слева, справа, сверху и снизу. Каждый ион хлора точно так же окружен ионами натрия. Каждый ряд формирует квадрат, поэтому, если ты рассмотришь крупицы соли под достаточно большим увеличением, то увидишь, что они кубические — как раз квадрат в трехмерном пространстве. По крайней мере у кристаллов будут прямые углы. Множество других кристаллов состоят из нескольких типов "парадных" атомов, и большинство из них можно найти в камнях, песке и почве.
