Kristal, bir çokvüzlünün yüzlerine benzer yüzlere sahip, geometrik biçimi i bir katıdır. Pek çok madde kristal yapılıdır. Tuz ve şekerin taneciklerden oluştuğu kolayca görülür. Bu kristal oluşumlar gözle görülebilecek büyüklükte olanlardır.Ancak, bakır gibi metaller de kristal yapıya sahiptir. Metalleri oluşturan kristaller çok küçük oldukları için bunları özel mikroskoplar olmadan görme olanağı yoktur. Kaya ve madenler çeşitli büyüklükteki kristallerden meydana gelir. Aynı şekilde bitkilerin bazı kısımlarında, hayvanlarda ve insanlar tarafından yapılan pek çok malzemede kristal yapıgörülür.Kristaller çeşitli kimyasal elementlerden elde edilebilir. Kristalin şekli, oluşumu ile ilgilidir. Sert bir çarpma değişik yönlerde kırılmalara yol açar. Kırılan parçalar düz yüzeyli, düzgün ve belirli şekildedir.
Bazı kristaller piramit şeklinde, bazıları kutu şeklinde, bir kısmı bir araya vapışrruş birkaç piramit şeklindedir; bir kısmı ise şekil bakımından daha da karmaşık yapıdadır.İki kristal yüzeyi belirli bir açıda çakışır. Bu açı değişik maddeler için farklı olabilir; ancak aynı maddede bulunan kristallerde açı değişmez. Bir kristal parçalandığı zaman, herbir parça diğer parçalara benzeyecek şekilde kırılır.
Kristallerin bu özelliği, kristal yapının oluşmasını belirtmeye açıklık getirmesi bakımından önemlidir. 1784 yılında, Fransız bilim adamı Renelust Haüy yanlışlıkla büyük kalsit kristallerini düşürmüştü.
Renelust Haüy kırılan en küçük parçaların bile eşit şekilli kristal yüzlerine sahip olduğunu farketmiş ve kristallerin çok sayıda küçük ve eş birimlerden oluştuğu sonucuna varmıştı. Haüy bu görüşünü, eşit büyüklük ve şekildeki yüzlerce tahta kitleyi büyük küpler ve sekiz yüzlü şekiller oluşturacak şekilde bir araya getirerek bir maket üzerinde açıklarmştı.
Kristallerin ana yapı taşları atom ve moleküllerdir. Moleküller bir arava kümelerımiş atomlardan oluşur.
Örnek olarak, sofra tuzu sodyum ve klor atom larını içerir. Atomlar bir kübün köşelerini oluşturacak şekilde düzenlenmiştir. Kübün dört köşesinde sodyum iyonları, öbür dört köşesinde de klorür iyonları yer alır. Bu örnek resimle gösterilmek istenirse, atomlar nokta halinde belirtilebilir ve noktalar birbirine düz çizgilerle birleştirilir. Böylece içi boş bir kübün iskeleti elde edilmiş olur. Gözle görülebilecek büyüklükteki bir tuz kristali de bu küplerin milyarlarcasının bir araya gelmesinden oluşur. Küplerin bir araya bağlatuş şekli düzenli ve hep aynıdır. Bu düzenieniş şekline kafes adı verilir. Kafesin şekli çok çeşitli olabilir. Adi tuz kristalleri de böyle bir kafesten oluşmaktadır.
Bakır madeni de kafes şeklinde düzenlenmiş küçük kristallerden oluşur. Bakırın sekiz atomu küp şeklinde dizilir; ayrıca kübün her bir yüzünün orta noktasında bir fazla atom daha bulunur. Bu ne denle bakıra yüzey-merkezli kafes de denilir. Demir kristalinde ise sekiz atom küp şeklinin köşelerinde yer alır; bir dokuzuncu atom da kübün tam merkez noktasında bulunur. Bu nedenle demirin kafes şekline gövde merkezli adı verilir.
Elrnas, kafes şeklinde düzenlenmiş karbon atomlarını içerir; ancak bu atomlar değişik şekilde bağlanmıştır. Kübün altı yüzündeki altı merkez noktası birbiri ile düz çizgilerle birleştirildiği zaman sekiz yüzeyli bir şekil elde edilir; elmas kristallerinin şekli de sekiz yüzeylidir.
Toplam olarak 14 değişik kafes şekli vardır. Bunların bazıları birbirine benzer. Örneğin kübik kafesin her üç şekli de birbirine çok benzeyen yapılardır. Atomları aynı kafes şekline uyan kristallerin hepsi aynı kristal sistemine girerler. Örneğin tuz, bakır, demir ve elmas çeşitli kübik kafeslerden yapılmıştır; bu nedenle de hepsi de kübik sisteme girer.
Yedi ayrı kristal sistemi vardır. Her kristal bu yedi sistemden birine girer. Kristallerin geometrik şekline göre her sisteme ayrı bilimsel adlar verilmiştir. Bu yedi sistem şöyle adlandırılır: Kübik, dört yüzeyli, monoklin, triklin, ortorombik, altı yüzeyli ve üç yüzeyi
Bir kristal kafeste bulunan atomlar bağımsız olarak hareket edemezler, bir araya bağlı olarak bulunurlar. Her bir taneciğin kendi yeri vardır. Sıvılarda ise atom ve moleküllerin belirli yeri yoktur; sıvı içinde birbirlerinden bağımsız olarak hareket ederler. Gazlarda bulunan atom ve moleküller ise hareketlerinde son derece bağımsızdır.
Bu nedenle sıvı ve gazlar belirli şekiller oluşturmayan yapı taşlarından meydana gelir. Yapı taş
ları devamlı olarak değişen düzensiz dizilişler oluşturur. Bu özelliklerinden ötürü sıvı ve gazlar şekilsizdir. Şekilsiz katı maddeler de vardır. Örneğin camı meydana getiren atomlar düzenli bir diziliş şekline sahip değildir. Düzensiz olan katı maddelere, şekli olmayan anlamına gelen amorf adı verilir.
Kristallerin oluşması: Doğadaki kristallerin çoğu iki ayrı yoldan meydana gelir. Bunlardan biri bir eriyiğin buharlaşmasıdır. Örneğin, bir deniz suyu damlası kuruyacak olursa su buharlaş.ır ve geride tuz kristalleri kalır. Kristallerin oluşumuna ilişkin ikinci yol ise sıvıların soğutulması ve katılaşmasıdır.
Bir gaz ya da sıvı yeterince soğursa, katı hale dönüşür. Sıcak ve ergimiş volkanik kayalar sıvı haldedir. Soğudukça atomlar ve moleküller daha yavaş hareket ederler. Sıcaklık yeterince düşük bir noktaya ulaştığında atomlar ve moleküller belirli şekiller oluşturmaya başlarlar. Sıvı katılaştıkça kristaller meydana gelir. Maden tuzlarının çoğu milyonlarca yıl önce yerkabuğunda bu yoldan oluşmuştur. Elmas ve başka değerli taşlar çok eski den sıvı halde olan maddelerdi.
Kristallerin oluşması çok yavaş meydana gelirse, belirli şekiller alırlar. Doğada bu oluşma her zaman yavaş meydana gelmediğinden, sık sık tam olarak şekillenmemiş kristaller görülür. Şekillenmesi tamamlanmamış bir kristalde milyonlarca atom ya da molekül düzenli olarak biraraya bağlanmıştır. Şekillenmesi tam olmayan bir kristalde ise, şekillenme bir noktada bozulmuştur. Kristallerin en belirgin özelliklerinin bir kısmı, şekillenmelerinin tamamlanamamış olmasından ileri gelir. Örneğin, mücevher taşlarının renkleri bu özellikten doğar. Kristal yapılı madenlerin yüzeylerinde şekillenmenin tamamlanmamış olması paslanmaya karşı dayanıklılığı sağlar.
Çoğukristal yapılı madenin sert ve dayanıklı yapıda olması yanlış düzenlenme sonucu orataya çıkan şekillenememeden ileri gelir.
Yanlış düzenlenme birkaç şekilde olabilir. Bunlardan birisi yumuşak bir tel parçası büküldüğü zaman meydana gelen kenarın yanlış düzenlenmesidir. Aynı kenarda bulunan atom tabakalarında sıkışma, diğer kenarda ise yayılma meydana gelir. Böylece telin bükülmesi mümkün olur. Kristal tabakalarında bazen atom sayıları birbirine oranla daha az olabilir ve bu durum kıvrımların oluşmasına yol açar.
Çok görülen bir başka yanlış düzenlenme de vida şeklidir. Kristal yapının doğmasında bu şekil büyük önem taşır. Kristalin oluşumu, yoğun bir buhar ya da eriyik ortamında meydana gelir. Atom ya da moleküller yüzeyde toplanarak hareketederler, biribirleri ile birleşerek yeni bir kristal tabaka oluşturmaya başlarlar. Böylece kristal büyüme gösterir.
Vida şeklinde yanlış düzenieniş meydana geldiği zaman, kristal i oluşturan atomlar düz tabakalar halinde birleşmezler. Tabakaların her biri diğerine oranla daha eğik durumdadır. Sonuç olarak kristal dönerek uzayan bir merdivene benzer. Bir tabaka üzerindeki atomlar. sonraki tabakayı oluşturacak şekilde birbirine sarılır ve kristal devamlı olarak büyür. Bilim adamlarına göre kristal yapının büyümesi bu vida şeklinin yanlış düzenlerıişi ile ilgilidir.
Maden? kristallerde bulunan bazı yanlış düzenIeniş şekilleri maddenin yapısını zayıflatır. Ancak yanlış düzenlerıişlerin sayısı arttıkça tekrar madenin dayanıklılığı artar. Bu yönteme sertleştirme işlemi adı verilir. Sertleşti rm e işlemi ile bakır ve alüminyum gibi madenler ince tabakalara dönüştürülebilir. yuvarlaklaştırılabilir ve ince teller hazırlanabilir. Sertleştirme işlemi hep devam etmez ve yanlış düzenlerıişler kristalin parçalanmasına ve kırılmasına yol açar.
Kristal yüzeyinde meydana gelen bir yanlış düzenlenme bazen başka atom ya da molekülleri çeker. Böylece kristalin düzgün olarak şekillenmesi önlenir ve kristal atomları yüzeyde kümelenerek gelişigüzel bir dağılım gösterirler. Bu yoldan oluşan kristallere fırça kristaller adı verilir. Bunlar fırçaya benzerler, ince, uzun yapılı olurlar. Bilim adamları bu tip kristallerin son derece dayanıklı olduğunu saptamıştır. Örneğin kalav, aslında çok yumuşak bir maden olmakla beraber, fırça kristaller oluşturulduğunda çelikten daha dayanıklı olur. Bilim adamlarına göre fırça kristallerin dayanıklı olmalarının nedeni yanlış düzenlerıişlerin bulunmamasıdır. Kristallerin tam olarak büyüme gösterebilıtıeleri için koşulların kusursuz olması gerekir. Ancak bu durum doğada çok nadir meydana gelir. Laboratuvarda ise bilim adamları gerekli koşulları oluşturup, doğada bulunan kristailere oranla çok daha iyi kristaller yapabilirler.
Örneğin, her bakımdan kusursuz olan elmaslar özel laboratuvarıarda yapılır. Ancak elmas kristalıeri çok büyük basınç ve ısı altında oluşturulduğundan yapımı hem çok zor, hem de pahalıdır . Elmas ister yapma, ister doğalolsun çok serttir. Bu nedenle de endüstride ince delgi ve övütme aletlerinin yapımında kullanılır. Yapma elmaslargenellikle çok küçük olduğundan mücevhercilikte kullanılmazlar.
Su kristalleri: Doğadaki en güzel kristal örnekleri kar tanelerinde bulunur. Bunlar su buharının hızla soğutulması ile oluşur. Sıvı su donduğu zaman buz kristalleri meydana gelir. Bütün kar tanecikieri kabaca altı uçlu bir yıldızı andırır. Kar tanecikleri çabuk meydana geldikleri için şekilleri düzgün olmaz. Binlerce değişfk kar tanesini inceleyen bir bilim adamı birbirine eş iki kar tanesine rastlayamamıştır. Laboratuvar koşullarında da kar taneleri meydana getirilebilir. Kar taneleri için ideal şekil altıgendir.
Kar tanesinin tutulması ve mikroskop altında incelenmesi çok zordur. Adi tuzun incelenmesi ise çokdaha kolaydır. Tuz kristallerinin kübik yapısı mikroskop incelemesi sırasında kolayca kendisini belli eder.