સ્ફટિક

સ્ફટિક  અથવા સ્ફટિકીય ઘન  એક એવો ઘન પદાર્થ છે જેના ઘટક અણુ અથવા આયન સુનિયોજિત રીતે પુનરાવર્તન પેટર્નમાં ગોઠવાયેલા હોય અને તે ત્રણ અવકાશીય પરિમાણોમાં સુધી ફેલાયેલા હોય. સ્ફટિક અથવા સ્ફટિક નિર્માણના વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસને ક્રિસ્ટલોગ્રાફી કહે છે. સ્ફટિક વૃદ્ધિ મારફતે સ્ફટિક નિર્માણની પ્રક્રિયાને સ્ફટિકીકરણ અથવા ઘનીકરણ કહેવાય છે. 

સ્ફટિક શબ્દ પ્રાચીન ગ્રીક શબ્દ polytonic(κρύσταλλος) પરથી ઉતરી આવ્યો છે, જેનો અર્થ છે. "ખડક-સ્ફટિક"κρύσταλλος, હેનરી જ્યોર્જ લિડેલ, રોબર્ટ સ્કોટ,એ ગ્રીક-ઇંગ્લિશ લેક્સિકન, પરસ્યુ ડિજિટલ લાઇબ્રેરી અને polytonic પરથી "બરફ", "બરફીલો ઠંડો, હીમ".κρύος, હેનરી જ્યોર્જ લિડેલ, રોબર્ટ સ્કોટ, એ ગ્રીક-ઇંગ્લિશ લેક્સિકન, પરસ્યુ ડિજિટલ લાઇબ્રેરી. એક સમયે ક્વાર્ટ્ઝ (કાચમણિ), અથવા "ખડક સ્ફટિક"નો ઉલ્લેખ કરવા તેનો ઉપયોગ થતો હતો. દૈનિક જીવનમાં ઉપયોગમાં લેવાતી મોટા ભાગની ધાતુઓ બહુસ્ફટિકો છે. સ્ફિટક જોડીયા રચવા માટે સ્ફટિકોને ઘણીવાર સમપ્રમાણરીતે આંતરવૃદ્ધિ કરવામાં આવે છે.

સ્ફટિક માળખું
પ્રવાહી અથવા પ્રવાહીમાં ઓગળેલા પદાર્થમાંથી સ્ફટિકીય માળખું રચાવાની પ્રક્રિયાને ઘણીવાર સ્ફટિકીકરણ  કહેવાય છે.  સ્ફટિક શબ્દના મૂળ અર્થના જૂના ઉદાહરણમાં ઠંડુ કરાયેલુ પાણી તેની પ્રાવસ્થા બદલીને પ્રવાહીમાંથી ઘન સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. આ પ્રક્રિયા બરફના નાના સ્ફટિકો રચાવાથી શરૂ થાય છે અને જ્યાં સુધી તે ફ્યુઝના થાય ત્યાં સુધી તે વધતા રહે છે અને એક બહુસ્ફટિકીય માળખાની રચના કરે છે. બરફના ભૌતિક ગુણધર્મોનો આધાર વ્યક્તિગત સ્ફટિકો અથવા દાણાના કદ અને ગોઠવણ પર રહેલો હોય છે. ઓગળેલી સ્થિતિમાંથી ઘનીકરણ પામેલી ધાતુમાં પણ આ જ ગુણધર્મ જોવા મળે છે. 

પ્રવાહી ક્યું સ્ફટિક માળખું રચશે તેનો આધાર પ્રવાહીના રસાયણશાસ્ત્ર, તે જે સ્થિતિમાં ઘનીકરણ થાય છે તે અને એમ્બિયન્ટ દબાણ|સ્ફટિક માળખું રચશે તેનો આધાર પ્રવાહીના રસાયણશાસ્ત્ર, તે જે સ્થિતિમાં ઘનીકરણ થાય છે તે અને એમ્બિયન્ટ દબાણ પર આધાર રાખે છે. ઠંડુ કરવાની પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીય પદાર્થના નિર્માણમાં પરિણમે છે ત્યારે ચોક્કસ સ્થિતિમાં પ્રવાહી બિનસ્ફટિકીય સ્થિતિમાં થીજી જઇ શકે છે. મોટા ભાગના કિસ્સામાં, ઠંડુ થવાની પ્રક્રિયા એટલી ઝડપથી થાય છે કે અણુ તેનુ ચલન ગુમાવે તે પહેલા તેની લેટાઇસ સાઇટ સુધી પહોંચી શકતા નથી. બિનસ્ફટિકીય પદાર્થ, જે લાંબા ગાળાની સુવ્યવસ્થા ધરાવતો નથી, તેને આકારહીન, કાચના જેવું ગુણવાળો અથવા કાચવાળો પદાર્થ કહેવાય છે. સ્ફટિકીય ઘન અને આકારહીન ઘન વચ્ચે સ્પષ્ટ તફાવત હોવા છતાં તેને ઘણીવાર આકારહીન ઘન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. મોટે ભાગે કાચ રચતી પ્રક્રિયા ફ્યુઝન ગુપ્ત ઉષ્મા મુક્ત કરતી નથી. 

સ્ફટિકીય માળખા તમામ પ્રકારના રાસાયણિક બંધ સાથેના તમામ વર્ગના પદાર્થમાં રચાય છે. મોટે ભાગે તમામ ધાતુ બહુસ્ફટિકીય સ્થિતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, આકારહીન કે એકીય સ્ફટિક ધાતુનું ઘણી મુશ્કેલીઓનો સામનો કરવા છતા પણ કૃત્રિમ રીતે ઉત્પાદન થઇ શકતું નથી. આયનિક બંધ ધરાવતા સ્ફટિકો ક્ષારના ધનીકરણ દરમિયાન અથવા પીગળેલા પ્રવાહીમાથી અથવા દ્રાવણમાંથી સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન રચાય છે. સહસંયોજક બંધ ધરાવતા સ્ફટિકો પણ ઘણા સામાન્ય છે, તેના જાણીતા ઉદાહરણ હીરો, સિલિકા અને ગ્રેફાઇટ છે. પોલિમર પદાર્થો સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીય ક્ષેત્રો રચશે પંરતુ અણુની લંબાઈ સંપૂર્ણ સ્ફટિકીકરણને અટકાવે છે. નબળા વાન ડર વાલ બળ પણ સ્ફટિક માળખામાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે. દાખલા તરીકે, આ પ્રકારના બંધ ગ્રેફાઇટમાં ષટકોણીય પેટર્નવાળી શીટને નબળી રીતે એકજૂથ રાખી શકે છે.  મોટા ભાગના સ્ફટિકીય પદાર્થો વિવિધ પ્રકારની સ્ફટિકશાસ્ત્રીય ખામી ધરાવે છે. આ ખામીના પ્રકાર અને માળખા પદાર્થના ગુણધર્મો પરની અસરને મર્યાદિત કરી શકે છે.

સ્ફટિકીય પ્રાવસ્થાઓ
પોલિમોર્ફિઝમ એ ઘન પદાર્થની એક કરતા વધુ સ્ફટિક સ્વરૂપમાં અસ્તિત્વ ધરાવવાની ક્ષમતા છે. દાખલા તરીકે, પાણી બરફ સામાન્ય રીતે ષટકોણી સ્વરૂપ Ice Ihમાં જોવા મળે છે, પરંતુ તે ઘનીય બરફ, રોમ્બોહેડ્રલ બરફ, અને અન્ય ઘણા સ્વરૂપમાં પણ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. 
એક જ અણુમાં આકારહીન પ્રાવસ્થાઓ પણ શક્ય છે જેમ કે, આકારહીન બરફ. આ કિસ્સામાં આ ઘટના પોલિમોર્ફિઝમ તરીકે ઓળખાય છે.
શુદ્ધ રાસાયણિક ઘટકો માટે પોલિમરિઝમ એલોટ્રોપી તરીકે ઓળખાય છે. દાખલા તરીકે, હીરો, ગ્રેફાઇટ, અને ફુલેરિન, કાર્બનના વિવિધ એલોટ્રોપ છે.

 વિશેષ કિસ્સાઓ 

સ્ફટિક જેવા વ્યક્તિગત અણુઓ, જે નિયમિત રીતે પુનરાવર્તિત થતા નથી તેમની પ્રાથમિક શોધ 1982માં ડેન સ્કેટમેન દ્વારા થઇ હોવા છતાં આ વિચાર અને અર્ધસ્ફટિક શબ્દની સ્વીકૃતિએ  ઇન્ટરનેશનલ યુનિયન ઓફ ક્રિસ્ટલોગ્રાફીને સ્ફટિક શબ્દની વ્યાખ્યા બદલવાની ફરજ પાડી હતી કે સ્ફટિક એટલે "ડિસ્ક્રીટ અપાકર્ષણ આલેખ ધરાવતો કોઇ પણ ઘન પદાર્થ", આમ ક્રિસ્ટલિટીના જરૂરી પરિબળો સ્થિતિ અવકાશ થી તબદીલ થઇને ફોરીયર સ્પેસમાં તબદીલ થાય છે. સ્ફટિક પરિવારમાં પરંપરાગત સ્ફટિકને, જે આવર્ત અને પુનરાવર્તક છે તેને પરમાણ્વિક માપ પર અલગ પાડી શકાય છે, જ્યારે અનાવર્ત સ્ફટિકો એમ નથી. 1996માં સ્વીકારાયેલી આ બૃહદ વ્યાખ્યા તે વર્તમાન સમજને સમર્થન આપે છે કે સ્ફટિકો માટે માઇક્રોસ્કોપિક આવર્તતા પુરતી છે પરંતુ જરૂરી સ્થિતિ નથી.

શબ્દ "સ્ફટિક" પદાર્થ વિજ્ઞાન ઘન-સ્થિતિ ભૌતિક વિજ્ઞાનમાં ચોકક્સ અર્થ ધરાવે છે ત્યારે કોલોક્વલી "સ્ફટિક" શબ્દ એવા ઘન પદાર્થોનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ઘણી વાર સુવ્યાખ્યાયિત અને સુંદર ભૌમિતિક આકાર આપે છે. શબ્દના આ સંદર્ભમાં સ્ફટિકના ઘણા પ્રકારો કુદરતમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ સ્ફટિકોના આકારનો આધાર અણુઓ વચ્ચેના આણ્વિક બંધ તેમજ તેની કઇ સ્થિતિમાં રચના થાય છે તેના પર રહે છે. સ્નોફ્લેક, હીરો, અને મીઠું સ્ફટિકના સામાન્ય ઉદાહરણો છે. કેટલાક સ્ફટીકય પદાર્થો ફેરોઇલેક્ટ્રિક અસર અથવા પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર જેવા વિશેષ ઇલેક્ટ્રિકલ ગુણધર્મ ધરાવે છે. વધુમાં સ્ફટિકમાંથી પસાર થતા પ્રકાશનું ઘણી વાર વક્રિભવન થાય છ અથવા અન્ય દિશામાં વળે છે અને વિવિધ રંગો પેદા કરે છે. સ્ફટિક ઓપ્ટિક્સ આ અસરોનો અભ્યાસ છે. પિરિયોડિક ડાઇઇલેક્ટ્રિક માળખામાં ફોટોનિક સ્ફટિકમાં જોવા મળતા વિશેષ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો મળવાની આશા રાખી શકાય છે.

સ્ફટિકીય ખડકો
અકાર્બનિક દ્રવ્ય, જો તે જે ભૌતિક સ્થિતિમાં સૌથી સ્થિર હોય છે તે સ્થિતિ મેળવવા માટે મુક્ત હોય તો તેનું સ્ફટિકીકરણ થાય છે. યોગ્ય સ્થિતિ હેઠળ સ્ફટિક જે કદ હાંસલ કરે છે તે માટે કોઇ મર્યાદા નથી. નાઇકા, મેક્સિકોમાં કેવ ઓફ ક્રિસ્ટલ્સમાં 10 મીટર મોટા સેલેનાઇટ સિંગલ સ્ફટિકો મળી આવ્યા છે.નેશનલ જીયોગ્રાફિક, 2008.  કેવર્ન ઓફ ક્રિસ્ટલ જાયન્ટ્સ  

સ્ફટિકીય ખડકો જલીય દ્રાવણો અથવા પીગળેલા લાવામાંથી ઘનીકરણ પામ્યા છે. મોટા ભાગના અગ્નિ ખડકો આ જૂથના છે અને સ્ફટિકીકરણની માત્રાનો આધાર તેઓનું કઇ સ્થિતિ હેઠળ ઘનીકરણ થાય છે તેના પર રહે છે. ગ્રેનાઇટ જેવા આવા ખડકો જે અત્યંત ધીમી ઝડપે ઠંડા પડેલા છે અને સંપૂર્ણપણે સ્ફટિકીકરણ પામ્યા છે પરંતુ ઘણા લાવા પૃથ્વીની સપાટી બહાર નિકળે છે અને ઝડપથી ઠંડો પડે છે. આ જૂથમાં આકારહીન અથવા કાચ જેવા પદાર્થો અવારનવાર મળી આવે છે. અન્ય સ્ફટિકીય ખડકો, ઇવેપોરાઇટજેમ કેખડક ક્ષાર, જીપ્સમ અને કેટલાક ચૂનાના પત્થરો શુષ્ક આબોહવામાં બાષ્પીભવનને કારણે જલીય દ્રાવણમાંથી જમા થયા છે. અન્ય જૂથ મેટામોર્ફિક ખડકોમાં આરસ, માઇકા-શીસ્ટ અને ક્વાર્ટ્ઝાઇટનો સમાવેશ થાય છે. મેટામોર્ફિક ખડકોનું ફેરસ્ફટિકીરણ થાય છે. ઉલ્લેખનીય છે કે તે પ્રથમ વિભાજિત ખડકો હતા જેમ કે ચૂનાના પત્થરો, શેલ રેતીનો પત્થર ક્યારેય પીગળેલી સ્થિતિમાં ન હતા કે ક્યારેક સંપૂર્ણપણે દ્રાવણમાં ન હતા. મેટામોર્ફિઝમના ઊંચા તાપમાન અને દબાણની સ્થિતિએ તેમના મૂળ માળખા દૂર કરવાનું કામ કર્યું છે અને ઘન સ્થિતિમાં ફેર સ્ફટિકીકરણને પ્રોત્સાહન આપ્યું છે.

લક્ષણો
 સ્ફટિક કણ આકર્ષક બળ ગલનબિંદુ અન્ય ગુણધર્મો  આયનીય  ધન અને ઋણ આયનો  ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ  ઊંચું  સખત, બરડ ઓગળેલી સ્થિતિમાં સારુ વીજવાહક    આણ્વિય  ધ્રુવિય અણુઓ  લંડન બળ અને દ્વીધ્રૂવીય-દ્વીધ્રૂવીય આકર્ષણ  નીચું  નરમ, અવાહક અથવા પ્રવાહી સ્થિતિમાં વિદ્યુતનું અત્યંત નબળું વાહક   આણ્વિય  બિનધ્રૂવીય અણુઓ  લંડન બળ  નીચું  હળવું વાહક

સંદર્ભો

વધુ વાંચન