«Многогранники созданные природой»

Вид материала

Документы

Содержание Оксидные «бакиболы»

Подобный материал:

• А. А. Антенны, созданные человеком и природой, 927.92kb.
• Тема: Правильные многогранники, 109.11kb.
• Многогранники, правильные многогранники, 77.69kb.
• Тема реферата, 244.57kb.
• Тема реферата, 246kb.
• Составьте конспект правильные многогранники Полуправильные многогранники Это интересно, 136.81kb.
• Региональный методический конкурс образовательных учреждений Костромской области Методическая, 197.94kb.
• Многогранники, 170.62kb.
• Викторина по творчеству А. С. Пушкина в 9 классе Назовите художников, написавших портреты, 15.79kb.
• «Многогранники», 183.59kb.

Сообщение

«Многогранники созданные природой»


Многогранников в биологии.


"Природа вскармливает на своем лоне неисчерпаемое количество удивительных созданий, которые по красоте и разнообразию далеко превосходят все созданные искусством человека формы".

Э.Геккель, немецкий биолог.


Пчёлы - удивительные создания. Пчелиные соты представляют собой пространственный паркет и заполняют пространство так, что не остается просветов. Как не согласиться с мнением пчелы из сказки «Тысяча и одна ночь»:




«Мой дом построен по законам самой строгой архитектуры. Сам Эвклид мог бы поучиться, познавая геометрию сот».


Феодария


Скелет одноклеточного организма феодарии (Circogonia icosahedra) по форме напоминает икосаэдр. Большинство феодарии живут на морской глубине и служат добычей коралловых рыбок. Но простейшее животное пытается себя защитить: из 12 вершин скелета выходят 12 полых игл. На концах игл находятся зубцы, делающие иглу еще более эффективной при защите. Чем же вызвана такая природная геометризация феодарии?! Тем, по-видимому, что из всех многогранников с тем же числом граней именно икосаэдр имеет наименьший объем при наибольшей площади поверхности. Это свойство помогает морскому организму преодолевать давление водной толщи.




Интересно, что икосаэдр оказался в центре внимания биологов в их спорах относительно формы некоторых вирусов. Вирус не может быть совершенно круглым, как считалось раньше. Для того чтобы определить его форму, брали разные многогранники, направляли на них свет под теми же углами, что и поток атомов на вирус. Оказалось, что только один многогранник дает точно такую же тень- икосаэдр.


Многогранники в химии.

Многогранники – самые выгодные фигуры. И природа этим широко пользуется. Подтверждением тому служит форма некоторых кристаллов. Взять хотя бы поваренную соль, без которой мы не можем обойтись. Известно, что она растворима в воде, служит проводником электрического тока. А кристаллы поваренной соли ( NaCl ) имеют форму куба.

При производстве алюминия пользуются алюминиево-калиевыми кварцами, монокристалл которых имеет форму правильного октаэдра.

В разных химических реакциях применяется сурьмянистый сернокислый натрий ( Na 5 ( SbO 4 ( SO 4 )) – вещество, синтезированное учёными. Кристалл сурьмянистого сернокислого натрия имеет форму тетраэдра.

Оксидные «бакиболы»


Прошло почти 20 лет с тех пор, как появились фуллерены — удивительные многогранники из углеродных атомов. Однако химические соединения, напоминающие по структуре футбольный мяч, можно получить не только из углерода. Учёным удалось синтезировать оксиды нового класса — фуллереноиды. Поведение этих веществ сулит необычные свойства, которые могут оказаться чрезвычайно полезными для решения многих задач нелинейной оптики, катализа, фотолюминесценции, магнетизма. Об этой интересной работе, опубликованной в апрельском номере журнала „Nature Materials“, французский учёный Бернар Раво рассказал на седьмой Международной конференции по высокотемпературным сверхпроводникам и новым неорганическим материалам, состоявшейся недавно в МГУ им. М. В. Ломоносова. Французские исследователи из Лаборатории кристаллографии и материаловедения (CRISMAT) при Высшей национальной инженерной школе в Кане утверждают, что синтезированное ими сложное соединение ни много, ни мало открывает новую эру в химии твёрдого тела. Дело в том, что полученный оксид на основе алюмината состоит из фуллереноподобных сфер, образованных атомами алюминия.

Открытие фуллеренов стало одним из наиболее значительных достижений химической науки последних лет. Разнообразие физико-химических и структурных свойств соединений на основе фуллеренов позволяет говорить о появлении совершенно новой химии. Фуллерены оказались хорошими фотопроводниками и при определённых условиях становятся сверхпроводниками, ферромагнетиками. На их основе учёные уже создают новый тип полимерных материалов, а также планируют разработать фотоприёмники, оптические затворы, материалы с огромным запасом памяти.

Углерод C имеет 2 основных агрегатных состояния:
алмаз - ромбический додекаэдр
графит - шестигранная призма:


Многогранники в кристаллографии.


Кристаллы


Мир кристаллов - мир не менее красивый, разнообразный, развивающийся, зачастую не менее загадочный, чем мир живой природы. Кристаллы встречаются повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем кристаллы в лабораториях и в заводских условиях, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем кристаллы в науке и технике, едим кристаллы, лечимся кристаллами, находим кристаллы в живых организмах, проникаем в тайны строения кристаллов, выходим на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов и растим кристаллы в домашних условиях.

Важность кристаллов для геологических наук состоит в том, что подавляющая часть земной коры находится в кристаллическом состоянии. В классификации таких фундаментальных объектов геологии, как минерал и горная порода, понятие кристалла является первичным, элементарным, аналогично атому в периодической системе элементов или молекуле в химической классификации веществ. По афористичному высказыванию известного минералога, профессора Санкт-Петербургского горного института Д.П. Григорьева, "минерал - это кристалл". Ясно, что свойства минералов и горных пород теснейшим образом связаны с общими свойствами кристаллического состояния.

Слово "кристалл" - греческое (κρισταλλος), исходное его значение - "лёд". Однако уже в античное время этот термин был перенесён на прозрачные природные многогранники других веществ (кварца, кальцита и т. п.), так как считалось, что это тоже лёд, получивший в силу каких-то причин устойчивость при высокой температуре. В русском языке это слово имеет две формы: собственно "кристалл", означающее, возникшее естественным путем многогранное тело, и "хрусталь" - особый сорт стекла с высоким показателем преломления, а также прозрачный бесцветный кварц ("горный хрусталь"). В большинстве европейских языков для обоих этих понятий используется одно слово (сравните английские "Crystal Palace" - "Хрустальный дворец" в Лондоне и "Crystal Growth" - международный журнал по росту кристаллов).

С кристаллами человечество познакомилось в глубокой древности. Связано это, в первую очередь, с их часто реализующейся в природе способностью самоограняться, т. е. самопроизвольно принимать форму изумительных по совершенству полиэдров. Даже современный человек, впервые столкнувшись с природными кристаллами, чаще всего не верит, что эти многогранники не являются делом рук искусного мастера.

Форме кристаллов издавна придавалось магическое значение, о чём свидетельствуют некоторые археологические находки. В среде математиков существует аргументированное мнение, что прототипами пяти правильных многогранников (тел Платона) послужили природные кристаллы. Многим архимедовым (полуправильным) многогранникам также имеются точные или очень близкие аналоги в мире кристаллов. А в прикладном искусстве древности иногда в качестве образцов для подражания использовались кристаллические многогранники, причём и такие, которые заведомо не рассматривались тогдашней наукой. Например, в Государственном Эрмитаже хранится нитка бус, форма которых с высокой точностью воспроизводит характерную форму кристаллов красивого полудрагоценного минерала граната. Бусины эти изготовлены из золота (предположительно, ближневосточная работа I-V вв. н. э.). Таким образом, кристаллы с давних пор оказывали заметное воздействие на основные сферы интересов человека: эмоциональную (религия, искусство), идеологическую (религия), интеллектуальную (наука, искусство).


Одним из первых законов, замеченных в отношении формы кристаллов, был закон постоянства углов между гранями или рёбрами кристаллов (И. Кеплер; Н. Стенон, ХVII в.): на разных индивидах одного и того же кристаллического вещества углы между соответственными гранями или pёбpaми одинаковы (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Иллюстрация закона Стенона на различно искажённых кристаллах кварца.

Н. Стенон первый предложил рациональное объяснение этого, состоящее в послойном нарастании граней (т. е. их параллельном перемещении) при увеличении объёма кристалла, а Кеплер выдвинул первую правильную, хотя и неполную теорию строения кристаллов из шаров одинакового диаметра. Довольно давно были отмечены и такие общие особенности кристаллов, как однородность - постоянство свойств кристалла в любой его точке, и анизотропность - различие свойств кристалла по непараллельным направлениям (при одинаковости тех же свойств по параллельным направлениям). С анизотропностью тесно связана группировка всех граней кристалла в призматические пояса (зоны), оси которых имеют вполне определённые взаимные ориентировки. Эти оси (как и параллельные им рёбра между гранями одной зоны) соответствуют направлениям с наиболее плотным расположением атомов.







И, разумеется, не могло остаться без внимания одно из основных свойств кристаллов - их симметричность, визуально выражающаяся в закономерном, "правильном" расположении одинаковых граней кристалла. Как говорил творец современной теории строения кристаллов E.С. Фёдоров, "кристаллы блещут симметрией".


Удивительно разнообразен мир кристаллов, являющихся природными многогранниками.