Правильные многогранники в живой природе

Правильные многогранники встречаются и в живой природе. Например, скелет одноклеточного организма феодарии (Circogonia icosahedra) по форме напоминает икосаэдр. Большинство феодарий 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.

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.

Полноценная по строению и инфекционная, т.е. способная вызвать заражение, вирусная частица вне клетки называется вирионом.

Вирионы с икосаэдрическим типом симметрии (от греч. eikosi – двадцать, hedra – поверхность), как у полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и похожи на геодезический купол

Правильные многогранники – самые выгодные фигуры. И природа этим широко пользуется. Многие свойства кристаллов, которые изучаются на уро­ках физики и химии, объясняются их геометрическим строением. Поэтому свойства многогранников и использу­ются в кристаллографии. Пчелы строили шестиугольные соты задолго до появления человека, а в истории цивилизации создание многогранных тел (подобных пирамидам) наряду с другими видами пластических искусств уходит в глубь веков.

Удивительно разнообразен мир кристаллов, являющихся природными многогранниками. 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.

Подтверждением тому служит форма некоторых кристаллов.

G Взять хотя бы поваренную соль, без которой мы не можем обойтись. Известно, что она хорошо растворима в воде, служит проводником электрического тока. А кристаллы поваренной соли (NaCl) имеют форму куба.

G При производстве алюминия пользуются алюминиево-калиевыми квасцами (K[Al(SO₄)₂]·12H₂O), монокристалл которых имеет форму правильного октаэдра.

G Получение серной кислоты, железа, особых сортов цемента не обходится без сернистого колчедана (FeS). Кристаллы этого химического вещества имеют форму додекаэдра.

G В разных химических реакциях применяется сурьменистый сернокислый натрий (Na₅(SbO₄(SO₄)) – вещество, синтезированное учеными. Кристалл сурьменистого сернокислого натрия имеет форму тетраэдра.

G А икосаэдр передает форму кристаллов бора (B). В свое время бор использовался для создания полупроводников первого поколения.

Но кроме формы правильных многогранников, многие кристаллы имеют форму просто многогранника.

^ Кристаллом (от греч. krystallos – «прозрачный лед») вначале называли прозрачный кварц (горный хрусталь), встречавшийся в Альпах. Горный хрусталь принимали за лед, затвердевший от холода до такой степени, что он уже не плавится. Кристалл горного хрусталя напоминает оточенный с двух сторон карандаш, т.е. имеет форму шестигранной призмы, на основания которой поставлены шестигранные пирамиды.

^ Исландский шпат име­ет форму косого параллеле­пипеда.

^ Пирит чаще всего встречается в виде октаэдра, иногда куба или даже усеченного октаэдра. Пирит, или железный колчедан (камень инков «кошачье золото»), минерал, дисульфид железа, FeS₂, самый распространенный в земной коре сульфид. Название происходит от греческого «пир» – огонь (при ударе искрит). Кристаллы в форме куба, пентагон-додекаэдра, реже – октаэдра, встречается также в виде массивных и зернистых агрегатов.

^ Кристалл граната имеет форму ромбододекаэдра (двенадцатигранник, у которого все грани ромбы).

^ Алмаз кристаллизуется в кубической системе (сингонии). Атомы углерода находятся в нем по узлам двух кубических решеток с центрированными гранями, очень плотно вставленных одна в другую (а = 3,5595 А). Кристаллы алмаза представляют собой гигантские полимерные молекулы и обычно имеют форму октаэдров, ромбододекаэдров, реже – кубов или тетраэдров. Часты двойники и сростки нескольких кристаллов, характерны выпуклые грани и криволинейные ребра. Грани кристаллов обычно покрыты фигурами роста или растворения в виде выступов или углублений различной формы.

Алмаз – самое твердое из всех природных веществ. Максимальная твердость на гранях октаэдра, минимальная на гранях куба; на этом основаны огранка, распиловка и шлифовка алмазов. Спайность, совершенная по октаэдру, что обусловливает хрупкость и несколько ограничивает использование алмаза.

Асимметрический атом углерода в молекуле аминокислоты изображен здесь в виде шарика, помещенного в центр тетраэдра. Представленное расположение четырех замещающих групп соответствует L-конфигурации, характерной для всех природных аминокислот.

Итак, благодаря правильным многогранникам, открываются не только удивительные свойства геометрических фигур, но и пути познания природной гармонии.