Запрос «Кристалл» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Друза кристаллов кварца
Криста́ллы (от греч. первоначально — «лёд», в дальнейшем — «горный хрусталь; кристалл») — твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку.
Кристаллы — твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 апреля 2021 года; проверки требуют 4 правки.
Кристаллогра́фия — наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Она тесно связана с минералогией, физикой твёрдого тела и химией. Исторически кристаллография возникла в рамках минералогии, как наука, описывающая идеальные кристаллы.
Задачей кристаллографии является изучение строения, физических свойств кристаллов, условий их образования, разработка методов исследования и определения вещества по кристаллической форме, физическим особенностям и тому подобного. В кристаллографии выделяют направления работ:
Основные понятия кристаллографии
Для описания симметрии многогранников и кристаллических решёток в кристаллографии установлена следующая иерархия терминов:
Кроме того, используются термины:
Пирами́ды ро́ста — пирамиды, основаниями которых служат грани кристалла, а общей вершиной — начальная точка роста.
Реальный кристалл во многих случаях целесообразно рассматривать как совокупность пирамид роста, поскольку очень часто физические свойства пирамид роста с основаниями, принадлежащим к различным простым формам, оказываются различными. Это подтверждается существованием у многих природных кристаллов структуры песочных часов, случаями закономерной оптической аномалии у кристаллов
кубической системы и пр.
Симме́три́я кристаллов (др.-греч. «соразмерность», от — «мерю») — закономерная повторяемость в пространстве одинаковых граней, рёбер и углов фигуры, которая может совмещаться сама с собой в результате одного или нескольких отражений. Для описания симметрии пользуется воображаемыми образами — точками, прямыми, плоскостями, называемыми элементами симметрии.
Плоскость симметрии (P) — это воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две симметрично равные части, расположенные друг относительно друга как предмет и его зеркальное отражение.
Ось симметрии (L) — прямая линия, при вращении вокруг которой повторяются равные части фигуры, то есть она самосовмещается. Число совмещений при повороте на 360° определяет порядок оси симметрии (n).
Центр симметрии (С) — точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам все линии, соединяющие соответственные точки на его поверхности.
Кристаллографи́ческий, -ая, -ое. К-ие системы.
КРИСТАЛЛОГРА́ФИЯ (от кристаллы и «графия»), наука об атомно-молекулярном строении, симметрии (см. С ИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ), физических свойствах, образовании и росте кристаллов . Впервые термин «кристаллография» был предложен для названия «науки о кристаллах» швейцарским ученым М. Капеллером в 1723.
Кристаллография зародилась в древности и развивалась в тесной связи с минералогией как наука, устанавливающая законы огранения кристаллов (Р. Ж. Гаюи (см. Г АЮИ Рене Жюст), 1784). В дальнейшем была развита теория симметрии внешней формы кристаллов (А. В. Гадолин, 1867 г.) и их внутреннего строения (Е. С. Федоров, 1890 г., А. Шенфлис, 1891 г.).
До открытия дифракции рентгеновских лучей основным методом описания и идентификации кристаллов был метод, основанный на гониометрии . Наблюдение и измерение огранения кристаллов, установление законов огранения — предмет геометрической кристаллографии. На основе геометрической кристаллографии возникла гипотеза об упорядоченном, трёхмерно-периодическом расположении в кристалле составляющих его частиц, в современном понимании — атомов и молекул, которые образуют кристаллическую решетку (см. К РИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА). Геометрическая кристаллография изучает основные метрические характеристики кристаллической решетки, периоды повторяемости и углы элементарной ячейки (см. Э ЛЕМЕНТАРНАЯ ЯЧЕЙКА КРИСТАЛЛА), разрабатывает методы их описания и устанавливает закономерности их огранения.
Учение о симметрии кристаллов (см. С ИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ), получившее в последнее время интенсивное развитие, является теоретической основой кристаллографии. Симметрия — наиболее общая закономерность, присущая строению и свойствам кристаллического вещества, которое по своим макроскопическим признакам можно определить как однородную анизотропную симметричную среду. Большой вклад в развитие теории симметрии и антисимметрии внесли А. В. Шубников (см. Ш УБНИКОВ Алексей Васильевич) и Н. В. Белов (см. Б ЕЛОВ Николай Васильевич). Основами математического аппарата кристаллографии помимо теории групп симметрии кристаллов является тензорное исчисление.
Кристаллография и такие ее разделы, как кристаллохимия и кристаллофизика тесно взаимосвязаны со смежными науками. Кристаллофизика рассматривает в основном электрические, оптические, механические свойства кристаллов и их симметрийные закономерности и непосредственно примыкает к физике твердого тела (см. Ф ИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА), которая сосредоточивает свое внимание больше на анализе общих закономерностей физических свойств и энергетического спектра решетки. Кристаллохимия изучает закономерности расположения атомов в кристаллах, природу химической связи между ними, атомную структуру реальных кристаллов.
Результаты, полученные при структурных исследованиях кристаллов, легли в основу структурной кристаллографии. Структурная кристаллография исследует атомно-молекулярное строение кристаллов методами рентгеноструктурного анализа, электронографии, нейтронографии, электронной микроскопии. Используются также методы оптической спектроскопии, в том числе инфракрасной спектроскопии, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса и т. д.
В связи с общностью подхода к атомному строению вещества и близостью дифракционных методик, используемых в структурной кристаллографии, кристаллографические теории и методы дают выход кристаллографии в металловедение и материаловедение полупроводников и диэлектриков, минералогию, органическую химию и химию полимеров, молекулярную биологию, в изучение жидкостей и газов.
Кристаллография изучает процессы образования кристаллов с позиций макроскопической и статистической термодинамики и физико-химической кинетики: процесс зарождения кристаллов (см. Кристаллизация ), анализ молекулярной кинетики движения фазовой границы, ее морфологии, тепло- и массоперенос при кристаллизации, формы роста, процессы дефектообразования. Исследование структуры реальных кристаллов, дефектов кристаллов , дислокаций и точечных дефектов (см. Т ОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ), условия их образования и влияние на свойства реальных кристаллов – важнейшие прикладные области кристаллографии. Теория и практика синтеза кристаллов поддерживаются достижениями химии и физической химии.
Кристаллография изучает также строение и свойства разнообразных агрегатов из микрокристаллов — поликристаллов , текстур , керамик , а также веществ с атомной упорядоченностью, близкой к кристаллической — жидких кристаллов (см. Ж ИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ), полимеров . Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые кристаллографией, находят применение в рассмотрении общих закономерностей строения и свойств конденсированного состояния вещества: аморфных тел и жидкостей, полимеров, биологических макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. Этим занимается обобщенная кристаллография.
.
.
Кристаллография
— это наука, изучающая внешнюю форму,
внутреннее строение, состав, физические
свойства и происхождение
кристаллов,
а также связь последних с окружающей
средой. Одним словом, кристаллография
является наукой, всесторонне
изучающей
кристаллическое вещество, т.е. предметом
кристаллографии являются кристаллы.
Специфический метод кристаллографии
— это применение принципа симметрии во
всех его проявлениях. В соответствии с
этим определением в современной
кристаллографии можно выделить следующие
разделы:
•
геометрическая
кристаллография – изучает внешнюю
симметрию кристаллов и геометрические
закономерности, которым она подчиняется;
•
физическая
кристаллография — раздел кристаллографии,
изучающий строение и физические свойства
кристаллов (в том числе кристаллооптика);
•
генетическая
кристаллография — раздел, изучающий
происхождение и развитие кристаллических
индивидов;
•
кристаллохимия
— раздел, изучающий зависимости и связи
между химическим составом, структурой,
внешней формой и свойствами кристаллов.
Кристаллография
является основой для понимания законов
всех геологических дисциплин, исследующих
вещественный состав земной коры:
минералогии, петрографии, геохимии,
учения о полезных ископаемых. На
современном уровне невозможна работа
в области физики и химии без знания
законов кристаллографии, которые в свою
очередь могут быть описаны при помощи
математического аппарата.
КРИСТАЛЛОГРАФИЯ —
наука о кристаллах и кристаллическом
состоянии вещества. Кристаллография
изучает симметрию, строение и свойства
кристаллов, законы, которые управляют
ростом, внешней формой и внутренней
структурой кристаллов. Объект исследования
— природные и синтетические кристаллы,
изучаемые различными методами химии и
физики твёрдого тела, минералогии и
др.
Как
самостоятельная наука кристаллография
возникла с середины 18 века и развивалась
в тесной связи с минералогией. С начала
20 века интенсивно развиваются физическая
(кристаллофизика) и химическая
(кристаллохимия) кристаллография, что
стимулировалось открытием дифракции
рентгеновских лучей (немецкий физик М.
Лауэ, 1912), возникновением
метода рентгеноструктурного
анализа и
первыми расшифровками структур
кристаллов, выполненными английскими
физиками У. Г. и У. Л. Брэггами в 1913.
Основные направления физической
кристаллографии — кристаллооптика,
возникновение которой обязано открытию
двойного лучепреломления кристаллов,
и учение о других физических свойствах
кристаллов (механических, электрических,
магнитных). Химическая (точнее
физико-химическая) кристаллография
изучает полиморфные превращения,
изоморфные замещения, химическую связь
в кристаллах, условия их зарождения и
рост.
Основы
математического аппарата кристаллографии
— теория групп симметрии кристаллов и
тензорное исчисление. К традиционным
методам структурной кристаллографии
(рентгеноструктурный анализ,
электронография, нейтронография)
добавились спектроскопические
методы: инфракрасная
спектроскопия,
оптическая колориметрия, электронный
и ядерный магнитный резонанс и др.
Внедрение последних в кристаллографии
позволило подойти к изучению структур
реальных кристаллов с нарушениями
идеальной кристаллической решётки
(точечные дефекты, дислокации и др.), что
определило качественно новый подход в
исследовании минералов.
Кристаллография реального кристаллического
состояния — теоретическая основа для
синтеза кристаллов с заранее заданными
свойствами. Интенсивно развивается
производство синтетических кристаллов
(кварца, алмаза,германия, кремния и
др.). Одна из задач кристаллографии —
расшифровка структур сложных органических
соединений. Практически все научные
и технические достижения последнего
времени (компьютерная техника,
электронная микроскопия, квазикристаллы,
высокотемпературные сверхпроводники
и т. д.) непосредственно связаны с
кристаллографией. Положение современной
кристаллографии во многом напоминает
ситуацию с математикой, методы которой
используются в многочисленных и самых
разнообразных дисциплинах
Аморфное
состояние —
твёрдое состояние вещества, обладающее
двумя особенностями: его свойства
(механические, тепловые, электрические
и т. д.) в естественных условиях не зависят
от направления в веществе (изотропия);
при повышении температуры вещество,
размягчаясь, переходит в жидкое состояние
постепенно, т. е. в аморфном
состоянии отсутствует
определённая точка плавления.
Твердые
тела могут существовать в двух существенно
различных состояниях, отличающихся
своим внутренним строением, и,
соответственно, свойствами. Это
кристаллическое и аморфное состояние
твердых тел монокристаллом или просто
кристаллом. В других случаях тело
представляет собой множество мелких
кристалликов, причудливо сросшихся
между собой, например, кусок рафинада.
Такие тела называютполикристаллическими.
Наличие
естественных граней у монокристаллов
ведет к четко выраженному различию в
физических свойствах тела по различным
направлениям. Это может относиться к
механической прочности, тепло- и
электропроводности, упругости и т.д. Но
не всегда все свойства зависят от
направления — кубический кристалл меди
обладает одинаковой электропроводностью
по всем направлениям, но разной упругостью.
В
поликристаллах принято говорить о
средних значениях физических величин,
поскольку вдоль любого выбранного
направления найдутся отдельные кристаллы,
как угодно ориентированные внутри тела.
Второй
вид твердого состояния твердых тел —
аморфное состояние. В этом состоянии
невозможно обнаружить даже малые
области, в которых наблюдалась бы
зависимость физических свойств от
направления. Некоторые вещества могут
находиться в любом из этих двух состояний.
Например,
если расплавить кристаллический кварц
(температура плавления около 1700° С), то
при охлаждении он образует плавленый
кварц сдругими физическими
свойствами,одинаковыми по всем
направлениям. Аморфное состояние —
неустойчивое состояние твердых тел.
Будучи предоставлены сами себе, они
стремятся со временем перейти в
кристаллическую форму, хотя этот процесс
может занимать годы и даже десятилетия.
Строение твердого вещества определяется не только взаимным расположением атомов внутри химических частиц, но и размещением самих частиц в пространстве относительно друг друга и расстояниями между ними. В зависимости от расположения частиц в пространстве различают ближний и дальний порядок.
Ближний порядок заключается в том, что частицы вещества закономерно размещаются в пространстве на определенных расстояниях и направлениях друг от друга. Если такая упорядоченность сохраняется или периодически повторяется во всем объеме твердого вещества, то формируется дальний порядок. Иначе говоря, дальний и ближний порядки — это наличие корреляции микроструктуры вещества либо в пределах всего макроскопического образца (дальний), либо в области с ограниченным радиусом (ближний). В зависимости от совокупного (или подавляющего) действия ближнего или дальнего порядка размещения частиц твердое тело может иметь кристаллическое или аморфное состояние.
Наиболее упорядоченным является размещение частиц в кристаллах (от греческого « кристалос » — лед), в которых атомы, молекулы или ионы расположены только в определенных точках пространства, названных узлами кристаллической решетки.
Кристаллическое состояние — это упорядоченная периодическая структура, которая характеризуется наличием как ближнего, так и дальнего порядка размещения частиц твердого вещества.
Характерным признаком кристаллических веществ по сравнению с аморфными является анизотропия.
Анизотропия — это разница физико-химических свойств кристаллического вещества (электро- и теплопроводности, прочности, оптических характеристик и т.д.) в зависимости от выбранного направления в кристалле
Анизотропия обусловлена внутренним строением кристаллов. В разных направлениях расстояние между частицами в кристалле разная, поэтому и количественная характеристика того или иного свойства для этих направлений будет разной.
Особенно ярко анизотропия проявляется в монокристаллах. На этом свойстве основано производство лазеров, обработка монокристаллов полупроводников, изготовление кварцевых резонаторов и ультразвуковых генераторов. Типичным примером анизотропного кристаллического вещества является графит, структура которого представляет собой параллельные слои с различными энергиями связи в середине слоев и между отдельными слоями. Благодаря этому теплопроводность вдоль слоев в пять раз выше, чем в перпендикулярном направлении, а электропроводность в направлении отдельного слоя близка к металлической и сотни раз больше электропроводности в перпендикулярном направлении.
Структура графита (указана длина связи С-С внутри слоя и расстояние между отдельными слоями в кристалле)
Иногда одно и то же вещество может образовывать кристаллы различной формы. Это явление называют полиморфизмом, а различные кристаллические формы одного вещества — полиморфными модификациями, например, алотропы алмаз и графит; a-, b-, g- и d-железо; a- и b-кварц (обратите внимание на различие понятий «аллотропия», которое относится исключительно к простым веществам в любом агрегатном состоянии, и «полиморфизм», которое характеризует строение только кристаллических соединений).
В то же время различные по составу вещества могут образовывать кристаллы одинаковой формы — это явление называют изоморфизмом. Так, изоморфными веществами, имеющими одинаковые кристаллические решетки, являются металлы Al и Cr и их оксиды; Ag и Au; BaCl2 и SrCl2 ; KMnO4 и BaSO4.
Подавляющее большинство твердых веществ при обычных условиях существует в кристаллическом состоянии.
Твердые вещества, не имеющие периодической структуры, относятся к аморфным (от греческого « аморфос» — бесформенный). Однако некоторая упорядоченность структуры в них присутствует. Она проявляется в закономерном размещении вокруг каждой частицы ее ближних «соседей», то есть аморфные вещества имеют только ближний порядок и этим напоминают жидкости, поэтому их с некоторым приближением можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень высокой вязкостью. Разница между жидким и твердым аморфным состоянием определяется характером теплового движения частиц: в аморфном состоянии они способны лишь к колебательным и вращательным движения, но не могут перемещаться в толще вещества.
Аморфное состояние — это твердое состояние вещества, характеризующееся наличием ближнего порядка в размещении частиц, а также изотропностью — одинаковыми свойствами в любом направлении.
Аморфное состояние веществ менее стабильно по сравнению с кристаллическим, так аморфные вещества могут переходить в кристаллическое состояние под действием механических нагрузок или при изменении температуры. Однако некоторые вещества могут находиться в аморфном состоянии в течение достаточно большого периода. Например, вулканическое стекло (возраст которого доходит до нескольких миллионов лет), обычное стекло, смолы, воск, большинство гидроксидов переходных металлов и тому подобное. При определенных условиях в аморфном состоянии могут находиться почти все вещества, кроме металлов и некоторых ионных соединений. С другой стороны, известны вещества, способные существовать только в аморфном состоянии (органические полимеры с неравномерной последовательностью элементарных звеньев).
Физические и химические свойства вещества в аморфном состоянии могут существенно отличаться от ее свойств в кристаллическом состоянии. Реакционная способность веществ в аморфном состоянии значительно выше, чем в кристаллическом. Например, аморфный GeO2 значительно активнее в химическом отношении, чем кристаллический.
Переход твердых веществ в жидкое состояние в зависимости от строения имеет свои особенности. Для кристаллического вещества плавления происходит при определенной температуре, которая является фиксированной для данного вещества, и сопровождается скачкообразным изменением ее свойств (плотность, вязкость и т.д.). Аморфные вещества, напротив, переходят в жидкое состояние постепенно, в течение некоторого интервала температур (так называемый интервал размягчения ), во время которого происходит плавное, медленное изменение свойств.
Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ:
Основные задачи кристаллохимии: систематика кристаллических структур и описание наблюдающихся в них типов химической связи; интерпретация кристаллических структур (выяснение причин, определяющих строение того или иного кристаллического вещества) и их предсказание; изучение связи физических и химических свойств кристаллов с их структурой и характером химической связи.
Физические науки, изучающие кристаллы
Вообще, изучением свойств реальных кристаллов занимается огромная научная отрасль; достаточно сказать, что все полупроводниковые свойства некоторых кристаллов (на основе которых создаётся точная электроника и, в частности, компьютеры) возникают именно за счёт дефектов.
Предмет и задачи современной кристаллографии
Кристаллография
— наука о кристаллах и кристаллическом
состоянии материи. Она изучает
возникновение и рост кристаллов, их
внешнюю форму, внутренние строение и
физические свойства.
Слово
“кристалл” — греческого происхождения.
Кристаллом древние греки называли лёд,
а затем и горный хрусталь, который
считали окаменевшим льдом. Позднее,
начиная с 17 века, кристаллами стали
называть все твёрдые тела, имеющие
природную форму плоскостного многогранника.
Такие многогранники ограничены
плоскостями — гранями, которые пересекаются
по прямым линиям — рёбрам.
В
настоящее время понятие “кристалл”
является более широким, и к кристаллическим
телам относят все твердые образования,
обладающие закономерным внутренним
строением. Закономерность эта заключается
в строго упорядоченном расположении
частиц, слагающих кристаллическое тело.
При этом частицы одного сорта периодически
повторяются, располагаясь по параллельным
линиям. Эти частицы можно мысленно
соединить прямыми линиями так, что
получится некоторая система
параллелепипедов, в вершинах которых
и будут находиться все однородные
частицы. Такая система параллелепипедов,
равных друг другу, параллельно
расположенных и смежных по целым граням,
получила название “пространственной
решётки”.
Соответственные точки параллелепипедов
пространственной решётки, например, их
центры или вершины, называются узлами.
Узлы
пространственной решётки ассоциируют
обычно с центрами тяжести частиц одного
сорта, причём этими частицами могут
быть атомы, ионы, радикалы или молекулы.
Замена материальных частиц математическими
точками создает определённые удобства
при изучении строения и свойств
кристаллических веществ в тех случаях,
когда решение рассматриваемого вопроса
от природы частиц не зависит.
Таким
образом, пространственная решётка
служит как бы схемой внутреннего строения
кристаллического тела.
Решётчатое
строение является наиболее характерной
особенностью всех, без исключения,
кристаллических тел и обуславливает
их специальные свойства, в том числе и
способность кристаллов приобретать
форму многогранников.
Отсюда
вытекает следующее определение
кристаллическому веществу: ”Кристаллическими
называются все твердые тела, имеющие
решётчатое строение”.
Понятие
о пространственной решётке и решётчатое
строение кристаллов лежат в основе всей
современной кристаллографии.
Твердые
тела, не имеющие решётчатого строения,
называются аморфными. Примерами аморфных
тел могут служить различные стёкла,
смолы, желатин, клей, сургуч, сапожный
вар, пластмассы и др. В аморфном веществе
составляющие его частицы располагаются
в общем беспорядочно, как и в жидкостях.
Поэтому аморфные тела часто уподобляют
жидкостям с очень большим внутренним
трением (или высокой вязкостью). Основными
же признаками являются: 1) изотропность,
т. е. одинаковость свойств во всех
направлениях; 2) отсутствие чётко
выраженной температуры плавления.
Аморфные
вещества не являются устойчивыми. Они
обнаруживают с течением времени тенденцию
к кристаллизации (наблюдается, например,
“расстеклование” стекла, “засахаривание”
леденцов). Кристаллическое состояние
по сравнению с аморфным оказывается
более устойчивым, так как упорядоченному
расположению частиц в структуре отвечает
минимальная внутренняя энергия о чём
свидетельствует выделение теплоты при
кристаллизации жидкости и поглощение
тепла при расплавлении кристаллов. В
связи с отмеченным аморфные тела нередко
относят к переохлаждённым жидкостям.
Таким
образом, представителями истинно твёрдых
тел являются только кристаллы.
Исторически
учение о кристаллах развивалось совместно
с минералогией, как один из её разделов.
Лишь с конца 19 в. кристаллография
выделяется в самостоятельную науку
благодаря тому, что с развитием химии
и особенно органической химии было
установлено широкое распространение
кристаллических веществ, часто не
имеющих ничего общего с минералами.
Кроме того, обнаружилась определённая
связь между химическим составом
кристаллов и их внешней формой. Это
послужило основанием Ф. Энгельсу в одной
из своих работ назвать кристаллографию
частью химии.
Однако,
до опытов Лауэ кристаллография сохраняла
свой первоначальный описательный
характер, занимаясь, главным образом,
изучением некоторых физических свойств
и внешних геометрических форм кристаллов.
После экспериментального подтверждения
решётчатого строения кристаллов
содержание кристаллографии существенным
образом изменилось. Возможность
непосредственного изучения внутреннего
строения кристаллов с помощью рентгеновских
лучей значительно расширила цели и
задачи кристаллографии и привела к
появлению и быстрому развитию новых
разделов этой науки (например,
кристаллохимия, кристаллофизика,
кристаллооптика и др.).
Современная
кристаллография изучает все свойства
кристаллического вещества и относящиеся
к нему закономерности, которые находятся
в связи с его решётчатым внутренним
строением. Основной задачей кристаллографии
является установление взаимной связи
между структурой кристаллов и их
химическим составом, а также различными
физическими, физико-химическими и
геометрическими свойствами.
Следовательно,
главными науками, на которых базируется
современная кристаллография, являются
физика, химия, физическая химия и
математика. В свою очередь кристаллографией
широко пользуются металлография,
рентгенография, физика твердого тела,
петрография, геохимия, радиотехника и
др. Сохранила кристаллография свои
прежние связи и с минералогией. Большой
интерес к кристаллографии проявляют
также физики и химики, поскольку
существует определённая зависимость
физических свойств кристаллов от их
внутреннего строения, которое в свою
очередь обуславливается химическим
составом кристаллического вещества.
Значение
кристаллографии, как науки о кристаллах,
вытекает из чрезвычайной распространенности
кристаллического состояния вещества.
Так как с кристаллами приходится иметь
дело практически во всех сферах
человеческой деятельности, то развитие
почти каждой отрасли народного хозяйства
выдвигает целый ряд важных
кристаллографических задач. Сюда
относится, прежде всего, задача получения
высококачественных кристаллических
материалов, необходимых для удовлетворения
потребностей новой и новейшей техники.
Искусственные алмазы, кварц, рубин,
многочисленные полупроводники,
люминесцентные кристаллы и др. уже
широко используются в обрабатывающей
и оптической промышленности, в
радиоэлектронике и компьютерах, в
космических исследованиях и ультразвуковой
технике. Однако, бурное развитие науки
и техники требует всё новых видов
кристаллических материалов, в том числе
металлов и сплавов, обладающих теми или
иными нужными свойствами. Решение этой
проблемы требует тщательного изучения
процессов образования, роста и разрушения
кристаллов, а также исследования
кристаллических структур, в геометрии
которых кроется одна из основных причин
физических и химических особенностей
кристаллов.
Сказанное
выше в достаточной мере характеризует
роль современной кристаллографии в
научно-техническом прогрессе и
необходимость её изучения.
2014 — Международный год кристаллографии
3 июля 2012 года Генеральная Ассамблея ООН на своей 66-й сессии постановила провозгласить 2014 год Международным годом кристаллографии.
- Шретер В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак Х. и др. Химия: Справ. изд. М.: Химия, 1989.
- Шубников А. В., Флинт Е. А., Бокий Г. Б., Основы кристаллографии, М.— Л., 1940.
- Шаскольская М., Кристаллы, М., 1959;
- Костов И., Кристаллография, пер. с болг., М., 1965.
- Банн Ч., Кристаллы, пер. с англ., М., 1970;
- Лейбфрид Г., Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов, пер. с нем., М., 1963.
Многим кристаллам присуще свойство анизотропии, то есть зависимость их свойств от направления, тогда как в изотропных веществах (большинстве газов, жидкостей, аморфных твёрдых телах) или псевдоизотропных (поликристаллы) телах свойства от направлений не зависят. Процесс неупругого деформирования кристаллов всегда осуществляется по вполне определённым системам скольжения, то есть лишь по некоторым кристаллографическим плоскостям и лишь в некотором кристаллографическом направлении. В силу неоднородного и неодинакового развития деформации в различных участках кристаллической среды между этими участками возникает интенсивное взаимодействие через эволюцию полей микронапряжений.
В то же время существуют кристаллы, в которых анизотропия отсутствует.
В физике мартенситной неупругости накоплен богатый экспериментальный материал, особенно по вопросам эффектов памяти формы и пластичности превращения. Экспериментально доказано важнейшее положение кристаллофизики о преимущественном развитии неупругих деформаций почти исключительно посредством мартенситных реакций. Однако принципы построения физической теории мартенситной неупругости неясны. Аналогичная ситуация имеет место в случае деформации кристаллов механическим двойникованием.
Значительные успехи достигнуты в изучении дислокационной пластичности металлов. Здесь не только понятны основные структурно-физические механизмы реализации процессов неупругой деформации, но и созданы эффективные способы расчёта явлений.
Морфология кристаллов — наука, изучающая происхождение кристаллов и их размещение этих граней в пространстве. Представляет собой отрасль кристаллографии.
Большинство природных кристаллов имеют гладкие кристаллические грани, в малогабаритных формах; грани кристаллов оптически плоские и обычно дают чёткие отражения окружения (как в оконном стекле). У больших кристаллов отражения бывают более размытыми и, следовательно, сами грани не идеально плоские.
Плоские грани у кристаллов свидетельствуют о правильности внутреннего расположения атомов, характеризующего кристаллическое состояние вещества.
Знание морфологии драгоценных материалов необходимо для распознания таких камней в необработанном состоянии, а также для лучшей огранки того или иного кристалла.
Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.
Кристаллохимия появилась вместе с рентгеновским методом определения структур кристаллов. Идея метода была предложена Лауэ, в честь которого дифракционная картина пучка с непрерывным спектром называется лауэграммой. Первые расшифровки структур были сделаны отцом и сыном Брэггами. В дальнейшем они сделали выдающийся вклад в развитие науки о кристаллических структурах, за что удостоились Нобелевской премии. Как самостоятельная наука кристаллохимия оформилась в 20-х годах 20-го века.
Большой вклад в науку о кристаллических структурах внёс Полинг, советские учёные Белов Н. В., Урусов В. С., Стручков Ю. Т. и многие другие.
Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку. Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например, методами рентгеновского структурного анализа.
Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны:
Почтовая марка СССР, 1966 год: VII международный конгресс кристаллографов
Истоки кристаллографии можно усмотреть ещё в античности, когда греки предприняли первые попытки описания кристаллов. При этом большое значение придавалось их форме. Греками же была создана геометрия, выведены пять платоновых тел и сконструировано множество многогранников, позволяющих описывать форму кристаллов.
Первым в России предпринял точные кристаллографические исследования Н. И. Кокшаров, а получил полную классификацию кристаллографической группы Е. С. Фёдоров.
В 1947 году основан Международный союз кристаллографов.
