Кристаллография

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:

• физическая кристаллография: изучает физические свойства кристаллов — механические, тепловые, оптические;
• геометрическая кристаллография: изучает формы кристаллов;
• кристаллогенез: изучает образование и рост кристаллов;
• кристаллохимия: изучает связь между химическим составом вещества и его структурой.

История науки

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.

• 1611 — трактат «О шестиугольных снежинках» немецкого астронома и математика И. Кеплера. Кеплера иногда называют ранним предшественником структурной кристаллографии.
• 1669 — Стенсен, Нильс выдвинул закон (Закон Стено) или «закон постоянства углов кристаллов», который утверждает, что углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы для всех экземпляров одного минерала при одинаковых условиях (температура и давление).
• Как самостоятельная дисциплина кристаллография была изложена французским минералогом Жаном Батистом Луи Роме-де-Лилем (фр. Jean-Baptiste Romé de Lisle) в 1772 году в сочинении «Опыт кристаллографии». Позднее Жан Батист Луи Роме-де-Лиль переработав и расширив это сочинение, опубликовал его в 1783 году под названием «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства».
• Ренэ-Жюст Гаюи нашёл весьма важный закон о рациональности разрезов по осям, который имеет значение для всего строения кристалла. Независимо друг от друга он и шведский химик Торберн Бергман выяснили, что из всех кристаллов известковых шпатов можно вырубить кристалл основной формы, тем самым открыли существование плоскостей спайности.
• В 1830-е Иоганн Гессель и независимо в 1869 Аксель Гадолин доказали, что в К. возможны лишь 32 вида симметрии, подразделённые в 6 сингоний.

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.

Основные понятия кристаллографии

Для описания симметрии многогранников и кристаллических решёток в кристаллографии установлена следующая иерархия терминов:

• Три категории симметрии
  • Шесть сингоний
  • Семь кристаллических (кристаллографических) систем
    • 14 решёток Браве
    • 32 класса или вида симметрии
      • 230 пространственных групп

Кроме того, используются термины:

• Простая форма
• Индексы грани
• Кристаллическая решётка
• Обратная решётка
• Кристаллическая структура
• Элементарная ячейка
• Изоморфизм (химия)
• Полиморфизм кристаллов
• Метаморфизм

Пирамиды роста

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.

Симметрия

Симме́три́я кристаллов (др.-греч. συμμετρία «соразмерность», от μετρέω — «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.

Вид симметрии

Категория	Низшая			Средняя			Высшая
Кристаллическая система	Триклинная	Моноклинная	Ромбическая	Тетрагональная	Тригональная	Гексагональная	Кубическая
Примитивный	L1			L4	L3	L6	4L33L2
Центральный	C			L4PC	L3C = Ł3	L6PC	4L33L23PC
Планальный		P	L22P	L44P	L33P	L66P	3Ł44L36P
Аксиальный		L2	3L2	L44L2	L33L2	L66L2	3L44L36L2
План-аксиальный		L2PC	3L23PC	L44L25PC	L33L23PC = Ł33L23P	L66L27PC	3L44L36L29PC
«Инверсионно-примитивный»				Ł4		Ł6 =L3P⊥
«Инверсионно-планальный»				Ł42L22P		Ł63L23P

2014 — Международный год кристаллографии

3 июля 2012 года Генеральная Ассамблея ООН на своей 66-й сессии постановила провозгласить 2014 год Международным годом кристаллографии.

В обоснование принятого решения в резолюции Генеральной Ассамблеи подчёркивается роль изучения и прикладного использования кристаллографии в современном мире и указывается на важное значение научных достижений в области кристаллографии. Упоминается также, что в 2014 году отмечается столетие зарождения современной кристаллографии.

Ведущую роль в проведении года кристаллографии сыграл Международный союз кристаллографов.

См. также

• Кристаллохимия
• Кристаллофизика
• Классификация кристаллических решёток
• Кристаллографическая точечная группа симметрии
• Трансляция (кристаллография)
• Закон постоянства углов — суть его заключается в том, что все кристаллы, которые принадлежат к одной много-морфной модификации (политипным видоизменениям) данного вещества, имеют одинаковые углы между соответствующими рёбрами и гранями (см. Нильс Стенсен).

Литература

• Земятченский П. А. Кристаллология // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Уэвелль В. История индуктивных наук от древнейшего и до настоящего времени. В трёх томах. Т. III. История кристаллографии. СПб., 1869.
• Шубников А. В. У истоков кристаллографии. М., 1972. - 52 с.
• Шафрановский И. И. История кристаллографии в России. М. - Л., 1962. - 416 с.
• Шафрановский И. И. История кристаллографии (с древнейших времён до начала XIX столетия). Л., «Наука», 1978. - 297 с.
• Шафрановский И. И. Кристаллография в СССР: 1917—1991 / Отв. ред. Н. П. Юшкин. - СПб., 1996.
• Аншелес О. М. Вычислительные и графические методы кристаллографии. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1939. — 299 с.
• Burke J. G. Origins of the science of crystals. University of California, Los Angeles, 1966. 198 p.

Ссылки

• Справочник по кристаллографии.