Кристалохімія - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Кристалохімія

КРИСТАЛОХІ́МІЯ – наука про взаємозв’язок між хімічним складом, кристалічною структурою та властивостями речовин. К. тісно пов’яза­на із кристалографією. На підставі хім. складу речовини, із за­стосуван­ням дифракц. методів аналізу (рентґеноструктур., ней­троно-, електронограф.) чи за результатами спектроскопіч. досліджень К. дозволяє визначити кристалічну структуру, по­­в’яза­ти її з електрон. будовою атомів і на цій основі пояснити фіз. та хім. властивості матеріа­лу. Як наслідок, К. уможливлює ство­рення наук. засад вибору речо­вин для розробки нових матеріалів із необхідними для практ. застосування властивос­тями. Серед осн. завдань – визначен­ня кристаліч. структури сполук, типу хім. зв’язку між струк­тур. одиницями; створення наук. під­ґрунтя для ідентифікації фаз у природ. і синтет. ма­теріалах, встановлення їхнього хім. складу; систематизація кри­сталіч. речовин, що є передумо­вою передбачення нових структур; виведення взаємозв’язків між кристаліч. структурою, мікро­структу­рою і фіз. та хім. властивостями. Предметом вивчення К. є елементи симетрії, сингонії, точк. та простор. групи, типи ґраток Бра­ве (осн. поняття кристалографії); радіуси атомів та іонів, довжини зв’язків, тип хім. зв’яз­ку; прогнозування крис­таліч. та аморф. будови (правила Полін­ґа, Захаріасена); фазові переходи, діаграми стану; взає­мо­зв’язок структура–властивості (принципи Неймана та Кюрі); неідеал. структури (дефектні, модульов., композитні; квазікристали).

Осн. поняттям К. є кристалічна структура (реальне розташування структур. одиниць у просторі), яка складається з мотиву та ґратки, і їй притаманні дальній порядок і симетрія. Просторова ґратка – сукупність вузлів (матем. точок), які у кристалі в будь-якому на­­прямі утворюють ряди з однак. проміжками. Найменший паралелепіпед, за допомогою якого побудована просторова ґратка та повністю без порожнин за­­повнений простір, називають елементар. коміркою. Вузлами просторової ґратки обирають атоми, іони або молекули (струк­турні одиниці кристала). Для опису кристаліч. структури вказують її симетрію (просторову групу симетрії), параметри еле­­ментар. комірки (довжину ребер a, b, c та кути α, β, γ) і координати атомів у комірці (x, y, z), що дозволяє розрахувати міжатом­ні відстані та валентні кути. Таку модель кристаліч. структури на­­зивають статичною. Для повнішої інформації необхідні відомості про амплітуди коливань атомів (динамічна модель), а також про розподіл електрон. густини у між’ядер. просторі. Осн. експерим. методи К. – дифракційні: рентґенів. структур. аналіз, нейтронографія, електроно­графія. Рентґенів. структур. ана­ліз – найпоширеніший та найрозвиненіший інструмент К., завдяки якому отримують розподіл електрон. густини у кристалі. У нейтронографії аналогічно на основі амплітуд ядер. розсіювання визначають розподіл ядер. густини у комірці. В електронографії визначають роз­поділ електростатич. потенціалу (сумарного – ядер і електронів). Цими методами досліджують метали і сплави, тверді про­сті речовини–неметали, мінера­ли, неорган. та орган. сполуки, білки, нуклеїнові кислоти, віруси, а також полімери, аморфні матеріали, рідини, гази.

Зародженню К. як науки пере­ду­вав розвиток кристалогра­фії: встановлено закономірності внутр. будови кристалів (Р.-Ж. Аюї, О. Браве). 1883 В. Барлоу на основі уявлень про найщільніші упаковки атомів передбачив 3 найпростіші кристалічні структури – NaCl, CsCl, ZnS (сфалерит). Найважливішим досягнен­ням кін. 19 ст. стало виведення просторових груп симетрії, здій­снене 1891 Є. Федоровим та А.-М. Шенфлісом. Як наука К. сфор­мувалася невдовзі після від­криття М.-Т.-Ф. фон Лауе (1912) ди­­фракції рентґенів. проміння, яка швидко стала потуж. методом вивчення внутр. будови твердих речовин – рентґенів. структур. аналізом. 1913 В.-Ґ. (батько) та В.-Л. (син) Бреґґи вивчали кристалічні структури багатьох металів, галогенідів, оксидів, сульфідів, алмазу. Перше знач­­не досягнення теор. К. – розрахунок енергії іонних кристалів, про­­ведений 1918 М. Борном і А. Лан­­де. 1926–27 створ. системи кри­­ста­лохім. іонних та атом. радіусів (В.-М. Ґольдшмідт, Л. Полінґ).

На основі концепції іонних радіусів В.-М. Ґольдшмідт пояснив явища ізоморфізму, морфотропії та поліморфізму. 1939 Л. Полінґ сформулював осн. принципи будови іонних кристалів, поняття атом. орбіталей і гібридизації, розвинув теорію найщільнішої упаковки атомів у кристалах. У подальші роки К. окремих класів сполук розвивали видатні вчені В. Юм-Розері, Ф. Лавес, Е. Цинтль, Е. Парте, В.-Г. Захаріазен, які є засновни­ками різних напрямів неорган. К., а також Ф. Крік і Дж. Ватсон (К. білків та нуклеїнових кислот), М. Бєлов (К. силікатів, заг. К.), Г. Бокий та М. Порай-Кошиць (заг. К.), О. Китайгородський, Ю. Стручков (орган. К.). В Украї­ні знач. внесок у розвиток К. комплекс. сполук зробили київ. вчені А. Голуб та В. Скопенко. Світ. визнання має львів. кристалохім. наук. школа, основою досягнень якої є К. інтерметаліч. сполук, а засновниками – Є. Гладишевський та П. Кри­п’я­кевич. Окрім Львів. ун-ту, К. вивчають на каф. неорган. хімії За­поріз., Харків., Черкас. та Чернів. ун-тів.

Літ.: Бокий Г. Б. Кристаллохимия. Москва, 1971; Шевченко Л. Л. Кристалохімія. К., 1993; Павлишин В. І. Основи кристалохімії мінералів. К., 1998; Савин В. В. Кристаллохимия промежу­­точных фаз и аморфных сплавов на основе переходных металлов. З., 2005; Мазуркевич Я. С. Кристалохімія: Навч. посіб. Чг., 2006; Бойко В. І. Кристалохімія: Навч. посіб. Чк., 2009.

Р. Є. Гладишевський

Стаття оновлена: 2014