Кристалографія
КРИСТАЛОГРА́ФІЯ — наука про зовнішню форму, внутрішню будову, виникнення, ріст і фізичні властивості кристалів. Серед природничих наук кристалографія посідає проміжне місце між геологією (мінералогією), фізикою та хімією. Близькими науками є геохімія, геофізика та фізична хімія. Утворення та ріст кристалів вивчає розділ кристалографії — кристалогенез. При розгляді процесів зародження та росту кристалів використовують загальні принципи термодинаміки та закономірності фазових переходів і поверхневих явищ з врахуванням їхньої взаємодії з середовищем, атомно-молекулярної структури й анізотропії властивостей.
Досліджують також відхилення від ідеальної кристалічної ґратки, зумовлені дефектами, що виникають в процесі росту кристалів або в результаті зовнішнього впливу на них. На вивчення симетрії та структури кристалів спрямована геометрична кристалографія, яка ґрунтується на математичних законах. Одним з основних понять кристалографії є симетрія. Симетрія кристалів — закономірна повторюваність в просторі однакових граней, ребер і кутів фігури, яка може суміщатися сама з собою унаслідок однієї чи кількох операцій симетрії. Для опису симетрії використовують уявні образи — точки, осі, площини, т. зв. елементи симетрії (центр, осі та площини). Для опису кристалічних многогранників і ґраток у кристалографії оперують такими термінами: категорія симетрії (нижча, середня, вища), сингонія (триклінна, моноклінна, ромбічна, тригональна, гексагональна, тетрагональна, кубічна), вид симетрії (примітивний, центральний, планальний, аксіальний, планаксіальний, інверсійно-примітивний, інверсійно-планальний), точкова група (всього 32), проста форма (47), індекси грані, тип ґратки Браве (14), просторова група (230), елементарна комірка. Фізичні властивості кристалів (механічні, термічні, оптичні, електричні, магнітні та ін.) залежно від особливостей кристалічної структури вивчає фізична К. Вони зумовлені не тільки хімічним складом, типом хімічного звʼязку, але й орієнтацією кристала.
До основних властивостей кристалів належить анізотропія. Як наслідок фізичні властивості кристалів залежать від кристалографічних напрямів. Симетрія властивості є вищою або однаковою з точковою групою кристалу (принципи Неймана та Кюрі). З кристалографією тісно повʼязана кристалохімія. Методи й апаратуру для вирощування кристалів і використання їх у техніці вивчає прикладна К. Кристали вирощують за допомогою спеціальних технологій, до яких належать метод Чохральського, метод Бріджмена, напилення тонких плівок тощо. Природні та синтетичні кристали застосовують в оптиці, акустиці, різних галузях електроніки, радіотехніки, обчислювальної техніки, а також як надтверді абразивні матеріали й елементи надточних приладів. Унаслідок своєї міждисциплінарності важливою є роль кристалографії у сучасній науці як ланки, що повʼязує не лише хімію, фізику та геологію, але й біологію, математику та матеріалознавство.
Як наука кристалографія бере свій початок від аналізу зовнішньої форми кристалів. 1669 данський природознавець Н. Стено та 1784 французький кристалограф і мінералог Р.-Ж. Аюї встановили одні з основних законів кристалографії, названі їхніми іменами. 1772 вийшла книга французького мінералога та метролога Ж.-Б. Роме де Ліля «Essai de cristallographie» («Досвід кристалографії»). Перші поняття про симетрію кристалів розробив французький кристалограф О. Браве (1848), який поділив види симетрії кристалів за сингоніями. Засновниками сучасної математичної теорії симетрії кристалів є російський кристалограф, мінералог і математик Є. Федоров (автор класичної праці «Симметрия правильных систем фигур», 1890) та німецький математик А.-М. Шенфліс, які незалежно один від одного розвинули теорію просторових груп симетрії та вивели всі можливі просторові групи для кристалічних речовин. Дослідження дифракції рентґенівських променів у кристалах, проведені німецьким фізиком М.-Т.-Ф. фон Лауе (1912), започаткували вивчення атомної структури кристалів, які згодом англійські фізики В.-Ґ. (батько) і В.-Л. (син) Бреґґи (1913) розвинули в рентґеноструктурний аналіз.
Подальший розвиток кристалографії повʼязаний з вивченням властивостей кристалів. Перші універсальні методи розшифрування атомної структури кристалів запропонували американські вчені — фізик і кристалограф А.-Л. Паттерсон (1935), фізико-хімік Дж. Карле та математик Г.-А. Гауптман (1964). Виявив існування модульованих кристалів, а також запропонував теорію їхньої атомної будови німецький вчений П.-М. де Вольф (1974). В Україні розвиток кристалографії повʼязаний з постаттю В. Вернадського. Відомими в світі є роботи російського мінералога І. Шафрановського. 1959 на запрошення Львівського університету він прочитав для студентів, аспірантів і співробітників геологічного факультету цикл лекцій з кристаломорфології мінералів, який у тому ж році з ініціативи ректора Є. Лазаренка був опублікований в університетському видавництві.
