Кристалографія

Визначення і загальна характеристика

КРИ­СТАЛОГРА́ФІЯ — наука про зовнішню форму, внутрішню будову, виникне­н­ня, ріст і фізичні властивості кри­сталів. Серед природн. наук К. посідає проміжне місце між гео­логією (мінералогією), фізикою та хімією. Близькими науками є геохімія, геофізика та фізична хімія. Утворе­н­ня та ріст кри­сталів ви­вчає роз­діл К. — кри­сталогенез. При роз­гляді процесів зародже­н­ня та росту кри­сталів використовують заг. принципи термодинаміки та закономірності фазових пере­ходів і поверхн. явищ з врахува­н­ням їхньої взаємодії з середовищем, атомно-молекуляр. структури й анізотропії властивостей.

Досліджують також від­хиле­н­ня від ідеал. кри­сталіч. ґратки, зумовлені дефектами, що виникають в процесі росту кри­сталів або в результаті зовн. впливу на них. На ви­вче­н­ня симетрії та структури кри­сталів спрямована геом. К., яка ґрунтується на матем. законах. Одним з осн. понять К. є симетрія. Симетрія кри­сталів — закономірна по­вторюваність в просторі однак. 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 кри­сталіч. много­гран­ників і ґраток у К. оперують такими термінами: категорія симетрії (нижча, середня, вища), сингонія (триклін­на, моноклін­на, ромбічна, тригонал., гексагонал., тетрагонал., кубічна), вид симетрії (примітив., центр., планал., аксіал., плана­ксіал., інверсійно-примітив., ін­­версійно-планальний), точк. гру­па (всього 32), проста форма (47), індекси грані, тип ґратки Браве (14), простор. група (230), елементарна комірка. Фіз. влас­тивості кри­сталів (мех., термічні, оптичні, електр., магнітні та ін.) залежно від особливостей крис­таліч. структури ви­вчає фіз. К. Вони зумовлені не тільки хім. складом, типом хім. звʼязку, але й орієнтацією кри­стала.

До осн. властивостей кри­сталів належить анізотропія. Як наслідок фіз. властивості кри­сталів залежать від кри­сталогр. напрямів. Симетрія властивості є вищою або однаковою з точк. гру­пою кри­сталу (принципи Ней­мана та Кюрі). З К. тісно повʼя­зана кристалохімія. Методи й апаратуру для вирощува­н­ня кри­сталів і викори­ста­н­ня їх у техніці ви­вчає прикладна К. Кри­­стали вирощують за допомогою спец. технологій, до яких належать метод Чохральського, метод Бріджмена, напиле­н­ня тонких плівок тощо. Природні та синтет. кри­стали за­стосовують в оптиці, акустиці, різних галузях електроніки, радіотехніки, обчислюв. техніки, а також як надтверді абразивні матеріали й елементи надточ. при­ладів. Унаслідок своєї між­дисциплінарності важливою є роль К. у сучас. науці як ланки, що повʼязує не лише хімію, фізику та геологію, але й біологію, математику та матеріалознавство.

Як наука К. бере свій початок від аналізу зовн. форми кри­сталів. 1669 данський приро­до­знавець Н. Стено та 1784 франц. кри­стало­граф і мінералог Р.-Ж. Аюї встановили одні з осн. законів К., на­звані їхніми іменами. 1772 ви­йшла книга франц. мінералога та метролога Ж.-Б. Роме де Ліля «Essai de cristallographie» («Досвід кри­стало­графії»). Перші поня­т­тя про симетрію кри­сталів роз­робив франц. кри­стало­граф О. Бра­ве (1848), який поділив види симетрії кри­сталів за сингоніями. Засновниками сучас. матем. теорії симетрії кри­сталів є рос. кри­стало­граф, мінералог і математик Є. Федоров (автор класич. пр. «Сим­метрия правиль­ных систем фигур», 1890) та нім. математик А.-М. Шенфліс, які незалежно один від одного роз­винули теорію простор. груп симетрії та вивели всі можливі простор. групи для кри­сталіч. речовин. Дослідж. дифракції рентґенів. променів у крис­талах, проведені нім. фізиком М.-Т.-Ф. фон Лауе (1912), започаткували ви­вче­н­ня атом. струк­тури кри­сталів, які згодом англ. фізики В.-Ґ. (батько) і В.-Л. (син) Бреґ­ґи (1913) роз­винули в рент­ґено­структур. аналіз.

Подальший роз­виток К. повʼязаний з ви­вчен­­ням властивостей кри­сталів. Перші універсал. методи роз­шифрува­н­ня атом. структури кри­сталів за­пропонували амер. вчені — фізик і кри­стало­граф А.-Л. Пат­терсон (1935), фізико-хімік Дж. Карле та математик Г.-А. Гауптман (1964). Виявив існува­н­ня модульов. кри­сталів, а також за­пропонував теорію їхньої атом. будови нім. вчений П.-М. де Вольф (1974). В Україні роз­виток К. повʼязаний з по­ста­т­тю В. Вернадського. Ві­домими в світі є роботи рос. мінералога І. Шафрановського. 1959 на за­проше­н­ня Львів. університету він прочитав для студентів, асп. і спів­роб. геол. факультету цикл лекцій з кри­сталоморфології мінералів, який у тому ж році з ініціативи ректора Є. Лазаренка був опубл. в університет. видавництві.

Літ.: Попов Г. М., Шафрановський І. І. Кри­стало­графія. Л., 1959 (2-е вид., російською мовою — Москва, 1968); Вайнштейн Б. К. Современ­ная кри­стал­ло­графия: В 4 т. Москва, 1979–81; Шаскольская М. П. Кри­стал­ло­графия. 2-е изд. Москва, 1984; Грінченко В. Ф. та ін. Кри­стало­графія: Навч. посіб. К., 1997. Ч. 1; 2002. Ч. 2; Бизов В. Ф., Трощенко В. М. Кри­стало­графія, мінералогія і петро­графія: Під­руч. Кривий Ріг, 2000; Internatio­nal Tables for Crystallography. Vol. 1–8. Chiche­ster, 2004–12; Сколоздра О. Є. Кри­стало­графія, кри­сталохімія і мінералогія: Навч. посіб. Лц., 2010; Бадіян Є. Ю. Практична кри­стало­графія: Навч. посіб. Х., 2010; Грінченко В. Ф. та ін. Кри­стало­графія: Навч. посіб. К., 2011; C. Giacovazzo, H. L. Monaco, G. Ar­tioli, D. Viterbo, M. Milanesio, G. Gilli, P. Gil­li, G. Zanotti, G. Ferraris. Fundamentals of Crystallography. Oxford, 2011.

Р. Є. Гладишевський

Завантажити статтю