Направления и задачи кристаллографии
Кристаллография – это наука о кристаллах, их структуре, свойствах и происхождении.
Кристаллография, как наука, тесно связана с физикой твердого тела, химией и минералогией. Задача кристаллографии заключается в изучении физических свойств, строения, условий образования кристаллов, а также в разработке методов исследования и определения веществ по кристаллической форме, физическим особенностям и т.п. В современной кристаллографии выделяются следующие направления работ:
- Кристаллохимия, которая изучает связь между химическими и физическими свойствами вещества и его химическим составом.
- Физическая кристаллография, которая изучает механические, оптические, тепловые свойства кристаллов.
- Кристаллогенез, который изучает образование и рост кристаллов.
- Геометрическая кристаллография, которая изучает формы кристаллов.
Кристаллические решетки и системы
Кристаллическая решетка – это вспомогательный геометрический образ, необходимый для анализа строения кристалла.
Кристаллическая решетка схожа с сеткой или канвой, что позволяет называть точки решетки узлами. Таким образом кристаллическая решетка представляет собой совокупность точек, возникающих из отдельной произвольно выбранной точки кристалла под действием группы трансляции. Такое расположение примечательно тем, что относительно каждой точки все остальные расположены абсолютно одинаково.
В зависимости от пространственной симметрии все кристаллические решетки можно разделить на семь кристаллических систем. В зависимости от формы они делятся на шесть таких систем. Все сочетания поворотных осей симметрии и зеркальных плоскостей симметрии, которые имеются в кристаллической решетке, предполагают деление кристаллов на 32 класса симметрии, а если учитывать винтовые оси симметрии и скользящие плоскости симметрии, то 230 пространственных групп.
Кристаллические системы делятся на три категории:
- Низшая категория, в которой все трансляции не равны друг другу. К данной категории относятся триклинная, моноклинная и ромбическая кристаллические системы.
- Средняя категория, в которой две из трех трансляций равны друг другу. К данной категории относятся тетрагональная, тригональная и гексагональная кристаллические системы.
- Высшая категория, в которой все трансляции равны друг другу. К данной категории относится кубическая кристаллическая система.
Формы кристаллов, описание комбинаций
Форма кристаллов не случайна, потому что она отражает обстоятельства их образования. Простая идеальная форма кристалла представляет собой многогранник, у которого все грани могут быть получены из одной при помощи преобразований отдельной группы симметрии. В том случае, когда пространство замыкается, то образуется выпуклый многогранник, представляющий собой простую закрытую форму. Все простые формы высшей категории являются закрытыми, то есть их грани таких простых форм ограничивают и замыкают конечный объем.
Сложная форма представляет собой кристалл, который состоит из граней различных по очертанию и величине. Количество различных граней определяет число простых форм в комбинации - в комбинации принимают участие стольких простых форм, сколько разновидностей граней видно в многограннике. Сегодня известно 47 простых форм, названия которых определяется формой поперечного сечения, очертанием и количеством граней. В номенклатуре используются следующие термины: моно - один, ди - два, три-три, тетра-четыре, пента-пять, гекса-шесть, окта-восемь, додека-двенадцать.
Для правильного описания комбинаций используется следующий алгоритм:
- Сначала определяются составляющие симметрии (плоскость, ось, центр) для всего кристалла.
- В соответствии с ранее полученным набором составляющих симметрии устанавливается принадлежность исследуемого кристалла к определенной кристаллической системе.
- После этого сужается вероятность нахождения простых форм в комбинации в диапазоне определенной кристаллической системы, затем переходят к подсчету количества простых форм, которые принимают участие в процессе образования комбинации. Чтобы это сделать, необходимо подсчитать число граней различных по очертанию и величине. Число граней, которые различны по очертанию и величине тождественно числу простых форм кристалла, которые принимают участие в комбинации.
- Далее для каждой отдельной простой формы подсчитываются их общее количество и анализируется взаимное расположение относительно составляющих симметрии, определяя тем самым название простой формы.
- В результате описания сложной формы кристалла появляется запись из набора элементов симметрии, а также перечисления простых форм, которые участвуют в образовании комбинации исследуемого кристалла.
