krystalografia
 
Encyklopedia PWN
krystalografia
[gr. krýstallos ‘kryształ’, gráphō ‘piszę’],
nauka o wewn. i zewn. budowie oraz o powstawaniu i właściwościach fiz. i fizykochemicznych ciał krystalicznych;
Dzieli się na: k. geometryczną — zajmującą się symetrią, metodami pomiarów i rysunkowego przedstawiania zewn. postaci kryształów (kryształu symetria, krystalograficzne postacie proste, klasy krystalograficzne, krystalograficzne układy, krystalograficzne rzuty); k. strukturalną — obejmującą teorię sieci przestrzennejgrup przestrzennych, k. chemiczną, tj. krystalochemię; k. fizyczną, tj. krystalofizykę, krystalografię rentgenowską oraz analizę rentgenostrukturalną. Pierwsze badania kryształów, dokonane w XVII w., dotyczyły stałości kątów między analog. ścianami różnych kryształów tej samej substancji; 1669 N. Stensen sformułował prawo stałości kątów (krystalograficzne prawa), które potwierdził J.B. Romé de L’Isle. W 1669 E. Bartholin odkrył podwójne załamanie światła (wytłumaczone 1678 przez Ch. Huygensa), a 1688 D. Guglielmini — zjawisko łupliwości kryształów. Jednocześnie czyniono również próby wyjaśnienia wewn. budowy kryształów i powiązania jej z postaciami zewn. (J. Kepler 1611, R. Hooke 1665, D. Guglielmini 1688, M. Łomonosow 1749). W 1784 R.J. Haüy podał teorię wewn. budowy kryształów, zakładając na podstawie ich łupliwości — podobnie jak Guglielmini — że są one zbud. z elementarnych wielościanów. Haüy sformułował również 1781 prawo wymiernych wskaźników oraz 1815 prawo symetrii. Pełny rozkwit k. geometrycznej i strukturalnej przypada na XIX w.; J.F.Ch. Hessel (1830) i, niezależnie od niego, A.W. Gadolin (1867) dowiedli istnienia 32 klas krystalograficznych. Opracowano także schematy różnych możliwych w kryształach sposobów rozmieszczenia ich najmniejszych cząstek: 1850 A. Bravais wyprowadził 14 typów sieci przestrzennych (tzw. sieci Bravais’go), a 1890, niezależnie od siebie, J. Fiodorow i A.M. Schöenflies oraz 1894 W. Barlow udowodnili istnienie 230 grup przestrzennych. W XIX w. rozwijała się również krystalofizyka; m.in. ogłoszono liczne prace dotyczące optyki kryształów (J.B. Biot, D. Brewster, J.F.W. Herschel);1878 W. Thomson opublikował teorię piroelektryczności (zjawisko odkryte 1756 przez F.U.Th. Aepinusa), a 1880 P. Curie i P.J. Curie odkryli zjawisko piezoelektryczności kryształów kwarcu. Dla krystalochemii podstawowe znaczenie miały prace E. Mitscherlicha (1821), dotyczące izomorfizmu i polimorfizmu, oraz L. Pasteura (1859), wyjaśniające powstawanie enancjomorficznych postaci kryształów kwasu winowego. Słuszność hipotez o sieciowej budowie kryształów potwierdzono doświadczalnie dopiero 1912 dzięki odkryciu przez M. von Lauego, W. Friedricha i P. Knippinga dyfrakcji promieni rentgenowskich na sieciach przestrzennych, co z kolei pozwoliło określać struktury kryształów (kryształu struktura); już 1913 W.H. i W.L. Braggowie wyznaczyli struktury soli kam., diamentu i sfalerytu. W 1913 Braggowie i, niezależnie od nich, G.W. Wulf wyprowadzili podstawowe równanie dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (Bragga–Wulfa równanie).
Dalszy postęp w dziedzinie badania struktur kryształów przyniosło odkrycie dyfrakcji elektronów (C.J. Davisson i L.H. Germer 1927) i neutronów (M.W. Elsasser 1936, P.D. Mitchell i P.N. Powers 1936) na sieciach przestrzennych kryształów. Rozwój metod mikroskopowych pozwolił na bezpośrednią obserwację cząsteczkowej i atomowej budowy kryształów; R.W.G. Wyckoff za pomocą mikroskopu elektronowego uzyskał 1949 fotografię sieci krystal. kryształu wirusa mozaiki tytoniu (cząsteczki tego wirusa mają średnicę ok. 25 nm); E.W. Müller otrzymał 1955 w mikroskopie jon. fotografię sferycznego kryształu wolframu (o średnicy ok. 10 nm), przedstawiającą jego wewn. budowę. Nastąpił dalszy rozwój teorii symetrii i grup przestrzennych w wyniku wprowadzenia pojęcia antysymetrii i stworzenia teorii dwu- i wielobarwnych grup przestrzennych (A. Szubnikow, N. Biełow, A. Zamorzajew). Szubnikow oprac. również teorię symetrii podobieństwa. Badania struktur białek, kwasów nukleinowych i wirusów wymagają stworzenia ogólnej teorii struktur uporządkowanych, w której dowolne krzywe i dowolne powierzchnie będą spełniały funkcję prostych i płaszczyzn sieciowych.
Ilustracje
Krystalografia. Powstawanie kryształu z kulistych „jąder” wg R Hooke’arys. A. Dukata/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia