Кристаллография

Кристаллогра́фия — наука о кристаллах, их структуре, возникновении и свойствах. Она тесно связана с минералогией, физикой твёрдого тела и химией. Исторически кристаллография возникла в рамках минералогии, как наука, описывающая идеальные кристаллы.

Задачей кристаллографии является изучение строения, физических свойств кристаллов, условий их образования, разработка методов исследования и определения вещества по кристаллической форме, физическим особенностям и тому подобного. В кристаллографии выделяют направления работ:

• физическая кристаллография: изучает физические свойства кристаллов — механические, тепловые, оптические;
• геометрическая кристаллография: изучает формы кристаллов;
• кристаллогенез: изучает образование и рост кристаллов;
• кристаллохимия: изучает связь между химическим составом вещества и его структурой.

Истоки кристаллографии можно усмотреть ещё в античности, когда греки предприняли первые попытки описания кристаллов. При этом большое значение придавалось их форме. Греками же была создана геометрия, выведены пять платоновых тел и сконструировано множество многогранников, позволяющих описывать форму кристаллов.

• 1611 — трактат «О шестиугольных снежинках» немецкого астронома и математика И. Кеплера. Кеплера иногда называют ранним предшественником структурной кристаллографии.
• 1669 — Стенсен, Нильс выдвинул закон (Закон Стено) или «закон постоянства углов кристаллов», который утверждает, что углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы для всех экземпляров одного минерала при одинаковых условиях (температура и давление).
• Как самостоятельная дисциплина кристаллография была изложена французским минералогом Жаном Батистом Луи Роме-де-Лилем (фр. Jean-Baptiste Romé de Lisle) в 1772 году в сочинении «Опыт кристаллографии». Позднее Жан Батист Луи Роме-де-Лиль переработав и расширив это сочинение, опубликовал его в 1783 году под названием «Кристаллография, или описание форм, присущих всем телам минерального царства».
• Ренэ-Жюст Гаюи нашёл весьма важный закон о рациональности разрезов по осям, который имеет значение для всего строения кристалла. Независимо друг от друга он и шведский химик Торберн Бергман выяснили, что из всех кристаллов известковых шпатов можно вырубить кристалл основной формы, тем самым открыли существование плоскостей спайности.
• В 1830-е Иоганн Гессель и независимо в 1869 Аксель Гадолин доказали, что в К. возможны лишь 32 вида симметрии, подразделённые в 6 сингоний^[1].

Первым в России предпринял точные кристаллографические исследования Н. И. Кокшаров, а получил полную классификацию кристаллографической группы Е. С. Фёдоров.

В 1947 году основан Международный союз кристаллографов.

Для описания симметрии многогранников и кристаллических решёток в кристаллографии установлена следующая иерархия терминов:

• Три категории симметрии
  • Шесть сингоний
  • Семь кристаллических (кристаллографических) систем
    • 14 решёток Браве
    • 32 класса или вида симметрии
      • 230 пространственных групп

Кроме того, используются термины:

• Простая форма
• Индексы грани
• Кристаллическая решётка
• Обратная решётка
• Кристаллическая структура
• Элементарная ячейка
• Изоморфизм (химия)
• Полиморфизм кристаллов
• Метаморфизм

Пирами́ды ро́ста — пирамиды, основаниями которых служат грани кристалла, а общей вершиной — начальная точка роста.

Реальный кристалл во многих случаях целесообразно рассматривать как совокупность пирамид роста, поскольку очень часто физические свойства пирамид роста с основаниями, принадлежащим к различным простым формам, оказываются различными. Это подтверждается существованием у многих природных кристаллов структуры песочных часов, случаями закономерной оптической аномалии у кристаллов кубической системы и пр.

Симме́три́я кристаллов (др.-греч. συμμετρία «соразмерность», от μετρέω — «мерю») — закономерная повторяемость в пространстве одинаковых граней, рёбер и углов фигуры, которая может совмещаться сама с собой в результате одного или нескольких отражений. Для описания симметрии пользуется воображаемыми образами — точками, прямыми, плоскостями, называемыми элементами симметрии.

Плоскость симметрии (P) — это воображаемая плоскость, которая делит фигуру на две симметрично равные части, расположенные друг относительно друга как предмет и его зеркальное отражение. Ось симметрии (L) — прямая линия, при вращении вокруг которой повторяются равные части фигуры, то есть она самосовмещается. Число совмещений при повороте на 360° определяет порядок оси симметрии (n). Центр симметрии (С) — точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам все линии, соединяющие соответственные точки на его поверхности.

3 июля 2012 года Генеральная Ассамблея ООН на своей 66-й сессии постановила провозгласить 2014 год Международным годом кристаллографии.

В обоснование принятого решения в резолюции Генеральной Ассамблеи подчёркивается роль изучения и прикладного использования кристаллографии в современном мире и указывается на важное значение научных достижений в области кристаллографии. Упоминается также, что в 2014 году отмечается столетие зарождения современной кристаллографии^[2].

Ведущую роль в проведении года кристаллографии сыграл Международный союз кристаллографов^[3].

• Кристаллохимия
• Кристаллофизика
• Классификация кристаллических решёток
• Кристаллографическая точечная группа симметрии
• Трансляция (кристаллография)
• Закон постоянства углов — суть его заключается в том, что все кристаллы, которые принадлежат к одной много-морфной модификации (политипным видоизменениям) данного вещества, имеют одинаковые углы между соответствующими рёбрами и гранями (см. Нильс Стенсен).

• Земятченский П. А. Кристаллология // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Уэвелль В. История индуктивных наук от древнейшего и до настоящего времени. В трёх томах. Т. III. История кристаллографии. СПб., 1869.
• Шубников А. В. У истоков кристаллографии. М., 1972. - 52 с.
• Шафрановский И. И. История кристаллографии в России. М. - Л., 1962. - 416 с.
• Шафрановский И. И. История кристаллографии (с древнейших времён до начала XIX столетия). Л., «Наука», 1978. - 297 с.
• Шафрановский И. И. Кристаллография в СССР: 1917—1991 / Отв. ред. Н. П. Юшкин. - СПб., 1996.
• Аншелес О. М. Вычислительные и графические методы кристаллографии. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1939. — 299 с.
• Burke J. G. Origins of the science of crystals. University of California, Los Angeles, 1966. 198 p.

• Справочник по кристаллографии.