Большая советсткая энциклопедия Кристаллография

Кристаллография

Кристаллография (от кристаллы и... графия), наука о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества. Изучает симметрию, строение, образование и свойства кристаллов. К. зародилась в древности в связи с наблюдениями над природными кристаллами, имеющими естественную форму правильных многогранников. К. как самостоятельная наука существует с середины 18 в. В 18—19 вв. К. развивалась в тесной связи с минералогией как дисциплина, устанавливающая закономерности огранки кристаллов (Р. Аюи, 1784). Была развита теория симметрии кристаллов — их внешних форм (А. В. Гадолин, 1867) и внутреннего пространственного строения (Е. С. Федоров, 1890; А. Шёнфлис, 1891). Совокупность методов описания кристаллов и установленные закономерности составляют содержание геометрической К.

На основе геометрической К. возникла гипотеза об упорядоченном, трёхмерно-периодическом расположении в кристалле составляющих его частиц, в современном понимании — атомов и молекул, которые образуют кристаллическую решётку. Открытие дифракции рентгеновских лучей в кристаллах экспериментально подтвердило их периодическое решётчатое строение. Первые конкретные рентгенографические расшифровки атомной структуры кристаллов (NaCl, алмаз, ZnS и др.) были осуществлены начиная с 1913 У. Г. Брэггом и У. Л. Брэггом. Изучение прохождения света через кристаллы (см. Кристаллооптика) позволило сформулировать закономерности анизотропии (неравноценности по направлениям) свойств кристаллов.

Крупный вклад в изучение атомной структуры кристаллов сделан Л. Полингом, Д. Кроуфут-Ходжкин, Н. В. Беловым, А. Гинье; в исследование роста кристаллов и их физических свойств — В. Фохтом. И. Н. Странским, А. В. Шубниковым, И. В. Обреимовым.

Современная К. развивается как одна из областей физики, тесно связанная с химией и минералогией и имеющая широкое техническое применение. Основами её математического аппарата являются теория групп симметрии кристаллов и тензорное исчисление.

Существует Международный союз кристаллографов, органом которого является журнал "Acta Crystallographica". Союз кристаллографов с 1940 издал более 30 томов "Структурного справочника" ("Structure Report"). В СССР издаётся журнал "Кристаллография".

Структурная К. исследует атомно-молекулярное строение кристаллов с помощью рентгеноструктурного анализа, электронографии, нейтронографии, опирающихся на теорию дифракции волн в кристаллах. Используются также методы оптической спектроскопии, в том числе инфракрасной спектроскопии, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса и т. д. Изучена кристаллическая структура более 20 тыс. химических веществ. Законы взаимного расположения атомов и химической связи между ними в кристаллах, их изоморфизма и полиморфизма являются предметом кристаллохимии. Изучение биологических кристаллов позволило определить структуру гигантских молекул белков и нуклеиновых кислот и явилось важным вкладом К. в молекулярную биологию.

Важный раздел К. — теория и экспериментальные исследования процессов зарождения и роста кристаллов. Здесь К. использует общие принципы термодинамики и закономерности фазовых переходов и поверхностных явлений с учётом взаимодействия кристалла со средой, анизотропии свойств и атомно-молекулярной структуры кристаллического вещества (см. Кристаллизация). Как самостоятельный раздел развивается К. реального кристалла, изучающая разнообразные нарушения идеальной кристаллической решётки — точечные дефекты, дислокации и др. дефекты в кристаллах, возникающие при росте кристаллов или разнообразных воздействиях на них и определяющие многие их свойства.

Исследования механических, оптических, электрических и магнитных свойств кристаллов являются предметом кристаллофизики, которая смыкает К. с физикой твёрдого тела. Для кристаллофизики существенным является рассмотрение свойств кристалла в связи с его симметрией и изменений свойств при внешних воздействиях. Уникальность свойств многих кристаллов и их чувствительность к механическим и акустическим воздействиям, изменениям температуры, чувствительность к электрическому току, электромагнитным полям, различным излучениям и т. п. дали кристаллографическим исследованиям широкий выход в радиотехнику, полупроводниковую электронику и квантовую электронику, техническую оптику и акустику, обработку материалов, приборостроение. В связи с этим возникло и интенсивно развивается производство синтетических кристаллов — кварца, алмаза, германия, кремния, рубина и др.

К. изучает также строение и свойства разнообразных агрегатов из микрокристаллов — поликристаллов, текстур, керамик, а также веществ с атомной упорядоченностью, близкой к кристаллической — жидких кристаллов, полимеров. Симметрийные и структурные закономерности, изучаемые К., находят применение в рассмотрении общих закономерностей строения и свойств конденсированного состояния вещества вообще: аморфных тел и жидкостей, полимеров, биологических макромолекул, надмолекулярных структур и т. п. (обобщённая К.).

Лит.: Шубников А. В., Флинт Е. Е., Бокий Г. Б., Основы кристаллографии, М.— Л., 1940; Попов Г. М., Шафрановский И. И., Кристаллография, 4 изд., М., 1964; Белов Н. В., Структурная кристаллография, М., 1951; Бернал Дж. Д., Карлайл С. Х., Поля охвата обобщённой кристаллографии. (Обзор). "Кристаллография", 1968, т. 13, № 5; Вайнштейн Б. К., Кристаллография и научно-технический прогресс, там же, 1971, т. 16, в. 2, с. 261.

М. П. Шаскольская.