Che cos'è una struttura cristallina?
Molti solidi e alcuni liquidi cristallini hanno una disposizione regolare, ripetuta, tridimensionale di atomi nota come struttura cristallina o reticolo cristallino. Al contrario, un solido amorfo è un tipo di materiale solido, come il vetro, che manca di una struttura ripetitiva a lungo raggio. Molte delle proprietà fisiche, ottiche ed elettriche dei solidi o dei liquidi cristallini sono strettamente correlate alla struttura cristallina. Le unità ripetitive di una struttura cristallina, che sono costituite da piccole scatole o altre forme tridimensionali, sono denominate "celle". Molte di queste cellule sono raggruppate in una struttura ripetuta e ordinata per costituire la struttura generale.
La struttura cristallina di un materiale cristallino può influenzare molte delle proprietà complessive di quel materiale. Ad esempio, è uno dei principali fattori determinanti che influenzano le proprietà ottiche del materiale. La struttura cristallina influenza anche in modo significativo la reattività del materiale cristallino, poiché determina la disposizione degli atomi reattivi sui bordi esterni e sulle facce del solido o liquido cristallino. Altri importanti tratti del materiale, comprese le proprietà elettriche e magnetiche di alcuni materiali, sono determinati in gran parte dalla struttura cristallina.
Mineralogisti, cristallografi, chimici e fisici spesso studiano materiali cristallini in ambienti di laboratorio. Alcuni semplici aspetti delle strutture cristalline possono essere determinati mediante semplici misurazioni geometriche, ma vari metodi basati sulla diffrazione di raggi X, neutroni, elettroni o altre particelle consentono determinazioni molto più semplici e accurate della struttura. Alcuni ricercatori si occupano solo di determinare la struttura di un dato materiale cristallino, mentre altri sono più interessati a determinare come tale struttura si collega alle altre proprietà del materiale. Altri ricercatori sono ancora interessati a trovare applicazioni utili per vari materiali in base alle loro strutture, e alcuni addirittura provano a sintetizzare nuovi solidi e liquidi cristallini in base alle proprietà attese delle loro strutture desiderate.
Va notato che, sebbene i materiali cristallini teorici siano composti da una serie perfetta e coerente di unità ripetute, i cristalli reali tendono ad avere difetti. Questi difetti sono, nella maggior parte dei casi, semplicemente irregolarità nella struttura cristallina altrimenti regolare. In alcuni casi, ciò si verifica quando un atomo occupa un posto diverso in una data struttura cristallina rispetto a quanto farebbe normalmente. Le diverse proprietà di questo atomo possono avere un impatto sostanziale sul modo in cui le unità strutturali del cristallo si dispongono attorno ad esso. Allo stesso modo, i difetti o le irregolarità dei cristalli reali possono avere un impatto sostanziale sulle proprietà complessive del materiale cristallino.