Wat is een kristalstructuur?
Veel vaste stoffen en sommige kristallijne vloeistoffen hebben een regelmatige, zich herhalende, driedimensionale rangschikking van atomen die bekend staan als een kristalstructuur of kristalrooster. Een amorfe vaste stof is daarentegen een type vast materiaal, zoals glas, dat een dergelijke zich herhalende structuur over lange afstand mist. Veel van de fysische, optische en elektrische eigenschappen van kristallijne vaste stoffen of vloeistoffen hangen nauw samen met de kristalstructuur. De zich herhalende eenheden met een kristallijne structuur, die zijn opgebouwd uit kleine dozen of andere driedimensionale vormen, worden "cellen" genoemd. Veel van deze cellen zijn gegroepeerd in een herhalende, geordende structuur om de algehele structuur te vormen.
De kristalstructuur van een kristallijn materiaal kan veel van de algemene eigenschappen van dat materiaal beïnvloeden. Het is bijvoorbeeld een van de belangrijkste bepalende factoren die de optische eigenschappen van het materiaal beïnvloeden. Kristalstructuur beïnvloedt ook aanzienlijk de reactiviteit van het kristallijne materiaal, omdat het de rangschikking van reactieve atomen aan de buitenranden en oppervlakken van de kristallijne vaste stof of vloeistof bepaalt. Andere belangrijke materiaaleigenschappen, waaronder elektrische en magnetische eigenschappen van sommige materialen, worden ook grotendeels bepaald door de kristalstructuur.
Mineralogisten, kristallografen, chemici en fysici bestuderen vaak kristallijne materialen in laboratoriumomgevingen. Sommige eenvoudige aspecten van kristalstructuren kunnen worden bepaald door eenvoudige geometrische metingen, maar verschillende methoden op basis van de diffractie van röntgenstralen, neutronen, elektronen of andere deeltjes zorgen voor veel eenvoudiger en nauwkeurigere structuurbepalingen. Sommige onderzoekers houden zich alleen bezig met het bepalen van de structuur van een bepaald kristallijn materiaal, terwijl anderen meer geïnteresseerd zijn in het bepalen hoe die structuur aansluit op de andere eigenschappen van het materiaal. Weer andere onderzoekers zijn geïnteresseerd in het vinden van nuttige toepassingen voor verschillende materialen op basis van hun structuren, en sommige proberen zelfs nieuwe kristallijne vaste stoffen en vloeistoffen te synthetiseren op basis van de verwachte eigenschappen van hun gewenste structuren.
Opgemerkt moet worden dat, hoewel theoretische kristallijne materialen zijn samengesteld uit een perfecte en consistente reeks herhaalde eenheden, echte kristallen de neiging hebben fouten te bevatten. Deze fouten zijn in de meeste gevallen eenvoudigweg onregelmatigheden in de anders regelmatige kristalstructuur. In sommige gevallen gebeurt dit wanneer een atoom een andere plaats in een bepaalde kristalstructuur inneemt dan normaal. De verschillende eigenschappen van dit atoom kunnen aanzienlijke gevolgen hebben voor de manier waarop de structurele eenheden van het kristal zich eromheen schikken. Evenzo kunnen de defecten of onregelmatigheden van echte kristallen aanzienlijke gevolgen hebben voor de algemene eigenschappen van het kristallijne materiaal.