Hva er en krystallstruktur?

Mange faste stoffer og noen krystallinske væsker har et regelmessig, repeterende, tredimensjonalt arrangement av atomer kjent som en krystallstruktur eller krystallgitter. I kontrast er et amorft faststoff en type fast materiale, for eksempel glass, som mangler en så lang rekkevidde som gjentar seg. Mange av de fysiske, optiske og elektriske egenskapene til krystallinske faste stoffer eller væsker er nært beslektet med krystallstruktur. De repeterende enhetene til en krystallinsk struktur, som består av små bokser eller andre tredimensjonale former, blir referert til som "celler." Mange av disse cellene er gruppert sammen i en repeterende, ordnet struktur for å utgjøre den generelle strukturen.

Krystallstrukturen til et gi krystallinsk materiale kan påvirke mange av materialets samlede egenskaper. Det er for eksempel en av de viktigste definerende faktorene som påvirker materialets optiske egenskaper. Krystallstruktur påvirker også betydelig reaktiviteten til det krystallinske materialet, da det bestemmer arrangementet av reaktive atomer på ytterkantene og overflatene til det krystallinske faste eller flytende. Andre viktige materialtrekk, inkludert elektriske og magnetiske egenskaper for noen materialer, bestemmes også i stor grad av krystallstruktur.

Mineralogikere, krystallografer, kjemikere og fysikere studerer ofte krystallinske materialer i laboratorieinnstillinger. Noen enkle aspekter ved krystallstrukturer kan bestemmes ved enkle geometriske målinger, men forskjellige metoder basert på diffraksjon av røntgenstråler, nøytroner, elektroner eller andre partikler muliggjør mye enklere og mer nøyaktig strukturbestemmelser. Noen forskere er bare opptatt av å bestemme strukturen til et gitt krystallinsk materiale, mens andre er mer interessert i å bestemme hvordan strukturen kobles til materialets andre egenskaper. Atter andre forskere er interessert i å finne nyttige anvendelser for forskjellige materialer basert på deres strukturer, og noen prøver til og med å syntetisere nye krystallinske faste stoffer og væsker basert på de forventede egenskapene til de ønskede strukturer.

Det skal bemerkes at selv om teoretiske krystallinske materialer er sammensatt av en perfekt og jevn serie av gjentatte enheter, har ekte krystaller en tendens til å ha mangler. Disse manglene er i de fleste tilfeller ganske enkelt uregelmessigheter i den ellers vanlige krystallstrukturen. I noen tilfeller oppstår dette når ett atom tar en annen plass i en gitt krystallstruktur enn det normalt ville gjort. De forskjellige egenskapene til dette atomet kan ha betydelig innvirkning på hvordan krystallens strukturelle enheter arrangerer seg rundt det. Likeledes kan manglene eller uregelmessighetene ved ekte krystaller ha vesentlig innvirkning på det totale krystallinske materialets egenskaper.