Co to jest struktura krystaliczna?

Wiele ciał stałych i niektóre krystaliczne ciecze mają regularny, powtarzalny, trójwymiarowy układ atomów znany jako struktura krystaliczna lub sieć krystaliczna. W przeciwieństwie do tego amorficzne ciało stałe jest rodzajem materiału stałego, takiego jak szkło, któremu brakuje takiej powtarzalnej struktury o dalekim zasięgu. Wiele fizycznych, optycznych i elektrycznych właściwości krystalicznych ciał stałych lub cieczy jest ściśle związanych ze strukturą krystaliczną. Powtarzające się jednostki struktury krystalicznej, które składają się z małych pudełek lub innych trójwymiarowych kształtów, są nazywane „komórkami”. Wiele z tych komórek jest zgrupowanych razem w powtarzającej się, uporządkowanej strukturze w celu utworzenia ogólnej struktury.

Struktura krystaliczna podanego materiału krystalicznego może wpływać na wiele ogólnych właściwości tego materiału. Jest to jeden z głównych czynników decydujących na przykład o właściwościach optycznych materiału. Struktura krystaliczna znacząco wpływa również na reaktywność materiału krystalicznego, ponieważ determinuje on rozmieszczenie atomów reaktywnych na zewnętrznych krawędziach i powierzchniach krystalicznej substancji stałej lub cieczy. Inne ważne cechy materiału, w tym właściwości elektryczne i magnetyczne niektórych materiałów, są również determinowane głównie przez strukturę krystaliczną.

Mineralogiści, krystalografowie, chemicy i fizycy często badają materiały krystaliczne w warunkach laboratoryjnych. Niektóre proste aspekty struktur krystalicznych można określić za pomocą prostych pomiarów geometrycznych, ale różne metody oparte na dyfrakcji promieni rentgenowskich, neutronów, elektronów lub innych cząstek pozwalają na znacznie łatwiejsze i dokładniejsze określenie struktury. Niektórzy badacze zajmują się jedynie określaniem struktury danego materiału krystalicznego, podczas gdy inni są bardziej zainteresowani określeniem, w jaki sposób ta struktura łączy się z innymi właściwościami tego materiału. Jeszcze inni badacze są zainteresowani znalezieniem przydatnych zastosowań dla różnych materiałów opartych na ich strukturach, a niektórzy nawet próbują zsyntetyzować nowe krystaliczne ciała stałe i ciecze w oparciu o oczekiwane właściwości ich pożądanych struktur.

Należy zauważyć, że chociaż teoretyczne krystaliczne materiały składają się z doskonałej i spójnej serii powtarzanych jednostek, prawdziwe kryształy mają zwykle wady. Te wady są w większości przypadków po prostu nieregularnościami w skądinąd regularnej strukturze krystalicznej. W niektórych przypadkach dzieje się tak, gdy jeden atom zajmuje inne miejsce w danej strukturze krystalicznej niż zwykle. Różne właściwości tego atomu mogą mieć znaczący wpływ na to, jak układy strukturalne kryształu rozmieszczają się wokół niego. Podobnie wady lub nieregularności prawdziwych kryształów mogą mieć znaczący wpływ na ogólne właściwości materiału krystalicznego.