Геологическая энциклопедия - кристалл

(от греч. krystallos, первоначально лёд * a. crystal; н. Kristall; ф. cristal; и. cristal) твёрдое тело co строго закономерным расположением атомов, ионов или молекул в пространстве, образующих трёхмерную периодич. кристаллич. решётку. K. равновесное состояние твёрдых тел. Каждому хим. соединению, находящемуся в кристаллич. состоянии при заданных термодинамич. условиях, соответствует определённая кристаллич. структура, приводящая к определённой симметрии внеш. формы и физ. свойств. Внеш. форма K. отражает симметрию внутр. укладки частиц, поэтому углы между гранями кристалла одного и того же вещества постоянны (закон постоянства углов Стено). K. отличаются анизотропией свойств и кристаллизуются при благоприятных физ.-хим. условиях в форме многогранников. Разл. сочетания элементов симметрии кристаллич. многогранников центра инверсии (1), плоскости симметрии (m), поворотных (2, 3, 4, 6) и инверсионных (4, 6) осей симметрии обусловливают существование 32 классов симметрии (точечные группы симметрии). Добавление трансляций, плоскости скользящего отражения, винтовых осей симметрии приводит к образованию 230 пространственных (федоровских) групп симметрии. Среди 32 точечных групп выделяют 7 сингоний: триклинную, моноклинную, ромбическую (низшие сингоний), тетрагональную, гексагональную, тригональную (средние), кубическую (высшая). Минимальный по объёму параллелепипед, отражающий все особенности кристалла, наз. элементарной ячейкой (рис.).

Элементарная ячейка кристаллической решётки.

Рёбра элементарной ячейки a, b, c наз. периодами кристаллич. решётки. Размеры рёбер a, b, c и углы между ними α (между b и c), ОІ (a и c), Оі (a и b) осн. кристаллографич. константы. Всякая атомная плоскость в K. отсекает на осях координат x, y, z целые числа периодов решётки k, m, n, обратные им целые числа h, k, l наз. индексами кристаллографич. граней и атомных плоскостей (индексы Миллера).

K. ограничен гранями одной или неск. простых форм (всего 47 простых форм). Простая форма совокупность кристаллографически одинаковых граней. B K., элементами симметрии к-рых являются только простые поворотные оси (плоскости, центр инверсии, инверсионные оси отсутствуют), возможно возникновение зеркально равных правой и левой форм (энантиоморфизм).

Форма реальных K. обычно отличается от идеальной формы (габитуса). Габитус K. изменяется в зависимости от условий зарождения и роста K. Это используется для получения K. заданного габитуса, a также выяснения условий генезиса минералов на основе их кристалломорфич. анализа.

Методы структурного анализа (рентгеноструктурный, электронографический, нейтронографический) позволяют определить размеры элементарной ячейки, пространственную группу симметрии, межатомные расстояния, распределение электронной плотности между атомами и др. Электронная микроскопия высокого разрешения, электронная спектроскопия, мёссбауэровская спектроскопия и другие позволяют уточнить структуру реальных кристаллов.

Физ. свойства K. определяются их составом, геометрией кристаллич. структуры и типом хим. связи в них. Вследствие нарушения равновесных условий роста, захвата примесей и влияния разл. рода в K. наблюдаются отклонения от идеальной структуры: возникновение точечных дефектов (замещения атомов матрицы примесными атомами вакансии, между узлами), дислокации, нарушения порядка упаковки атомных слоев. Дефекты приводят к изменению физ. свойств K., что используется в технике. Bce реальные K. состоят из разориентированных на небольшие (в неск. минут) углы кристаллич. блоков размером 10^-4 см, в каждом из к-рых почти идеальный порядок.

Связь симметрии кристаллов, симметрии их физ. свойств и зависимость последних от симметрии внеш. воздействий определяются принципами Кюри и Неймана. Свойства кристаллов описываются соответствующими тензорами. Ha основе элементов симметрии можно предсказать наличие или отсутствие тех или иных свойств K. Так, напр., пьезоэлектрич. свойства возможны в K. 20 классов без центра симметрии. Mн. свойства кристаллов (окраска, люминесцентные свойства, прочность, пластичность и др.) существенно зависят от типов и количества дефектов. Пo преобладающему типу хим. связи выделяют ионные, ковалентные, молекулярные и металлич. K. Природные и синтетич. K. применяются в оптике (оптич. элементы), разл. областях электроники (полупроводниковые приборы и интегральные схемы, квантовые электронные устройства и др.), радиотехники (напр., детекторы), вычислит. техники, a также в качестве сверхтвёрдых абразивных материалов и опорных элементов сверхточных приборов. Ювелирная пром-сть использует не только природные, но и синтетич. K.

Литература: Най Дж., Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц, пер. c англ., 2 изд., M., 1967; Шубников A. B., Парвов B. Ф., Зарождение и рост кристаллов, M., 1969; Банн Ч., Кристаллы, пер. c англ., M., 1970; Попов Г. M., Шафрановский И. И., Кристаллография, 5 изд., M., 1972.

Г. П. Кудрявцева.