Układy krystalograficzne

Układy krystalograficzne.

W 1830 roku niemiecki mineralog Johann F. Ch. Hessel, twórca klasyfikacji kryształów opartej na zasadach matematycznych, dowiódł metodami matematycznymi, że w budowie kryształów mogą istnieć tylko 32 przypadki symetryczności, czyli 32 klasy krystalograficzne, które można zgrupować w 7 układach krystalograficznych.

Siedem podstawowych układów krystalograficznych – form elementarnych siatek krystalicznych.

Z rysunku tego można odczytać, że w bardzo uproszczonej wersji symetryczność wynika z następujących cech kryształów: 1) każda ściana kryształu ma taką samą ścianę przeciwległą, 2) w każdym krysztale istnieją grupy złożone z dwóch lub paru ścian jednakowych, tak rozmieszczonych, że każdą ścianę można przenieść na miejsce sąsiedniej przez obrót wokół prostej zwanej osią symetrii, 3) ściany jednakowe leżą względem siebie tak, jak wzór i jego odbicie w lustrze, a więc są symetryczne względem płaszczyzny zwanej płaszczyzną symetrii (płaszczyzna lustra).

Na kolejnym rysunku pokazano przykład modelu sieci przestrzennej. W węzłach takiej sieci mogą występować identyczne atomy, gdy jest to kryształ pierwiastka, np. kryształ diamentu, jony, gdy mamy do czynienia z kryształem związku chemicznego, np. w krysztale kwarcu lub zwykłej soli kuchennej, albo cząsteczki związku chemicznego. Należy jednak pamiętać, że rysunek ten przedstawia tylko model sieci, sposób ułożenia elementów tworzących kryształ, natomiast rozmiary tych elementów i odległości między nimi nie odpowiadają rozmiarom i odległościom rzeczywistym. Bliższy rzeczywistości jest rysunek przedstawiający model kryształu z elementami gęsto upakowanymi, leżącymi blisko siebie.

Model kryształu halitu NaCl (układ regularny) – podstawowego składnika soli kuchennej.

Kryształy powstają w procesie nazywanym krystalizacją, najczęściej w wyniku zmiany temperatury, a więc przy przejściu ze stanu ciekłego w stan stały, jak w przypadku płatków śniegu lub krzepnących metali. Większość kryształów szlachetnych powstaje jednak w wyniku zmian składu chemicznego. W taki również sposób przez krystalizację z roztworu powstają kryształy kwarcu. Niektóre kryształy mogą powstać w wyniku oddziaływania ciśnienia, czasem bardzo wysokiego, jak w przypadku diamentu, który syntetyzujemy ściskając grafit. Gdy warunki krystalizacji są odpowiednie dla krystalizującego materiału, powstaje kryształ idealny, zgodny z obowiązującymi teoriami, w formie regularnego czworościanu, sześcianu, ośmiościanu itp. Każde zaburzenie warunków krystalizacji, a w przyrodzie rzadko zdarzają się warunki idealne, powoduje zmianę formy zewnętrznej kryształu, ale przy zachowaniu wszystkich wcześniej omówionych praw krystalografii. Dlatego właśnie w każdym domowym lub muzealnym zbiorze obserwujemy tak wielkie bogactwo form, kształtów i rozmiarów kryształów – również w odniesieniu do kryształów kwarcu.

Kryształy kwarcu występują najczęściej w formie skupień wielu kryształów tworzących szczotki krystaliczne. Prowadzi to często do zrastania się dwóch kryształów, a przy identycznych warunkach wzrostu-do tworzenia kolejnej grupy form krystalicznych o najdziwniejszych kształtach, tzw. kryształów bliźniaczych.