Kristāliskā struktūra

Sintētisks bismuta kristāls

Par kristālisko struktūru mineraloģijā un kristalogrāfijā dēvē likumsakarīgu atomu izkārtojumu kristālā. Kristālisko struktūru nosaka atomu grupa, kurā atomi izkārtoti noteiktā veidā. Šāda vienība cikliski atkārtojas trijās dimensijās noteiktā režģī. Attālums starp šīm atomu grupām dažādos virzienos tiek saukts par kristāla režģa parametriem. Kristāla struktūra un simetrija nosaka daudzas kristāla īpašības, piemēram skaldnību, elektronisko saišu struktūru un optiskās īpašības.

Kristālu klasifikācija pēc simetrijas īpašībām

Kristāla noteicošā īpašība ir tam piemītošā simetrija. Piemēram, daudziem kristālu veidiem raksturīgi tas, ka pagriežot kristālu par 180 grādiem ap noteiktu asi, tiek iegūts skats, kas ir analogs skatam, kāds bija novērojams sākotnējā kristāla pozīcijā. Šādā gadījumā saka, ka kristālam piemīt divkārša rotācijas simetrija attiecībā pret noteiktu asi. Bez rotācijas simetrijas kristāliem var būt arī spoguļsimetrija un translācijas simetrija, kā arī tā saucamās kompleksās simetrijas — translācijas un rotācijas/spoguļsimetrijas kombinācijas. Pilnīga kristāla klasifikācija ir iespējama pēc tam kad ir noteiktas visas kristālam piemītošās simetrijas.

Singonija	Brevē režģi
triklīnā singonija
monoklīnā singonija	vienkāršs	centrēts pamatnē
rombiskā singonija	vienkāršs	centrēts pamatnē	centrēts	centrēts malās
heksagonālā singonija
trigonālā singonija (romboedriskā)
tetragonālā singonija	vienkāršs	centrēts
kubiskā singonija (izometriskā)	vienkāršs	centrēts	centrēts malās

Singonijas

Singonijas ir kristālu struktūru grupas, kas izveidotas pamatojoties uz aksiālo sistēmu, kāda tiek pielietota to režģa aprakstam. Katra singonija sastāv no trīs asu komplekta, kas izkārtotas noteiktā ģeometriskā sistēmā. Izdala 7 specifiskas singonijas (sakārtotas, sākot ar vissimetriskākajām):

• kubiskā singonija (izometriskā)

Vienkāršākā un simetriskākā singonija, kurai ir kuba ģeometriskā struktūra. To raksturo trīs vienāda garuma asis, kas ir savstarpēji perpendikulāras.

• heksagonālā
• tetragonālā
• trigonālā (arī romboedriskā)
• rombiskā (nereti — ortorombiskā)
• monoklīnā
• triklīnā

Citi kristalogrāfi heksagonālo singoniju neuzskata par atsevišķu singoniju bet gan par daļu no trigonālās singonijas.

Brevē režģi un kristālu klases

Singonijas kombinējot ar dažādiem iespējamiem režģa centrējumiem, tiek iegūti dažādi Brevē režģi. Tie apraksta režģa punktu ģeometrisko izkārtojumu un rezultātā — kristāla translācijas simetriju. Ir 14 veidu Brevē režģi (sk. attēlu pa labi), kas savstarpēji atšķiras pēc tiem piemītošās translācijas simetrijas. Visi līdz šim zināmie kristāli (izņemot kvazikristālus) iekļaujas vienā no šiem 14 veidiem.

Kristāla struktūra satur tās pašas atomu grupas (kristāliskās vienības), kas izvietotas ap katru režģa punktu. Tādējādi šī atomu grupa bezgalīgi atkārtojas trīs dimensijās saskaņā ar noteikta Brevē režģa ģeometriju. Raksturīgās atomu grupu rotācijas un spoguļsimetrijas var grupēt kristālu klasēs. Izdala 32 kristālu klases.

Fiziskās īpašības

Kristālu defekti

Dabiskajos kristālos ļoti bieži ir novērojami defekti, kas novirza atomu izkārtojumu no augstāk aprakstītās ideālās sistēmas. Šie defekti lielā mērā nosaka dabā sastopamo materiālu elektriskās un mehāniskās īpašības. Piemēram, kristāliskā režģa dislokācija noved pie ievērojami zemākas laušanas pretestības šajā vietā.

Kristāla simetrija un fiziskās īpašības

Divdesmit no 32 kristālu klasēm ir tā saucamās pjezoelektriskās klases. Kristāliem, kas pieder šīm klasēm, piemīt pjezoelektriskas īpašības. Visām 20 pjezoelektriskajām klasēm nav simetrijas centra.

Ir vairākas kristāliskās struktūras, piemēram perovskīta struktūra, kas uzrāda ferroelektriskas īpašības. Ja šāda kristāla rašanās laikā nav elektriskā lauka, tas nav polarizēts. Taču pietiekamas jaudas elektriskais lauks piešķir perovskīta kristālam pastāvīgu polarizāciju. Šo polarizāciju var apvērst ar pietiekami spēcīgu pretējo lādiņu. Šajā gadījumā šis efekts tiek sasniegts pateicoties perovskīta kristāla struktūrai, nevis tāpēc, ka tā sastāvā būtu dzelzs.

Ārējās saites

• Ievads mineraloģijā: kristālu klases un sistemātika (angliski)