1.Кристаллография как наука. Взаимосвязь кристаллографии с фундаментальными науками о природе. Понятие о кристаллическом, аморфном состоянии веществ.

Кристаллография — это наука, изучающая внешнюю форму, внутреннее строение, состав, физические свойства и происхождение

кристаллов, а также связь последних с окружающей средой. Одним словом, кристаллография является наукой, всесторонне

изучающей кристаллическое вещество, т.е. предметом кристаллографии являются кристаллы. Специфический метод кристаллографии - это применение принципа симметрии во всех его проявлениях. В соответствии с этим определением в современной кристаллографии можно выделить следующие разделы:

• геометрическая кристаллография – изучает внешнюю симметрию кристаллов и геометрические закономерности, которым она подчиняется;

• физическая кристаллография - раздел кристаллографии, изучающий строение и физические свойства кристаллов (в том числе кристаллооптика);

• генетическая кристаллография - раздел, изучающий происхождение и развитие кристаллических индивидов;

• кристаллохимия - раздел, изучающий зависимости и связи между химическим составом, структурой, внешней формой и свойствами кристаллов.

Кристаллография является основой для понимания законов всех геологических дисциплин, исследующих вещественный состав земной коры: минералогии, петрографии, геохимии, учения о полезных ископаемых. На современном уровне невозможна работа в области физики и химии без знания законов кристаллографии, которые в свою очередь могут быть описаны при помощи математического аппарата.

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ — наука о кристаллах и кристаллическом состоянии вещества. Кристаллография изучает симметрию, строение и свойства кристаллов, законы, которые управляют ростом, внешней формой и внутренней структурой кристаллов. Объект исследования — природные и синтетические кристаллы, изучаемые различными методами химии и физики твёрдого тела, минералогии и др.

Как самостоятельная наука кристаллография возникла с середины 18 века и развивалась в тесной связи с минералогией. С начала 20 века интенсивно развиваются физическая (кристаллофизика) и химическая (кристаллохимия) кристаллография, что стимулировалось открытием дифракции рентгеновских лучей (немецкий физик М. Лауэ, 1912), возникновением метода рентгеноструктурного анализа и первыми расшифровками структур кристаллов, выполненными английскими физиками У. Г. и У. Л. Брэггами в 1913. Основные направления физической кристаллографии — кристаллооптика, возникновение которой обязано открытию двойного лучепреломления кристаллов, и учение о других физических свойствах кристаллов (механических, электрических, магнитных). Химическая (точнее физико-химическая) кристаллография изучает полиморфные превращения, изоморфные замещения, химическую связь в кристаллах, условия их зарождения и рост.

Основы математического аппарата кристаллографии — теория групп симметрии кристаллов и тензорное исчисление. К традиционным методам структурной кристаллографии (рентгеноструктурный анализ, электронография, нейтронография) добавились спектроскопические методы: инфракрасная спектроскопия, оптическая колориметрия, электронный и ядерный магнитный резонанс и др. Внедрение последних в кристаллографии позволило подойти к изучению структур реальных кристаллов с нарушениями идеальной кристаллической решётки (точечные дефекты, дислокации и др.), что определило качественно новый подход в исследовании минералов. Кристаллография реального кристаллического состояния — теоретическая основа для синтеза кристаллов с заранее заданными свойствами. Интенсивно развивается производство синтетических кристаллов (кварца, алмаза,германия, кремния и др.). Одна из задач кристаллографии — расшифровка структур сложных органических соединений. Практически все научные и технические достижения последнего времени (компьютерная техника, электронная микроскопия, квазикристаллы, высокотемпературные сверхпроводники и т. д.) непосредственно связаны с кристаллографией. Положение современной кристаллографии во многом напоминает ситуацию с математикой, методы которой используются в многочисленных и самых разнообразных дисциплинах

Аморфное состояние - твёрдое состояние вещества, обладающее двумя особенностями: его свойства (механические, тепловые, электрические и т. д.) в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия); при повышении температуры вещество, размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. е. в аморфном состоянии отсутствует определённая точка плавления.

Твердые тела могут существовать в двух существенно различных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, и, соответственно, свойствами. Это кристаллическое и аморфное состояние твердых тел монокристаллом или просто кристаллом. В других случаях тело представляет собой множество мелких кристалликов, причудливо сросшихся между собой, например, кусок рафинада. Такие тела называютполикристаллическими.

Наличие естественных граней у монокристаллов ведет к четко выраженному различию в физических свойствах тела по различным направлениям. Это может относиться к механической прочности, тепло- и электропроводности, упругости и т.д. Но не всегда все свойства зависят от направления - кубический кристалл меди обладает одинаковой электропроводностью по всем направлениям, но разной упругостью.

В поликристаллах принято говорить о средних значениях физических величин, поскольку вдоль любого выбранного направления найдутся отдельные кристаллы, как угодно ориентированные внутри тела.

Второй вид твердого состояния твердых тел - аморфное состояние. В этом состоянии невозможно обнаружить даже малые области, в которых наблюдалась бы зависимость физических свойств от направления. Некоторые вещества могут находиться в любом из этих двух состояний.

Например, если расплавить кристаллический кварц (температура плавления около 1700° С), то при охлаждении он образует плавленый кварц сдругими физическими свойствами,одинаковыми по всем направлениям. Аморфное состояние - неустойчивое состояние твердых тел. Будучи предоставлены сами себе, они стремятся со временем перейти в кристаллическую форму, хотя этот процесс может занимать годы и даже десятилетия.