Krystallografi

Krystallografi er i vid forstand læra om krystalla, veksten deira, ytre former (krystallgeometri), indre oppbygning (røntgenkrystallografi og krystallstruktur) og fysiske eigenskapar (krystallfysikk og krystalloptikk).

Krystallar er bygd opp av atom, ion eller molekyl som er ordna i ei einingscelle som blir repetert i tre dimensjonar (krystallinsk). Repetisjonsmønsteret av ein gjeven, romleg atomordning blir kalla eit romgitter eller translasjonsgitter. Det finst 14 prinsipielt ulike romgitter, bravaisgitter, først oppstilt av A. Bravais i 1850. Teorien viser vidare at det er 230 prinsipielt ulike måtar å innpasse symmetri-operasjonar på for å skildre ordninga av atom innanfor dei 14 romgittera. Dette svarar til dei 230 romgruppene som vart utleidd av A. M Schoenflies, E. S. Fedorov og W. Barlow uavhengig av kvarandre omkring 1890. Etter sine symmetrieigenskaper fordeler romgruppene seg på 32 krystallografiske punktgrupper. Desse vil gje uttrykk for den ytre symmetrien til krystalla. For å skildre symmetrien til isolerte objekt (molekyl) nyttast operasjonar som symmetrisentrum, symmetriplan (speglplan), og symmetriaksar (rotasjonsakse) som i krystallinske stoff berre kan vere to-, tre-, fire- eller sekstalige.

For å skildre fullt symmetrien til eit krystall som uttrykt i romgruppene, må symmetrielement, glidespeglplan og skrueaksar, som inneber translasjon, vurderast i tillegg. Punkt- og romgruppene er fordelt på 7 krystallsystem. Desse er karakterisert ved spesielle aksekross, som illustrerer lengd og vinkel mellom kantane i einingscella.

Tidlege studium av krystall fokuserte på den ytre geometrien deira. Ifølgje vinkelkonstanslova, funnet av N. Steno 1669, er vinkelen mellom samsliggande flater på krystall av same art konstant. Dei innbyrdes retningane til flatene er altså fast for ein og same krystallart. Storleiksforholdet mellom flatene er avhengig av vilkåra under krystallveksten. R. Haüy skildra i 1801 lova om dei rasjonale akseavsnitta, òg kalla krystallgeometriens grunnlov (indices).

Den ytre geometrien til krystalla reflekterer til dels symmetrien til atomarrangementet og bindingsforholdet mellom atoma i krystallen. Informasjon om symmetriforhold blir normalt fått frå røntgendiffraksjon. Optisk mikroskopi av tynne slip blir enno nytta til karakterisering av mineral. Visse fysikalske eigenskapar er direkte avhengig av symmetriforholdene for materialen, til dømes optisk aktivitet, eksistens av dipolmoment i molekyl, ferro-, piezo- og pyroelektrisitet og anna.