КРИСТАЛЛОГРА́ФИЯ

КРИСТАЛЛОГРА́ФИЯ, нау­ка об об­ра­зо­ва­нии и вы­ра­щи­ва­нии кри­стал­лов, об их строе­нии, сим­мет­рии, хи­мич. со­ста­ве и фи­зич. свой­ст­вах. К. воз­ник­ла в не­драх ми­не­ра­ло­гии и ста­ла са­мо­сто­ят. нау­кой в сер. 18 в., ко­гда обо­га­ти­лась фи­зич., ма­те­ма­тич. и хи­мич. ме­то­да­ми ис­сле­до­ва­ний. Важ­ней­шим сти­му­лом раз­ви­тия К. бы­ли мно­го­числ. при­ме­не­ния кри­стал­лов в нау­ке, тех­ни­ке и юве­лир­ной пром-сти. На пер­вом эта­пе по­лу­чи­ла раз­ви­тие гео­мет­рич. К. – ус­та­нов­ле­ние за­ко­но­мер­но­стей ог­ран­ки кри­стал­лов и сим­мет­рии их внеш­ней фор­мы. Наи­бо­лее зна­чи­тель­ные и ма­те­ма­ти­че­ски обос­но­ван­ные ре­зуль­та­ты в этой об­лас­ти по­лу­чи­ли А. В. Га­до­лин (1867) и Р. Ж. Га­юи (1874). Ещё до их ра­бот бы­ла вы­ска­за­на и раз­ра­бо­та­на ги­по­те­за о внутр. пе­рио­ди­че­ском строе­нии кри­стал­лов, ко­то­рая ос­но­вы­ва­лась на пра­виль­но­сти внеш­не­го строе­ния кри­с­тал­лов. Воз­мож­ные фор­мы кри­стал­ли­че­ских ре­шё­ток были вы­ве­де­ны О. Бра­ве (1848). Важ­ней­шее зна­че­ние для раз­ви­тия всей, и осо­бен­но струк­тур­ной, К. име­ли ра­бо­ты Е. С. Фё­до­ро­ва (1890) и нем. ма­те­ма­ти­ка А. Шён­фли­са (1891) по вы­во­ду про­стран­ст­вен­ных групп сим­мет­рии внутр. строе­ния кри­стал­лов. Про­бле­ма со­стоя­ла в том, что в кри­стал­лах до­пусти­мы толь­ко те эле­мен­ты сим­мет­рии, ко­то­рые со­гла­су­ют­ся с его глав­ным и обя­за­тель­ным эле­мен­том сим­мет­рии – кри­стал­лич. ре­шёт­кой. По­сте­пен­но К. всё бо­лее ос­но­ва­тель­но ис­поль­зо­ва­ла та­кие раз­де­лы ма­те­ма­ти­ки, как тео­рия групп, век­тор­ное и тен­зор­ное ис­чис­ле­ния, ме­то­ды пре­об­ра­зо­ва­ния Фу­рье. Экс­пе­ри­мен­таль­но пе­рио­дич­ность и ре­шё­точ­ное строе­ние кри­стал­лов бы­ли до­ка­за­ны позд­нее М. Ла­уэ (1912), от­крыв­шим ди­фрак­цию рент­ге­нов­ских лу­чей на кри­стал­лах (см. Рент­ге­нов­ский струк­тур­ный ана­лиз). Атом­ное строе­ние кри­стал­лов NaCl, ZnS, ал­ма­за и др. по ди­фрак­ции рент­ге­нов­ских лу­чей впер­вые бы­ло оп­ре­де­ле­но У. Г. Брэг­гом и У. Л. Брэг­гом (1913), что по­ло­жи­ло на­ча­ло раз­ви­тию струк­тур­ной К. Отеч. шко­лу струк­тур­но­го ана­ли­за кри­стал­лов соз­дал и до кон­ца сво­их дней воз­глав­лял Н. В. Бе­лов.

Ре­аль­ные по­треб­но­сти в кри­стал­лич. ма­те­риа­лах сти­му­ли­ро­ва­ли ис­сле­до­ва­ния по об­ра­зо­ва­нию и вы­ра­щи­ва­нию кри­с­тал­лов, ко­неч­ная цель ко­то­рых бы­ла в соз­да­нии ла­бо­ра­тор­ной, а за­тем и про­мыш­ленных тех­но­ло­гий по­лу­че­ния круп­ных мо­но­кри­стал­лов. Од­но­вре­мен­но раз­ви­ва­лись тех­но­ло­гии кри­стал­ли­за­ции из рас­тво­ров, рас­пла­вов, па­ро­вой (га­зо­вой) фа­зы (см. Кри­стал­ли­за­ция). Наи­бо­лее пло­до­твор­ные ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти рос­та кри­стал­лов при­над­ле­жат А. В. Шуб­ни­ко­ву. Изу­че­ние рос­та кри­стал­лов и их фи­зич. свойств свя­за­но с име­нем Г. В. Вуль­фа.

От­кры­тие ди­фрак­ции рент­ге­нов­ских лу­чей на кри­стал­лах, а позд­нее ди­фрак­ции элек­тро­нов и ней­тро­нов (см. Элек­тро­но­гра­фия, Ней­тро­но­гра­фия) при­ве­ло к ин­тен­сив­но­му раз­ви­тию струк­тур­ной К., ко­то­рая да­ёт воз­мож­ность ус­та­нов­ле­ния атом­но­го строе­ния ме­тал­лов и спла­вов, ми­не­ра­лов, не­ор­га­нич. и ор­га­нич. со­еди­не­ний, мо­ле­кул бел­ков, нук­леи­но­вых ки­слот и да­же ви­ру­сов. Ор­га­нич. со­еди­не­ния час­то, а мак­ро­мо­ле­ку­лы все­гда кри­стал­ли­зу­ют толь­ко для то­го, что­бы ме­то­да­ми струк­тур­ной К. ус­та­но­вить их атом­ную струк­ту­ру.

Ме­то­ды К. вос­тре­бо­ва­ны ми­не­ра­ло­ги­ей, ма­те­риа­ло­ве­де­ни­ем, фи­зи­кой твёр­до­го те­ла, хи­ми­ей (см. Кри­стал­ло­хи­мия) и мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­ги­ей. Кри­стал­ло­фи­зи­ка ус­та­нав­ли­ва­ет струк­тур­ную обу­слов­лен­ность фи­зич. свойств кри­стал­лов, что по­зво­ля­ет фи­зи­ке твёр­до­го те­ла пе­рей­ти от фе­но­ме­но­ло­гич. опи­са­ния свойств кри­стал­лов и яв­ле­ний, про­ис­хо­дя­щих в них при внеш­них воз­дей­ст­ви­ях, к мик­ро­ско­пич. тео­рии этих свойств и яв­ле­ний. Ус­та­нов­ле­ние за­ко­но­мер­ных свя­зей со­став – струк­ту­ра – свой­ст­ва кри­стал­лов по­зво­ля­ет от­ка­зать­ся от за­трат­но­го ме­то­да проб и оши­бок при син­те­зе кри­стал­лов с не­об­хо­ди­мы­ми для тех­ни­ки свой­ст­ва­ми и при мо­ди­фи­ка­ции свойств из­вест­ных кри­стал­лов пу­тём изо­морф­ных за­ме­ще­ний. Мо­ле­ку­ляр­ная био­ло­гия, ген­ная ин­же­не­рия и кон­ст­руи­ро­ва­ние но­вых ле­карств тре­бу­ют зна­ния атом­но­го строе­ния со­от­вет­ст­вую­щих объ­ек­тов. Ме­то­ды струк­тур­ной К. да­ют та­кие све­де­ния наи­бо­лее на­дёж­но и точ­но, од­на­ко для это­го не­об­хо­ди­мы раз­ви­вае­мые в К. ме­то­ды кри­стал­ли­за­ции со­от­вет­ст­вую­щих объ­ек­тов.

Ди­фрак­ци­он­ные ме­то­ды К. чув­ст­ви­тель­ны ко всем де­фек­там ре­аль­ных кри­стал­лов и по­зво­ля­ют их ис­сле­до­вать. Бо­лее то­го, в К. раз­ви­ты ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния объ­ек­тов с час­тич­но упо­ря­до­чен­ным строе­ни­ем: жид­ких кри­стал­лов, по­ли­ме­ров и да­же аморф­ных тел и жид­ко­стей.