Het kenmerk dat kristallen definieert in tegenstelling tot glas is orde. Kristallen zijn geordende materie. Ze zijn opgebouwd als een geordende stapeling van moleculen of groepen van atomen en moleculen. Ze hebben altijd een eenheid, de eenheidscel genaamd, die een atoom, een molecuul of een groep van atomen of moleculen kan zijn, die periodiek wordt herhaald in de ruimte die een volume vult.
Periodieke orde, periodiciteit, is een van de fundamentele eigenschappen van een kristal. Het zou niet moeilijk moeten zijn om dit concept van periodiek geordende materie te begrijpen. We zien het in vloeren, in behang of in de bakstenen muren van huizen. We gebruiken het wanneer we een oppervlak willen bedekken.
Bijvoorbeeld een bakstenen muur:
In deze muur is de afstand tussen elk blok of baksteen altijd hetzelfde. Deze afstand wordt periode genoemd en verandert, zoals we kunnen zien, met de richting. De eigenschap van op deze manier georganiseerde materie wordt periodiciteit genoemd.
In deze klassieke baksteenopstelling worden de stenen ook op een identieke afstand geplaatst, maar de periodewaarden veranderen. De structuur is anders, maar het is ook periodiek - dat wil zeggen, het is ook kristallijn.
Die stenen zijn het equivalent van wat we eenheidscel kristallografie noemen. Om een kristallijne structuur te creëren hoef je je alleen maar voor te stellen om die stenen in moleculaire eenheden te veranderen. We gaan je helpen je dat voor te stellen door elke repetitieve eenheid van een moleculair kristal voor te stellen als een baksteenkubus uit een constructie-set.
De eenheidscel die we hebben gekozen is die van pyriet, een heel gewoon ijzersulfide, een heel mooi mineraal dat goudkleurig is.
Als we blokken of cellen naast elkaar plaatsen om een rij te vormen, krijgen we een periodieke verdeling in één richting.
Als we meerdere van deze rijen loodrecht op elkaar leggen, krijgen we een periodiek vlak in twee richtingen. Dit is een tweedimensionaal kristal.
Als we tenslotte blokken of eenheidscellen in de derde richting stapelen, krijgen we een driedimensionale periodieke stapeling van identieke elementen.
Dit is een kristal.
Het enige verschil is dat een pyrietkristal van één centimeter ongeveer 100000000000000000 eenheidscellen bevat in plaats van de driehonderddrieënveertig in de afbeelding.
Stel je voor dat je je in deze kristalstructuur bevindt. Plaats jezelf in een ijzeren atoom en kijk rond. Ga dan naar een ander ijzeren atoom van een andere cel en je zult zien dat je omgeving hetzelfde is. Dit is een andere eigenschap van kristallen: homogeniteit.
Probeer nu in een bepaalde richting te bewegen. Je zult moeten onderhandelen over de schakels die de atomen met moeite verbinden. Stop en verander de richting van de beweging. Nu zul je zien dat de moeilijkheidsgraad van bewegen ook is veranderd. Dit is een andere zeer belangrijke eigenschap van kristallen: anisotropie.
DE MORFOLOGIE VAN DE KRISTALLEN
Een van de aantrekkelijkere eigenschappen van kristallen is hun polyhedrische schoonheid. Het zijn vaste stoffen met een morfologie die beperkt wordt door vlakke vlakken en rechte randen en komen samen in scherpe hoekpunten. In de natuur is pyriet, het mineraal waarvan we zojuist de structuur hebben gecreëerd, te vinden in de vorm van prachtige kristallen met verschillende vormen. We gaan laten zien hoe al deze vormen een gevolg zijn van de interne periodiciteit van het kristal.
Pyrietblokjes zijn heel eenvoudig te maken door de blokken of eenheidscellen zo te stapelen dat ze een driedimensionale kubus met zes perfect vlakke vlakken afbakenen.
Maar als we de gezichten laten stappen, dan kunnen ze andere, andere gezichten vormen. Onthoud dat kristallen bestaan uit miljoenen identieke blokjes. Hoewel de gezichten in detail zijn getrapt, zouden die stappen onwaarneembaar zijn voor het menselijk zicht.
Bijvoorbeeld, als we de kristalgezichten loodrecht op de hoekpunten van de eenheidscel maken, dan is de resulterende kristallijne vorm de octaëder.
Als we de buitenste zijden van het kristal loodrecht op de randen van de kubus maken, krijgen we een ander soort vorm, de vijfhoekige dodecaëder.
Of een mineraal kristalliseert met een of andere vorm, of met combinaties van vormen, hangt af van de kristallisatiecondities. De hoeken die de verschillende zijden van een kristalvorm hebben hangen uitsluitend af van de afmetingen van de eenheidscel, waarvoor ze altijd constant zijn voor een specifieke verbinding. Dit is wat men noemt de Wet van standvastigheid van interfaciale hoeken van een kristal.
In de natuur zijn er meer dan vierduizend verschillende mineralen - dat zijn vierduizend verschillende kristalstructuren. En honderdduizenden andere kristallijne structuren werden en worden nog steeds verkregen in het laboratorium dat natuurlijke producten en nieuwe synthesesamenstellingen kristalliseert.
Al deze honderdduizenden structuren kunnen worden ingedeeld in 230 verschillende groepen dankzij een andere fundamentele eigenschap van kristallen: symmetrie.
