Kristalografi, Cristallographie

Kristalografi, cristallographie





KRİSTALOGRAFİ a (fr cristallographie) Kristalleşmiş maddeleri ve bu maddelerin oluşumuna, yapısına, geometrik, fiziksel ve kimyasal özelliklerine ilişkin yasaları inceleyen bilim (Kristalografi mineralojinin, katılar fiziğinin ve kimyasının ve gereç biliminin temelidir)

—ANSİKL • Kristal ortamların makroskobik tanımı Kristal ortamlar homojen ve anizotroptur ya da başka bir deyişle, özellikleri kristalin bütün yüzeyinde aynıdır ve doğrultuya bağlıdır (örneğin elektrik iletkenliği, kırılma indisi, esneklik değişmezleri), ancak bu özellikler camlarda da görülebilir Kristal ortamları belirginleştiren süreksiz anizotropi özellikleridir, yani maddenin özellikleri yönlenmeye bağlı olarak süreksiz bir biçimde değişir En çarpıcı örnekler, serbestçe gelişen kristalleri sınırlayan düz yüzlerin, dilinim düzlemlerinin ya da daha düşük mekanik kohezyona sahip düzlemlerin varlığıdır ve bu düzlemler boyunca kristaller bölünebilir; ayrıca bir kristal üzerine dalga boyu kısa bir ışın yollandığında ortaya çıkan kırınım lekelerinde de bu örnekler görülür Bu özelliklerin gözlemlenmesi, kristal ortamların mikroskobik yapısıyla ilgili varsayımların ileri sürülmesine yol açmıştır, ilk gözlem açıların değişmezlik yasası'yla ilgili gözlemdir (Romé de l'isle, 1783); kristalin kökeni ne olursa olsun aynı maddenin büyüme yüzleri ya da dilinim düzlemleri arasındaki ikidüzlemli açılar değişmez Haüy tarafından yapılan ikinci gözlem kalsit kristallerinin dilinimiyle ilgilidir; bu gözlem Haüy'ü, ardışık dilinimlerle bir kristali bölerek, bölünmez temel bir koşutyüzlü elde edildiği ve bunun sonucunda da düzenli bir yığılmayla kristallerin tamamen özdeş koşutyüzlüler oluşturduğu varsayımına ulaştırdı: kafessel diye bilinen varsayım budur (1784) Haüy, doğal yüzlerin ve dilinim düzlemlerinin yönlenmelerinin, çok basit aritmetik yasalarıyla bu yığılmalara bağlı olarak açıklanabileceğini gösterdi; bu da, açıların değişmezlik yasasını kanıtlar Bravais (1849) kristal kafesi kavramını kesinleştirerek ve olası tüm kafes tiplerini saptayarak Haüy'ün varsayımlarını tamamladı Kristallerin kafessel varsayımı Laue ve arkadaşları tarafından 1912'de aerçekleştirilen X ışınlarının kırınımı dene-yiyle kesin olarak doğrulandı

• Mikroskobik tanım Mikroskobik tanım kafessel varsayımın sonucudur: kristal, bir kafesin ötelenmeleri sonucu İyonlardan, atomlardan ya da moleküllerden meydana gelen bir motifin tekrarlanmasıyla oluşur Makroskobik homojenlik kavramının yerini, mikroskobik ölçekte Bravais koyu-tu alır: kristal ortamının herhangi bir noktasında sonsuz sayıda benzeşlk nokta bulunur ve bunların çevresinde atomların düTenlenmesi, düzlemdeş olmayan üç S, b, r vektörünün tam katlarına göre ötelenmelerle yinelendiğinden özdeştir Bu noktalar kafesin düğümler'idir Düğümler, sıralar ve eşit uzaklıkta kafessel düzlemler halinde bir araya gelir Üç 5, b, c vektörü üzerine kurulan koşutyüzlü temel göz'dür

• Bir kristalin bakışım öğeleri Kristaller genellikle eksenler, düzlemler ya da merkezler gibi bakışım öğelerine sahiptir Bir kristalin özelliklerinin tümü, biri diğerinden, q derecesinden bir eksen çevresinde 2ırlq radyanlık bir açının dönüşüyle çıkarılan iki doğrultu boyunca aynı olduğunda, bu kristal sözkonusu eksene göre değişmezdir Bu da, üç yönde dönemsel olması nedeniyle, kristal ortamın yalnız 2, 3, 4 ya da 6 basamaktan eksenlere sahip olabileceğini gösterir

• Kristalografi grupları, iki bakışım işleminin çarpımı da bir bakışım işlemidir Bakışım öğeleri birleştirilerek bakışım grup-lar'ı oluşturulabilir Yalnız 2, 3, 4 ya da 6 basamaktan bir eksen oluşturan bakışım öğelerinin çarpımları göz önünde bulundurulduğunda, yalnız bir kristal için mümkün olan yönlenme bakışımının grupları elde edilir 32 kristalografi grubu vardır

• Holoedri ve meriedri Bir kristal, bir motifin, bir kafesin ötelenmeleriyle tekrarından meydana geldiği için kristali değişmez kılan bakışım grubu, kafesi de değişmez kılar, ancak bunun tersi her zaman geçerli değildir Örneğin bir kristalin bakışım merkezi olamaz (örneğin kuvars), buna karşılık bir noktalar kafesinin her zaman bir bakışım merkezi vardır: kristalin bakışım grubu kafesin bakışım grubunun altgrubudur Kristalin bakışımı kendi kafesinin bakışımıyla aynıysa, kristalin bakışım grubuna holoedri denir Tersi durumda meriedri1 den söz edilir: kristalin bakışımı kafesinkinden iki kez daha küçükse hemi-edri, dört kez daha küçükse tetaroedri, sekiz kez daha küçükse de ogdoedri sözkonusu olur

• Kristal sistemleri Aynı kafes bakışımına sahip tüm kristaller aynı sistemde yer alır 32 kristal bakışım grubu içinde, bakışımı kafeslerin bakışım özellikleriyle bağdaşan 7 grup vardır Bu durumda 7 kristal sisteminden söz edilir:

a) kübik sistemde, ilkel göz küp biçimindedir (sodyum klorür);

b) kuvadratik sistemde ilkel göz, kare tabanlı bir dik prizmadır (zirkon);

c) ortorombik sistemde, ilkel göz bir dik koşutyüzlü ya da eşkenar dörtgen (ya da baklava dilimi) tabanlı bir dik prizma biçimindedir (kükürt);

d) heksagonal sistemde ilkel göz, tabanı 120°'lik bir açıya sahip bir eşkenar dörtgen olan bir dik prizmadır (beril);

e) romboedrik sistemde, ilkel göz bir rom-boedr, yani bütün yüzleri eşkenar dörtgen olan bir koşutyüzlü biçimindedir (kalsit);

f) monoklinik ya da klinorombik sistemde, ilkel göz eşkenar dörtgen tabanlı eğik bir prizmadır (alçıtaşı);

g) triklinik sistemde ilkel göz, eşkenar dörtgen tabanlı bir koşutyüzlüdür (aksinit)

• Kristal biçimleri Bir kristali sınırlayan dış yüzlerin tümü bir kristal biçimi oluşturur Bu yüzler kristal bakışımı işlemlerinin etkisiyle birbirinden çıkar ve aynı zamanda da kristal bakışımının tanıma öğesidir Bu yüzlerin yanal genişlemeleri büyümenin yerel koşullarına bağlıdır ve bakışımlarının incelenmesinde yalnız yönlenmeler göz önüne alınmalıdır

• Kristal bakışımı ile fiziksel özellikler arasındaki ilişkiler ya da Curie "yasaları" Fiziksel olaylar ile bakışım arasında var olan ilişkiler uzun zamandan beri biliniyordu, ancak bu ilişkiler R Curie tarafından XIX yy'ın sonunda genellikle "Curie yasaları" elenen ilkeler biçiminde kesinleştirildi Fiziksel bir olay genellikle bir neden sonuç ilişkisi olarak düşünülebilir R Curie sonuçlarda bulunan bakışımsızlığın, nedenlerde daha önceden var olması gerektiğini, ancak buna karşılık sonuçların nedenlerden daha bakışımlı olabileceğini ilke haline getirdi Bu düşüncelerden hareketle, kimi kristal bakışımlarının kimi fiziksel özelliklerin varlığıyla bağdaşmadığını göstermek olanaklıdır Örneğin bir kristal, aynadaki görüntüsüyle üst üste gelebiliyorsa, dönme gücü'ne sahip olamaz; aynı şekilde, bir kristal 32 kristalografi grubunun ancak 10'undan birine aitse piroelektrik olabilir, yani kendiliğinden elektriksel kutuplanma içerebilir Bu bakışım incelemeleri üzerine düşünce yürüterek, R Curie piezoelektriklik'i yani uygulanan bir gerilmenin etkisiyle elektriksel kutuplanmanın ortaya çıkışını buldu Özellikle bir bakışım merkezi olan kristallerde görülmeyen bu etki çok sayıda uygulamaya (salıngaçlaı; kuvarslı saatler, pikap kafaları, mikrofonlar, sonarlar vb) yol açtı

• Kristalografi yapısının incelenmesi Bir kristalin bakışımını ve yapısını saptamak için çok sayıda yöntem vardır: özellikle optik kırınımölçer, polariayıcı mikroskop vb; ama bunların en önemlisi, ışımaların kırınımıdır ( - KIRINIM)

• Kusurlar, içsel ve dışsal özellikler Kristal ortamın mikroskobik tanımı (hep aynı motifin uzayın üç doğrultusunda sonsuza dek düzenli olarak yinelenmesi) gerçeğe yalnız yaklaşık olarak uyan bir idealdir: gerçek kristaller sonsuz değildir, ama yüzeylerle sınırlıdır, atomlar da durağan değil, denge konumlarının çevresinde ısıl çalkalanma etkisiyle devinimlidir Kristaller her zaman ya kimyasal (katışkılar, stokiyometri yokluğu) ya da kafessel (kafesin biçim değiştirmesi) kusurlar içerir Kristalin ideal yapısına bağlı özelliklere içsel özellikler (örneğin esnek değişmezler) ve kristaller kusurlar içerdiği için var olan ve bu kusurlardan kaynaklanan özelliklere de dışsal özellikler (örneğin bir kristalin plastik biçim değiştirmesi, dislokasyon'lar denen kusurlar ortaya koyarak bu kusurların yerini değiştirerek gerçekleşebilir) denir