Основные понятия и элементы структурной кристаллографии

Введение

Все материальные тела в природе, будь то газы, жидкости или твердые тела, построены из отдельных частиц: молекул и атомов.

Наиболее простой «структурой» обладают газы, представляющие собой совокупности молекул, двигающихся с большими скоростями. Определить структуру газа, значит найти форму, размеры и межатомные расстояния его молекулы. Структурой газа в смысле расположения частиц можно пренебречь в силу почти полной независимости свойств молекул друг от друга.

Совершенно другую картину мы имеем в твердых телах: всякое твердое тело в состоянии равновесия характеризуется упорядоченным расположением атомов и обладает кристаллической структурой. Это свойство твердого тела вытекает из общих законов термодинамики, так как минимумом свободной энергии будет обладать только система частиц с упорядоченной структурой. Наиболее ярко упорядоченность атомной структуры твердых тел проявляется как в анизотропии свойств тела, так и во внешней форме кристаллов. Но все же и в твердом теле атомная структура не является строго неизменной с неподвижно закрепленными атомами. Вследствие теплового движения атомы непрерывно совершают колебания около центров равновесия; как раз и образующих правильную геометрическую структуру.

Кристаллическое состояние вещества характеризуется трехмерной периодиччностью размещения строительного материала. Именно на этой особенности основана дифракция рентгеновских лучей, пропускаемых через кристалл, а значит, и весь рентгеноструктурный анализ кристаллов.

Периодическая повторяемость одинаковых атомных группировок, или, иначе говоря, трансляционная симметрия в их расположении, является обязательным свойством всякого кристалла. Но атомы кристалла могут быть связаны между собой не только трансляциями, но и другими операциями симметрии. Присутствие последних также сказывается в той или иной степени на дифракционных эффектах и, следовательно, может быть использовано в процессе определения атомной структуры вещества.

Таким образом, изложение основ рентгеноструктурного анализа кристаллов немыслимо без предварительного ознакомления с некоторыми понятиями, представлениями и обозначениями, принятыми в структурной кристаллографии, и в первую очередь, в теории симметрии кристаллов.