V žádném pojednání o dějinách krystalografie nechybí
zmínka, že kristallos je slovo řeckého původu označující led,
ledový kus. Tento význam má již v Homérových eposech Illias a Odysea z 8.
století př.n.l. Řecké kultuře vděčí krystalografie nejen za své jméno,
ale i za termín symetrie, který označuje základní vlastnost každé
krystalické látky. Pojem symetrie zavedl pro vyjádření krásy a harmonie v
přírodě i umění dnes už jen málokdy připomínaný kovolijec Pythagoras z
Rhégia (5.stol. př.n.l).
|
|---|
Nejobsáhlejší přehled starověkých poznatků o krystalech vytvořil Gaius Plinius Secundus, zvaný Starší (23 - 79 n.l.), v encyklopedii Naturalis historia, obsahující na 20 tisíc údajů shromážděných ze 2 000 knih několika stovek řeckých a římských autorů. Dílo bylo až do vzniku novodobého empirického bádání zásobárnou vědomostí. Kromě cenných závěrů z vlastních nebo převzatých pozorování z různých oblastí přírodovědy jsou v něm však i fantastické myšlenky, např. o kamenech, které se rozmnožují jako živé bytosti. Jiná tvrzení získala naopak časem platnost obecných krystalografických zákonů : "stěny krystalů jsou dokonale rovinné" (tzv. zákon rovinných ploch), "různé látky krystalizují v různých krystalových tvarech". Gaius Plinius Secundus zahynul při pozorování výbuchu Vesuvu v roce 79 n.l.
 |
|---|
Další významný spis, sepsaný německým učencem
Agricolou. (Georg Bauer Agricola 1494 - 1555) se objevuje až v
15. století. Agricola za svého pobytu v Itálii navštěvoval univerzitní přednášky
z medicíny a zajímal se o terapeutické využití nerostů. To byl důvod, proč
se ucházel o místo lékaře v Jáchymově. Za čtyřletého jáchymovského
pobytu (1527-1531) vznikl první Agricolův mineralogicko - hornický spis. Od
roku 1533 žil Agricola v Chemnitz, ale Jáchymov byl i nadále častým cílem
jeho cest za poznáním neživé přírody. Agricola vytvořil svým dílem De
Re Metallica Libri XII (Dvanáct knih o hornictví a hutnictví) vydaném v
r. 1556 pevné základy hutnictví, hornicko-geologických věd i mineralogie.
Tato bohatě ilustrovaná encyklopedie ukazuje, jak důležitou úlohu mají
vlastní zkušenosti a pečlivý experiment v exaktních vědách. Agricola byl
vynikajícím znalcem nerostů a jeho sbírka obsahovala nejen minerály všech
evropských dolů, ale také vzácné exempláře kamenů, které mu přiváželi
kupci z Asie a Afriky. Jeho zásluhou začaly být k charakterizaci minerálů užívány
takové znaky jako barva, hmotnost, lesk, chuť, průzračnost a vnější
vzhled. Zejména ten měl být vyjádřen co nejnázorněji, aby i prostí horníci
dovedli již pohledem minerály rozeznat. Agricola je pokládán za duchovního
otce mineralogie, ale byl i lékařem, farmaceutem, politikem, diplomatem,
filozofem a pedagogem.
 |
|---|
Nejstarším dochovaným písemným materiálem novodobé krystalografie je rozsahem nevelké pojednání Strena seu de nive sexangula (Novoroční dárek čili o hexagonálním sněhu), které za svého pobytu v Praze (1600 -1612) napsal matematik a astronom Johann Kepler (1571-1630). Pro vznik díla bylo rozhodující Keplerovo přátelství s významnou osobností rudolfinské doby, císařským diplomatem Janem Matoušem Wackerem z Wackenfelsu. Traktát, věnovaný Wackerovi jako novoroční dárek v lednu 1611, je dokladem autorova prvenství v oblasti teoretické nauky o krystalech. V souvislosti s hledáním příčiny hexagonální souměrnosti sněhu dochází Kepler k významným poznatkům o geometrii nejtěsnějšího uspořádání tuhých koulí. V pojednání jsou diskutována i zobecněná prostorová uspořádání, a to nejen nejtěsnější, ale i ostatní , principiálně možná. Keplerovi také náleží priorita v zavedení tzv. koordinačních čísel vyjadřujících počet koulí dotýkajících se libovolné koule výchozí. Pokus objasnit tvar vloček jejich stavbou z kulovitých částic vody symetricky rozložených v prostoru lze chápat jako počátek teorie krystalové mřížky. Co nutí hmotu dodržovat přesné geometrické formy? Odpověd Kepler hledá opět u sněhových vloček. Protože se jejich jednotlivé paprsky sbíhají vždy v jednom bodě, musí právě v něm působit jakási tvořivá síla. Všiml si rovněž neměnnosti úhlů mezi analogickými stěnami a hranami sněhových vloček. Poznatek, zajišťující věhlasnému učenci prioritu v oblasti teoretické krystalografie zůstal však bez odezvy. Informaci tohoto druhu ve spisech astronoma nikdo nehledal.
 |
|---|
Nevelký ohlas měly také empirické zkušenosti dánského anatoma a fyziologa Nicolause Stena (Nikolaj Stenon, Niels Stensen 1638-1686). Základem Stenových úvah jsou neobyčejně seriózní pozorování a měření, která provedl, i když disponoval jen těmi nejjednoduššími prostředky. K získání podkladů pro formulaci zákona o stálosti úhlů používal pouze tužku a papír, na který s mimořádnou pečlivostí obkresloval různé tvary krystalů křemene. "Jak krystal vzniká nevíme. Jeho růst je však zcela pochopitelný. Neprobíhá zevnitř jako u rostlin, ale tím způsobem, že se na jeho vnější stěny ukládají jemné částice přinášené z vnějšku kapalinou".
Stálost úhlů krystalů jedné látky byla objevena i holandským přírodovědcem Anthonym Leeuwenhoeckem (1632-1733). Naposledy byl zákon konstantních úhlů objeven koncem 18.století. Jean B. Romé de l Isle (1736-1790) podložil tvrzení o neměnnosti vzájemného sklonu stěn krystalů daného druhu ve své Krystalografii velkým počtem měření, ke kterým použil příložný goniometr.
K upřesnění představy o růstu krystalů přispěl nejvýznamněji René J.Haüy (1743-1822). Na základě poznatku o štěpení krystalů vyslovil obecný princip : různé formy určité krystalické látky v sobě obsahují stejný primitivní tvar, jádro, předurčené přírodou.
V r. 1824 vyslovil fyzik L.A. Seeber (1793-1855) již moderní teorii, že mřížka krystalu je vytvořena z atomů a nikoliv z molekul. Zákon o racionalitě indexů krystalových ploch zformuloval v r. 1839 W.H. Miller (1801-1880). V pracích fyziků F. Neumanna (1798-1895) a K.F. Naumanna (1797-1873) bylo vyzdviženo hlubší spojení struktury a vlastností krystalů.
 |
|---|
V r. 1830 odvodil J.F.C. Hessel (1796-1872) matematickou analýzou, že vnější symetrie jakéhokoliv krystalu musí odpovídat jedné z 32 oddělení (tříd) symetrie. V r. 1850 popsal Auguste Bravais (1811-1863) 14 typů geometrických obrazců tvořených body pravidelně uspořádanými v prostoru a dokázal, že body (částice) mohou být uspořádány v maximálně 14 typech prostorových mřížek, které dal do vztahu s třídami symetrie. M.L. Frankenheim (1801 - 1863) zavedl v r. 1856 bodovou transformaci, přičemž řešil otázku, zda druhy mřížek, které jsou geometricky možné, jsou přítomné v reálných krystalech. V r. 1891 dokázali J.Š. Fjodorov (1853-1919) a A. Schoenflies (1853-1928) nezávisle na sobě, že existuje 230 různých prostorových grup - symetrických možností uspořádání bodů v prostoru tak, aby okolí každého bodu bylo stejné.
 |
|---|
Mocný experimentální nástroj - paprsky X - k potvrzení teoretických úvah o vnitřním uspořádání látek dal krystalografům W.C. Röntgen. Wilhelm Conrad Röntgen (1845 -1923) nepatřil k úzce zaměřeným vědcům. Byl schopen úspěšně řešit matematické problémy teoretické termodynamiky, stejně jako praktické otázky z experimentální fyziky. U všech generací fyziků budí obdiv svou experimentální nápaditostí, založenou na širokém přírodovědném vzdělání, a schopností nalézt mezi nepřehlednými fakty charakteristické rysy nových objevů. Po jeho třech postupně publikovaných sděleních (1895, 1896, 1897) o novém druhu paprsků X zůstala bez důkazů jen odpověď na otázku povahy nového záření.
Max Theodor Felix von Laue (1879 -1960) se za svého působení v Mnichově seznámil s ideou krystalové mřížky v pracech Leonarda Sohneckeho a Paula von Grotha, i s hypotézou Arnolda Sommerfelda, že rentgenové paprsky jsou vlnami o střední délce 0.1 nm. Správnost obou představ potvrdil roku 1912 zcela jednoznačně historický pokus trojice W. Friedrich - P. Knipping - M. von Laue. Objev difrakce rentgenových paprsků na krystalech způsobil převrat v metodice studia krystalů a vedl ke zrodu fyziky pevných látek. William Lawrence Bragg (1890 -1971) vyjádřil matematicky podmínky difrakce rentgenových paprsků na krystalech jednoduchou rovnicí ( Nature 90 (1912) 410 ). Nezávisle na něm zveřejnil článek o reflexní podmínce na krystalech i Jurij Viktorovič Vulf (1863 -1925), profesor na univerzitách v Kazani, Varšavě a od roku 1909 v Moskvě. (Physikalische Zeitschrift 14 (1913) 217).
 |
|---|
Objev kapalných krystalů je spojen se jménem Friedricha Reinitzera (1857 -1927) a jeho prací o cholesterolu z roku 1888. Reinitzer sledoval mikroskopem bod tání a změnu tvaru a uspořádání cholesterových derivátů. S výsledky svých pozorování, vlastní hypotézou výkladu a s žádostí o bližší prozkoumání jevů se obrátil na profesora fyziky v Aachen Otto Lehmanna, předního znalce krystalů, jejich fázových přechodů a autora termínu kapalné krystaly. Se jménem O. Lehmana a dalších odborníků je pak spojeno další studium a objasnění tohoto jevu.
Historie kapalných krystalů pak pokračovala v 60. letech dvacátého století, kdy se odhalily možnosti praktického využití a vznikly první displeje na bázi kapalných krystalů.