KRYSTALICKÉ LÁTKY

Schematické znázornění rozdílu mezi plynem (a), kapalinou (b) a krystalickou pevnou látkou (c) pomocí tepelných pohybů molekul

Každá látka může existovat v principu ve třech stavech - plynném, kapalném a pevném v závislosti na teplotě. V plynném stavu je energie tepelného pohybu molekul látky natolik velká, že se molekuly chovají jako téměř nezávislé částice volně rozptýlené v prostoru. Ochlazením dojde k poklesu energie tepelného pohybu, až se molekuly dostanou do těsného kontaktu, začnou se silně uplatňovat silové vazby molekul s nejbližším okolím a látka přechází v kapalný stav, přičemž vzniknuvší vazby mezi molekulami jsou nestálé. Při dalším snižování teploty dospějeme až do bodu, kdy je tepelný pohyb redukován natolik, že již není schopen porušit vazbu mezi sousedními molekulami. Pod touto teplotou jsou již vazby mezi sousedními molekulami stálé a vzniká tuhý stav. Vzniklé pevné seskupení molekul může být buď náhodné, nebo uspořádané, přičemž uspořádané seskupení je energeticky výhodnější. Tyto dva stavy tuhé látky nazýváme amorfní a krystalický stav.

Dokonale vyvinuté krystaly azuritu

Význam pojmu krystal se postupem času měnil  v závislosti na experimentálních metodách, umožňující studovat stále nové vlastnosti hmoty. Již dříve bylo zřejmé, že vlastnosti krystalů (např. anizotropie některých fyzikálních vlastností, symetrický tvar apod.) jsou výrazem vnitřní, submikroskopické struktury těchto látek. Submikroskopická oblast se však stala přístupnou fyzikálním pozorováním až teprve po Laueho objevu difrakce rentgenových paprsků na krystalech v roce 1912. Moderní koncepce krystalu je založena přímo na charakteristikách vnitřní struktury, tak jak je odhalována difrakčními experimenty, zatímco dřívější klasifikace tuhých látek na krystalické a nekrystalické byla vázána na vlastnosti, které dnes pokládáme za méně podstatné.

Dokonale vyvinuté krystaly křišťálu

Prvotní přístup spočíval v charakteristice krystalů na základě jejich vnějšího tvaru. Existence vnějších přirozených krystalových ploch však není podstatná při posuzování, zda je látka krystalická, neboť tyto plochy nemusí při růstu krystalu vznikat nebo mohou být záměrně porušeny. Nicméně potenciální schopnost všech krystalů vytvářet za vhodných růstových podmínek přirozené plochy je charakteristickou a důležitou vlastností, která byla velmi postatná při rozvoji krystalografie. Vzhled jednotlivých exemplářů stejného druhu může být velmi různý v závislosti na podmínkách růstu, bylo však zjištěno, že úhly mezi odpovídajícími plochami zůstavají konstantní (ovšem s teplotní závislostí danou anizotropií teplotní roztažnosti) (viz obr.1.4). Velké množství krystalů proměřených takto mineralogy umožnilo jejich systematické třídění podle symetrických vlastností a poskytlo cenný materiál pro pozdější rozvoj krystalografie, zabývající se symetrií vnitřní krystalové struktury. Označování rovin, směrů a jejich projekční zobrazení bylo rovněž převzato z těchto prací.

Zachování úhlů u různých tvarů křemene

Koncem minulého století byl tento geometrický obraz krystalu nahrazen novým popisem, který vycházel z fyzikálních vlastností krystalů studovaných v makroskopickém měřítku. Daná fyzikální vlastnost hmotného prostředí mohla být vyšetřována jako funkce polohy pouze v objemovém elementu obsahujícím tisíce atomů, takže výsledkem měření byla průměrná hodnota této veličiny v objemovém elementu.

Na základě takto měřených fyzikálních vlastností byl makroskopický krystal definován jako hmotné prostředí, které je:
- homogenní (= fyzikální veličiny v každém objemovém elementu krystalu jsou konstantní)
- anizotropní (= závislost fyzikální vlastnosti na směru natočení krystalu)
- s ostrým bodem tání
- s definovaným chemickým složením
- s definovanými fyzikálními vlastnostmi.

Krystaly verdelitu, živce a křemene

Dnes se pod pojmem krystal rozumí trojrozměrně periodická atomová struktura a je zde třeba zdůraznit, že nejenom dobře vyvinutí jedinci ze světa minerálů patří mezi krystaly, ale i třeba slitiny kovů (skládají se z mikroskopických krystalových zrn, různě orientovaných) a krystalizovat lze i proteiny. Tedy při posuzování, zda je látka krystalická, není důležitý vnější tvar, ale vnitřní pravidelná struktura.

Krystalografie dnes se pohybuje na rozhraní fyziky, chemie, biologie, nauky o materiálech.