Kristallografie

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek

Kristallografie is die wetenskap van die kristalle, hul fases, vorme, simmetrieë en strukture.

Die meeste vastestowwe is kristallyn en het 'n geordende kristalrooster, 'n reëlmatige struktuur met translasiesimmetrie wat dikwels ook rotasiesimmetrie besit. Hierdie simmetrie kan beskryf word met een van die 230 wiskundige ruimtegroepe. Daar bestaan ook vastestowwe wat geen kristalrooster het nie. Hulle struktuur is nie reëlmatig gerangskik nie en hulle word amorfe vastestowwe genoem.

Anisotropie[wysig | wysig bron]

In vloeistowwe of amorfe vastestowwe is eienskappe in alle rigtings dieselfde. Hierdie materiale is isotroop. Die kristalsimmetrie is altyd laer als 'n ewekansige bolsimmetrie. 'n Kristalliet het daardeur bepaalde rigtings waarin sy eienskappe anders is as in ander rigtings. Die word anisotropie genoem.

Kristalgroei[wysig | wysig bron]

Polikristallyne materiale[wysig | wysig bron]

'n Polikristallyne materiaal

'n Kristallyne materiaal bestaan meestal uit talle mikroskopiese kristalliete. Elke kristalliet het sy eie rangskikking maar die klomp materiaal -byvoorbeeld 'n stuk yster of 'n ysblokkie- kan sy eie vorm het wat nie die simmetrie van die indiwiduele kristalliete verraai nie. Kristalliete vorm deur 'n groeiproses, byvoorbeeld uit 'n oplossing of uit 'n gesmelte stof wat afgekoel word. Dikwels is daar talle groeikerne wat almal groei totdat hulle mekaar raak. Dit gee 'n polikristallyne stof met talle klein kristalliete as resultaat, wat in sy geheel isotroop kan wees, indien die kristalliete ewekansig oor alle rigtings verdeel is. Die kristalliete se rigtings hoef egter nie heeltemal ewekansig te wees, daar kan nog voorkeuroriëntasie bestaan. Ewekansigheid kan egter bereik word deur die materiaal te poeier. 'n Poeier is meestal isotroop tensy die poeierdeeltjies sterk naaldvormig is of uit vesels of plaatjies bestaan.

Kristalle[wysig | wysig bron]

'n Oktaëdriese fluorietkristal. (CaF2)

Indien egter een kristalkern vryelik kan groei kan dit 'n kristal word wat sentimeters of selfs meters groot kan word. Die groei is dikwels nie perfek nie en die groot kristal kan in der waarheid uit twee of meer tweelinge of meerlinge bestaan. Onder besondere omstandighede kan 'n eenkristal verkry word waarin daar net een onversteurde kristalrooster teenwoordig is. Groot kristalle wat in die natuur gevind word of sinteties vervaardig word, het dikwels 'n vorm wat toon watter inwendige rotasiesimmetrie hulle besit. Indien hierdie simmetrie kubies is, het kristalle dikwels 'n oktaëdriese of kubiese vorm. Heksagonale of tetragonale simmetrie gee dikwels naaldjies of plaatjies met 'n seshoekige of vierkante omtrek.

Tegnieke[wysig | wysig bron]

Kristalgroei kan onder verskeie omstandighede optree en daar is party tegnieke om kristalle te vervaardig.

  1. Groei uit oplossings
    1. Termies: Die oplosbaarheid van 'n stof in 'n oplosmiddel hang van die temperatuur af. By hoër temperature is die oplosbaarheid groter, hoewel daar ook uitsonderings op hierdie reël is.
      1. Herkirstallisasie: 'n By hoë temperature versadigde oplossing word afgekoel waardeur dit oorversadig word en kristalle groei wat suiwerder is as die uitgangstof.
    2. Deur verdamping: Indien die oplosmiddel vlugtig is en geleidelik verdamp sal ook 'n oorversadiging ontstaan en kan kirstallisasie optree.
    3. Deur osmose: Indien die oplossing blootgestel word aan 'n oplossing met hoër osmotiese druk aan die ander kant van 'n halfdeurlatende vlies sal oplosmiddel geleidelik verdwyn en oorversadiging bereik word
  2. Groei uit gasfase
    1. Sublimasie en deposisie is 'n ander suiweringsmetode
    2. Chemiese transport: 'n Temperatuurgradiënt veroorsaak 'n verskuiwing in die ligging van 'n chemiese ewewig waardeur materiaal deur die gasfase van die een temperatuur na die ander vervoer word en daar kristalliseer
  3. Groei uit 'n smelt: Indien 'n kongruent smeltende stof gesmelt word en weer afgekoel sal dit gewoonlik kristalliseer, hoewel dit gewoonlik onder sy smeltpunt onderkoel moet word. Daar is party techieke wat hierop gebaseer is:
    1. Sonesmelting
    2. Bridgman-tegniek
    3. Czochralski-tegniek

Optiese kristallografie[wysig | wysig bron]

Die studie van die optiese eienskappe van kristalle is 'n belangrike deel van die kristallografie.

Optiese navorsing is veral belangrik as onderdeel van die mineralogie en die identifikasie van minerale. Dit kan help om die kristalstelsel van die mineraal te bepaal

Mikroskopie[wysig | wysig bron]

Groeiende kristalle van vitamien C onder gekruisde polariseerders

'n Petrografiese mikroskoop ('n ligmikroskoop met gepolariseerde lig) word dikwels hiervoor aangewend. Dit bevat twee polariseerders waarvan die rigting loodreg aan mekaar is. Dit word gekruisde polariseerders genoem. Sonder kristallyne monster sal daardeur die optiese pad donker lyk. Indien die monster dubbelbrekend verander die polarisasierigting van lig wat deur die kristal gaan en sal dit die oogstuk bereik. Omdat dit vir die een golflengte van die lig anders kan wees as vir 'n ander een, ontstaan soms kleurvolle beelde.

Isotrope materiale soos vloeistof of glas is nie dubbelbrekend nie en dit geld ook vir kubiese kristalle. Kristalle van nie-kubiese kristalle is dit wel. 'n Ander eienskap wat bepaal kan word is of die kristal een- of tweeassig is. 'n Kristal se kristalstelsel kan daarmee gedeeltelik bepaal word:[1]

Kristalstelsel Dubbelbreking
Kubies Geen
Tetragonaal Eenassig
Heksagonaal Eenassig
Ortorombies Tweeassig
Monoklinies Tweeassig
Triklinies Tweeassig

'n Ander belangrike kenmerk van 'n kristal is die hoeke wat die kristalvlakke met mekaar vorm. Vir tetragonale kristalle is dit dikwels 90 grade, terwyl dit byvoorbeeld vir heksagonaal dikwels 60 of 120 grade sal wees.

Sien ook[wysig | wysig bron]

Verwysings[wysig | wysig bron]