kristallografie

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie
Spring naar navigatie Spring naar zoeken

De kristallografie (alternatieve spelling kristallografie) of kristal wetenschap de wetenschap van de kristallen , de structuur, de opstelling en de productie en de eigenschappen en mogelijke toepassingen.

Geschiedenis van de kristallografie

De eerste benaderingen voor een systematische registratie van mineralen zijn te vinden in Theophrastus van Eresos (371–287 v. Chr.) en vooral de kristallen in het werk Naturalis historia van Plinius de Oudere (26–79 n. kristalgewoonte en beschrijft de extreme hardheid van diamanten . In zijn boek De natura fossilium , gepubliceerd in 1546, classificeert Georgius Agricola mineralen op basis van hun fysieke eigenschappen en geeft commentaar op hun geometrische vormen. In zijn analyse van de structuur van de zeshoekige sneeuwvlokken in zijn werk Strena seu de nive sexangula 1611 kwam Johannes Kepler tot het zogenaamde Kepler-vermoeden , dat de best mogelijke pakking van bollen bevat.

De eerste wetenschappelijke studies over kristallen hadden betrekking op hun uiterlijke vorm en hun geometrische eigenschappen. Zo ontdekte Nicolaus Steno in 1669 de wet van de hoek Konstanz , die beweerde dat de hoek tussen dezelfde kristallografische gebieden van dezelfde mineralen altijd even groot is. [1] René-Just Haüy formuleerde in 1801 de " Wet van afname " en de " Wet van Symmetrie "; hij was de eerste die het begrip symmetrie in een formele definitie in de kristallografie introduceerde.

De groepentheorie die halverwege de 19e eeuw werd ontwikkeld, werd snel overgenomen door kristallografen. Na voorbereidend werk van Leonhard Sohncke ( Sohncke-ruimtegroepen , 1876), slaagden Arthur Moritz Schoenflies en Jewgraf Stepanowitsch Fjodorow erin om in 1890/91 alle 230 kristallografische ruimtegroepen af ​​te leiden .

Max von Laue kon in 1912 bewijzen dat kristallen periodiek driedimensionaal opgebouwd zijn met behulp van röntgendiffractie . De bepaling van de structuren van eenvoudige anorganische kristallen zoals natriumchloride (NaCl) werd al snel uitgevoerd door William Henry Bragg en William Lawrence Bragg . In de volgende decennia maakte deze methode de opheldering van de kristalstructuur van deoxyribonucleïnezuur door Rosalind Franklin , James Watson en Francis Crick (1953) en die van insuline door Dorothy Crowfoot Hodgkin (1969), evenals de ontdekking van vijfvoudige symmetrieassen ( quasikristal ) in een snel gekoelde -Manganese aluminium legering door Daniel Shechtman en medewerkers (1984).

Het jaar 2014 is door de VN uitgeroepen tot het Internationale Jaar van de Kristallografie . [2] Het belang van kristallografie blijkt uit het feit dat voor baanbrekende vooruitgang in kristallografische technieken en de daarmee samenhangende inkomsten verre 29 Nobelprijzen werden toegekend. [3]

onderzoeksobject

Historisch gezien is kristallografie een tak van de mineralogie waaruit het is voortgekomen. Kristallen als materialen kunnen onderwerp van onderzoek zijn. In die zin is kristallografie een materiaalwetenschap die de fysische en chemische parameters van kristallen bepaalt en de fysisch-chemische processen bestudeert die daarin plaatsvinden. De onderzochte kristallen kunnen van natuurlijke ( mineralen ) of synthetische ( bijvoorbeeld keramiek , metalen , gekweekte kristallen van organische moleculen of biologische macromoleculen) van oorsprong zijn. Met andere woorden, het kunnen anorganische of organische stoffen zijn, inclusief biologische macromoleculen zoals eiwitten . Een belangrijk onderdeel van kristallografie is kristalstructuuranalyse , waarmee de atomaire structuur van de kristallen wordt onderzocht. Naast de structuur en pakking van de atomen en moleculen in het kristal, die de fysisch-chemische eigenschappen van het kristallijne materiaal bepalen, worden ook de samenstelling , stereochemie en conformatie van moleculen in het kristal geanalyseerd. Deze methode is daarom ook van groot belang in de chemie , biochemie en structurele biologie van moleculaire verbindingen en complexe verbindingen , ook als de kristallijne toestand of de structuur in de vaste toestand niet van belang is voor onderzoek.

Onderzoeksmethoden

Een goniometer met twee cirkels voor het meten van de kristalhoek. De leesnauwkeurigheid op de gedeeltelijke cirkels is beter dan een boogminuut

Methoden van geometrische optica zoals reflectiegoniometrie worden gebruikt om de vorm van kristallen te onderzoeken, waarbij de reflectiehoek van het licht wordt gebruikt om de positie van een kristaloppervlak in de ruimte te bepalen. Een standaardmethode voor het bepalen van de optische eigenschappen van kristallen ( lichtbreking , dubbele breking , pleochroïsme , bireflectie , anisotropie-effecten ) is polarisatiemicroscopie , waarbij gebruik wordt gemaakt van de bevindingen van golfoptica . Met behulp van de universele draaitafel , ook bekend als Fyodorow tafel , die een aanvulling op de polariserende microscoop, kan de oriëntatie van de kristallen bevat wordt bepaald door het roteren vrij het monster in alle richtingen.

Tegenwoordig is röntgendiffractie de standaardmethode voor het bepalen van kristalstructuren, hoewel er nu andere methoden zijn, zoals neutronendiffractie . Terwijl diffractiemethoden informatie verschaffen over de structuur van het kristal als geheel, maakt spectroscopie het mogelijk om de nabije omgeving van individuele atomen te onderzoeken. Met methoden als IR-spectroscopie , Raman-spectroscopie , elektronenspinresonantie en kernmagnetische resonantie kan het coördinatiegetal van individuele atomen worden bepaald en de inbouw van vreemde atomen worden gedetecteerd.

Subdisciplines

IJskristallen vormen zich wanneer de luchtvochtigheid hoog is en de temperatuur laag
geometrische kristallografie
Fysisch-chemische kristallografie
Technische kristallografie

studie

In Duitsland zou kristallografie als zelfstandig vak en als vak in de cursus mineralogie kunnen worden bestudeerd. Na de fusie met geologie en geofysica zal kristallografische leerinhoud worden bijgebracht in de nieuwe gezamenlijke bachelor- en masteropleidingen " Geowetenschappen ". In Zwitserland is er een aparte cursus kristallografie; dat was er ook in de DDR . Afgestudeerden van deze cursussen hebben de academische graad "Diplom-Kristalllograph". Ook colleges over kristallografie maken deel uit van de vakken natuurkunde , scheikunde , materiaalkunde en materiaalkunde .

literatuur

  • Walter Borchardt-Ott, Heidrun Sowa: Kristallografie: een inleiding voor natuurwetenschappers . 8e, gecorrigeerde en bijgewerkte druk, Springer, Berlijn 2012, ISBN 978-3-642-34810-5 (eerste druk: Kristallografie: een inleiding voor natuurwetenschappers (= Heidelberger Taschenbücher , volume 180)). Springer, Berlijn / Heidelberg / New York, NY 1976, ISBN 3-540-07771-5 .
  • Will Kleber , Hans-Joachim Bautsch , Joachim Bohm , Detlef Klimm : Inleiding tot kristallografie . 19e verbeterde editie, Oldenbourg, München 2010, ISBN 978-3-486-59075-3 .
  • Historische atlas van kristallografie , uitgegeven door José Lima-de-Faria (1990). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, Boston, Londen ISBN 0-7923-0649-X
  • Tijdschrift voor kristallografie . Internationaal tijdschrift voor structurele, fysische en chemische aspecten van kristallijne materialen , Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München ISSN 0044-2968

Individueel bewijs

  1. Hans Seifert: Nicolaus Steno als pionier van de moderne kristallografie. In: Sudhoffs Archiv 38, 1954, blz. 29-47.
  2. Internationaal jaar van de kristallografie ( Memento van het origineel van 26 maart 2014 in het internetarchief ) Info: De archieflink is automatisch ingevoegd en is nog niet gecontroleerd. Controleer de originele en archieflink volgens de instructies en verwijder deze melding. @ 1 @ 2 Sjabloon: Webachiv / IABot / www.iycr2014.de
  3. Internationale Unie van CRYSTALLOGRAPHY

web links

WikiWoordenboek: Crystallography - uitleg van betekenissen, woordoorsprong, synoniemen, vertalingen
Commons : Kristallografie - verzameling van afbeeldingen, video's en audiobestanden