Содержание
- Введение
- Представления древних греков о минералах и их строении
- Описательная кристаллография Плиния Старшего
- Кристаллография в средние века
- Открытие основных законов кристаллографии
- Решеточные модели кристаллов
- Открытие рентгеновских лучей
- Открытие дифракции рентгеновских лучей в кристаллах
- Геометрическая теория дифракции
Новый этап развития кристаллографии
Положение современной кристаллографии во многом напоминает ситуацию с математикой, методы которой используются в многочисленных и самых разнообразных дисциплинах. Следует подчеркнуть, что кристаллография – вполне самостоятельная наука. Как и каждая наука, она обладает уникальным, только ей присущим методом – применительно к кристаллографии это метод симметрии, который является общим методом познания закономерностей развития Земли, ее вещества. Один из наиболее важных законов кристаллографии был сформулирован французским ученым Николаем Стеноном.
Рис. 30. Французский ученый Нильс Стенсен (Николай Стенон или Николас Стено (1638 - 1686 ) [27.img].
В 1669 французский ученый Николай Стенон (рис. 30) исследовал кристаллы горного хрусталя. В развитии кристаллографии большую роль сыграл принцип, известный как «закон Стенона» или «закон постоянства углов», который утверждает, что углы между соответствующими гранями кристаллов одинаковы для всех экземпляров одного минерала при одинаковых условиях (температура и давление).
Дальнейший крупный вклад в развитие описательной кристаллографии внес Рене Жюст Аюи, французский ученый, который, в частности, открыл закон целых чисел (рациональности параметров): если за координатные оси OX, OY, OZ выбрать рёбра кристалла, то взаимные наклоны граней кристалла таковы, что отрезки, отсекаемые ими на осях координат, относятся как целые числа l, m, n, т. е. могут быть выражены как кратные некоторых осевых единиц а, b, с [29].
Рис. 31. Закон постоянства углов кристаллов (Стенон, 1669 г.). Соответственные грани кристаллов магнетита (а, б) и горного хрусталя (в, г) образуют друг с другом одинаковые углы. а, в - идеальные кристаллы; б, г - искаженные кристаллы.
Этот закон был назван его именем. Кроме того, Аюи разработал теорию убывания числа молекул в слоях, последовательно формирующих кристалл [28]
К значительнейшим исследованиям Рене Жюста Аюи относится и открытие зако-на симметрии, состоящего в том, что при изменении формы кристалла через комбинацию с другими формами все однородные части, ребра, углы, плоскости всегда изменяются одновременно и одинаковым образом. Для обозначения комбинаций Аюи придумал собственную, довольно пространную, теперь более не употребляемую, номенклатуру [30].
Рис. 32. Аюи, Гаюи (Наéу) Рене Жюст(1743-1822) [28.img]
Решеточные модели кристаллов
Начало геометрической теории структуры кристаллов положил французский кристаллограф Огюст Браве (рис. 33.):
Рис. 33. Браве (Bravais) Огюст (28.8.1811, Анноне, - 30.3.1863, Версаль), французский кристаллограф, член Парижской АН (1854), профессор политехнической школы в Париже. [29.img]
он нашёл (1848 г.) основные виды пространственных решёток и высказал гипотезу о том, что они построены из закономерно расположенных в пространстве точек. С узлами этих решеток Браве связал центры молекул кристалличе-ских тел. Он ввел представление о ретикулярной плотности грани как о числе узлов, содержащихся в единице ее поверхности, а также сформулировал закон, носящий его имя: грани, наиболее часто образующиеся на кристалле в процессе кристаллизации, обладают наиболее значительными ретикулярными плотностями [31].
Из российских ученых в области кристаллографии активно работал Евграф Степанович Фёдоров (рис. 34).
Рис. 34. Федоров Евграф Степанович (10.12.1853, Оренбург, - 21.5.1919, Петроград) [30.img].
Евграф Степанович Фёдоров родился в семье военного инженера. Окончил в 1872 Военно-инженерное училище. В 1880, заинтересовавшись кристаллографией, поступил в Горный институт в Петербурге (окончил в 1883). Работая с 1885 в Геологическом комитете, проводил геологические исследования Северного Урала (1885–90). В 1894 был горным инженером на Турьинских рудниках Урала. К работе над своим первым большим трудом "Начала учения о фигурах" (1885) приступил в возрасте 16 лет. Этот фундаментальный труд содержал идеи большинства последующих открытий Федорова в геометрии и кристаллографии. В 1885–90 гг. он выполнил серию работ по структуре и симметрии кристаллов, завершившуюся классическим трудом "Симметрия правильных систем фигур" (1890). Параллельно с разработкой фундаментальных вопросов кристаллографии Федоров работал над созданием универсального теодолитного метода в гониометрии и кристаллооптике. В 1889г. предложил проект двухкружного (теодолитного) гониометра для измерения углов на кристаллах, а также новый способ изображения кристаллов при помощи стереографической сетки. В 1891г. он изобрёл универсальный оптический столик (столик Федорова, рис. 35), ый дал возможность рассматривать под микроскопом кристалл по различным направлениям и производить измерения его оптических констант. Универсальный теодолитный метод был впервые описан Федоров в монографии "Теодолитный метод в минералогии и петрографии" (1893 г.) и завоевал признание во всём мире. В 1890 г Евграф Степанович Федоров (1853-1919) и почти одновременно и независимо от него немецкий математик Артур Шенфлис (1853-1928) вывели 230 пространственных групп - 230 геометрических законов, которым должно подчиняться расположение частиц в кристаллических структурах.
Рис. 35. Столик Федорова [31.img]
Более поздние его работы в области кристаллографии посвящены разработке кристал-лохимического анализа – метода определения состава кристаллических веществ по результатам гониометрических исследований. Работы по кристаллографии обобщены им в "Курсах кристаллографии" (1891, 1897, 1901) [32].
