cristallografia

cristallografia

cristallografìa [Comp. di cristallo e -grafia] [FSD] Scienza delle sostanze cristalline il cui svolgimento storico è direttamente collegato a quello della mineralogia, con la quale anzi per un certo periodo si è persino identificata, dal momento in cui questa disciplina cominciò a staccarsi dalla geologia. Gli antichi naturalisti considerarono le pietre angolate, oggi dette cristalli, e le pietre figurate, oggi dette fossili, alla stessa stregua. Scoperta nei fossili la struttura di esseri organizzati e riconosciutane la loro vera natura, nacque la credenza, poggiata sull'autorità di Teofrasto, allievo di Aristotele, che anche i cristalli si riproducessero per semi come gli animali e le piante. La confusione fra corpi bruti e corpi organizzati continuò a prevalere per quasi tutto il sec. 17°; nel sec. 18°, mentre da una parte si delineava sempre più netta la separazione delle pietre angolate dalle piante e dagli animali, dall'altra s'accresceva l'interesse per l'osservazione e la descrizione delle loro forme anche indipendentemente da ogni presupposto sulla loro natura. Si ebbero così vari tentativi di sistematizzazione, tutti condotti però empiricamente e sotto i più diversi punti di vista. La c., intesa come scienza delle forme cristalline, si può dire che ebbe inizio quando G.-B.-L. Romé de l'Isle, introdotto l'uso del goniometro d'applicazione da lui stesso ideato, diede una classificazione dei corpi cristallizzati, naturali e artificiali, basata su un rigoroso metodo d'osservazione e di sperimentazione. La sua opera Essai de cristallographie (1772) è la prima nella quale il termine cristallo viene usato con il significato odierno e rappresenta un progresso tale che giustamente egli è considerato come fondatore della c. morfologica, insieme all'a-bate R.-J. Haüy, cui si deve la scoperta della seconda legge della c., quella cosiddetta della razionalità degli indici (v. cristallo: II 49 b). Riconosciuto che le sostanze cristalline rappresentano un particolare stato della materia, s'indagò sui rapporti fra morfologia e proprietà fisiche e chimiche dei cristalli, naturali o artificiali che fossero. Si ebbero così le prime ricerche di Haüy sulle proprietà elettriche (piroelettricità) cui seguirono quelle di molti altri (E.R. Riess, C. Rose, P. Curie, ecc.) sullo stesso argomento; quelle di J.-B. Biot sulla distinzione dei cristalli monoassici dai biassici a mezzo della luce polarizzata, che J.-F.-D. Arago (1810) e D. Brewster (1811) avevano utilizzata per l'identificazione delle sostanze birifrangenti. A queste si aggiunsero poi tutte le altre ricerche relative alle proprietà che formano oggetto della c. fisica e che oggi costituiscono gran parte della fisica dei solidi. Così, la c. si è venuta dividendo nella ora detta c. fisica, nella c. strutturale, o morfologica, che si riferisce allo studio di tutti i problemi che riguardano la struttura intima dei cristalli, e nella c. chimica, o cristallochimica, volta alle proprietà chimiche dei cristalli. Il formalismo nel quale sono oggi trattate le questioni attinenti alla c. morfologica in termini strettamente fisici è descritto nella voce cristallo (v. II 47 a); qui di seguito ricorderemo l'impostazione tradizionale delle dette questioni (nella sostanza, identica a quella attuale), che ha dato origine a una terminologia che è ancora quella usata in vari ambiti (mineralogici, chimici, ecc.) al di fuori della fisica dei solidi; la tabella dà il ragguaglio tra termini tradizionalie simboli attuali. Alla base di tutto v'è la constatazione che la forma poliedrica dei c. non è casuale, ma conseguenza del fatto che la velocità d'accrescimento nelle sostanze cristalline si manifesta come proprietà anisotropa discontinua, cioè con valori non uguali in tutte le direzioni ma variabili in modo discontinuo; l'insieme delle facce necessariamente e fisicamente equivalenti dal punto di vista dell'accrescimento costituiscono una forma semplice. Le direzioni di uguale velocità di accrescimento possono essere distribuite nell'individuo cristallino con o senza periodicità rispetto a determinati elementi. Per ricavare le forme semplici dei c. si sono dovuti anzitutto stabilire gli elementi di periodicità, cioè di simmetria, compatibili con lo stato cristallino e le loro possibili combinazioni. Nel passato si sono identificati come elementi di simmetria possibili: assi giri, An, con n=2, 3, 4, 6 (asse, rispettiv., digiro o binario, trigiro o ternario, tetragiro o quaternario, esagiro o senario), corrispondenti a rotazioni di 2π/n rad; assi giroidi A(n), con n=6 (esagiroide), 4 (tetragiroide), 2 (digiroide, che corrisponde al centro di simmetria); piano di simmetria P. Con questi elementi si formano 32 diverse combinazioni che costituiscono i 32 gradi di simmetria possibili nei cristalli , fra i quali è compreso anche quello che non ammette altro elemento che l'identità Al, comune a ogni corpo simmetrico (o no). Definiti i gradi di simmetria, le forme semplici sono state dedotte eseguendo tutte le operazioni indicate per ciascuno di essi per ogni possibile giacitura d'un piano; l'insieme delle forme compatibili per ogni grado di simmetria costituisce una classe di simmetria; queste, che hanno una propria denomin. e un proprio simb., si suddividono in forme semplici e si raggruppano in sistemi, a loro volta raggruppati nelle partizioni monometrico, dimetrico e trimetrico: per tutto ciò, si rinvia alla tabella. Ulteriori considerazioni di simmetria interna alle forme semplici portavano a identificare in tutto 230 gradi di simmetria e corrispondenti 230 gruppi spaziali diversi. Come già detto, questi stessi risultati sono esprimibili attualmente in termini di simmetria, come descritto in cristallo (II da 48 a 55), con la sostituzione di simb. numerici alla precedente terminologia morfologica. ◆ [FNC] C. magnetica: quella che rappresenta l'ordinamento spaziale dei momenti magnetici di dominio in sostanze ferro-, ferri- o antiferromagnetiche (per es., v. neutroni, diffrazione dei: IV 165 b).