cristallografia

Scienza delle sostanze cristalline. Il suo svolgimento storico è direttamente collegato a quello della mineralogia, con la quale anzi per un certo periodo si è persino identificata.

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, 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 17° sec.; nel 18° sec., 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 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. 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 R.-J. 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 nelle seguenti parti: c. fisica, c. strutturale, che si riferisce allo studio di tutti i problemi che riguardano la struttura intima dei cristalli, c. morfologica, cristallochimica, o c. chimica, volta alle proprietà chimiche e chimico-fisiche dei cristalli. Quest’ultima tratta delle relazioni che passano fra dette proprietà e la struttura reticolare, e dei rapporti tra costituzione chimica e struttura. Può considerarsi vicendevolmente complementare con la c. nei due aspetti, morfologico, relativo allo studio delle proprietà geometriche dei cristalli macroscopicamente poliedrici, e strutturale, relativo alla struttura intima, e con la cristallofisica. Infatti, qualsiasi ipotesi sulla natura del legame chimico in un cristallo non può prescindere da un lato dalla conoscenza delle proprietà fisiche di questo e, dall’altro, dalla conoscenza del modello stereochimico della sostanza, cioè della distribuzione degli atomi e dell’orientamento dei legami nello spazio. A tale modello si giunge generalmente attraverso l’impiego dei raggi X che possono produrre l’immagine tridimensionale o la proiezione dei cristalli. Dal modello è possibile con calcoli, anche molto complessi, ricavare le distanze interatomiche, le distanze di legame e gli angoli di valenza, gli angoli cioè fra le direzioni di legami diversi relativi allo stesso atomo; si passa, poi, allo studio dei poliedri di coordinazione e del loro collegamento nello spazio. Dall’insieme di tutte queste informazioni si possono ricavare importanti notizie circa i legami nel cristallo, giungendo in base a essi a una classificazione a seconda del tipo di legame prevalente (ionico, covalente, molecolare, metallico) e di unità che assicura la coesione (ione, atomo, molecola), del grado di compattezza, del valore della durezza e del punto di fusione.