Kristallirakenteisia

Kristallirakenteisia aineita ovat ne, joiden atomit, ionit tai molekyylit ovat järjestäytyneet säännöllisesti ja toistuvasti kolmiulotteisessa tilassa. Tämä pitkäjänteinen järjestys ilmenee kiteisen rakenteen muodossa, jossa pienin toistuva rakennusosa eli yksikkösolu määrittelee koko rakenteen geometrian ja symmetrian. Kristallirakenteisuus erottuu amorfisesta, jossa pitkäaikainen järjestys puuttuu.

Keskeisiä käsitteitä ovat yksikkösolu, Bravais-lattia ja tilakuvio (space group). Yksikkösolu on pienin toistuva rakennusosa, jonka toistuminen luo koko kristallin. Maailmassa on 14 Bravais-lattiaa ja 230 tilakuvioita (space groups) kuvaamaan kolmiulotteista symmetriaa.

Rakenteen geometria vaikuttaa moniin ominaisuuksiin. Sijainti ja symmetria määräävät mekaanisen lujuuden, lämmön- ja sähköjohtavuuden sekä optiset ominaisuudet. Lisäksi kristallirakenteet voivat muuttua tietyissä oloissa (polymorfia); lämpötilan tai paineen muuttuessa sama koostumus voi muodostaa toisella tavalla järjestäytyneen kiteen.

Rakenteen tutkiminen perustuu kokeellisiin menetelmiin kuten röntgendiffraktio (XRD) ja elektronideffraktio sekä neutronidiffraktio. Näiden avulla voidaan määrittää yksikkösolun parametrit, tilakuvio sekä atomien sijainnit ja epäpuhtaudet.

Esimerkkejä kristallirakenteisista aineista ovat natriumkloridi NaCl, kvartsin (SiO2), timantti (hiilen kristallinen muoto) sekä metallit kuten rauta ja alumiini. Eri rakenteet tuottavat erilaisia ominaisuuksia, mikä mahdollistaa sovellukset esimerkiksi elektroniikassa, rakennusmateriaaleissa ja katalyysissä.