Κρυσταλλογραφία

Τα υλικά σώματα ανάλογα με το πόσο εύκολα μεταβάλλεται το σχήμα και το μέγεθός τους, χωρίζονται σε τρεις βασικές καταστάσεις της ύλης: την στερεά, την υγρή και την αέρια. Η κατάσταση στην οποία θα βρεθεί ένα σώμα εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση του περιβάλλοντός του. Σε γενικές γραμμές τα στερεά σώματα χαρακτηρίζονται από καθορισμένο όγκο και σχήμα. Τα υγρά έχουν κι αυτά συγκεκριμένο όγκο, όχι όμως και σχήμα, το οποίο καθορίζεται από το σχήμα του δοχείου στο οποίο περιέχονται. Τέλος τα αέρια σώματα χαρακτηρίζονται από μεταβλητό όγκο και σχήμα. Πιο συγκεκριμένα, παίρνουν το σχήμα και τον όγκο του δοχείου στο οποίο περιέχονται.

Η σύγχρονη επιστήμη διαπίστωσε ότι το σχήμα και το μέγεθος δεν δύναται να καθορίσει επαρκώς την κατάσταση των υλικών σωμάτων, διότι ανακαλύφθηκαν σώματα που παρουσίαζαν μεικτά χαρακτηριστικά. Έτσι στην κατάσταση των υλικών σωμάτων δεν εξετάζουμε μόνο τον τρόπο που μεταβάλλεται το σχήμα και ο όγκος τους, αλλά εξετάζουμε και τα δομικά τους μόρια. Δηλαδή την φυσικοχημική κατάσταση των δομικών τους μονάδων και τον τρόπο που συνδέονται.

Εκτός των τριών βασικών καταστάσεων της ύλης (στερεό, υγρό, αέριο) έχουμε το πλάσμα, τους υγρούς κρυστάλλους, τα κολλοειδή και τις υπόλοιπες μορφές που ανακαλύπτει ή υποθέτει η φυσική ( υλικό των αστέρων νετρονίων και της μαύρης τρύπας, η σκοτεινή ύλη κ.α.).

Τόσο στη φυσική όσο και στη χημεία πλάσμα ονομάζουμε ένα σώμα το οποίο δεν έχει συγκεκριμένο όγκο και σχήμα όπως τα αέρια δηλαδή. Όμως επειδή αυτό συνίσταται από ηλεκτρικά φορτισμένα ατομικά σωματίδια (ιόντα και ηλεκτρόνια) σε ελεύθερη μορφή, έχει ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες που δεν παρουσιάζουν τα συνήθη αέρια σώματα. Πλάσμα συναντάτε στους αστέρες, στο μεσοαστρικό χώρο και στους κεραυνούς.

Ο υγρός κρύσταλλος είναι ενδιάμεση φάση μεταξύ κρυσταλλικού στερεού και υγρού. Οι υγροί κρύσταλλοι είναι ρευστά τα οποία χαρακτηρίζονται από ανισοτροπία στις φυσικές ιδιότητες και στην μοριακή τάξη τους. Παρουσιάζουν όμως κάποια τάξη μοριακών προσανατολισμών ή θέσεων, τουλάχιστον σε μία διεύθυνση. Αυτό σαν συνέπεια να επηρεάζουν τις διερχόμενες απ΄ αυτά φωτεινές ακτίνες. Έτσι βρίσκουν εφαρμογές στις οθόνες που χρησιμοποιούνται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, στους τηλεοπτικούς δέκτες, στις συσκευές κινητής τηλεφωνίας κ.α.

Κολλοειδή είναι τα ομογενή μίγμα που περιέχουν μικροσκοπικά σωματίδια μιας χημικής ουσίας ομοιόμορφα διασκορπισμένα μέσα σε μια άλλη και που παραμένουν μη αναμίξιμα. Τα κολλοειδή παρουσιάζουν ιδιότητες και συμπεριφορές που δεν απαντούν στις τρεις σύνηθες καταστάσεις της ύλης. Παράδειγμα κολλοειδούς σώματος είναι ο καπνός, στον οποίο στερεές φάσεις είναι διασκορπισμένες μέσα σε αέριο σώμα.

Ακριβώς αυτό συμβαίνει και με τους κρυστάλλους, αποτελούν μια διαφορετική δική τους κατάσταση της ύλης, που δεν ταυτίζεται με τα υπόλοιπα στερεά σώματα. Στους κρυστάλλους τα δομικά υλικά κατέχουν αυστηρά καθορισμένες θέσεις στον χώρο που υπακούν σε συγκεκριμένους κανόνες συμμετρίας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα οι κρύσταλλοι εξωτερικά να απαντούν με την μορφή κυρτών γεωμετρικών πολυέδρων. Επίσης οι κρύσταλλοι παρουσιάζουν κάποιες φυσικές ιδιότητες που δεν θα τις συναντήσουμε σε κανένα άλλο φυσικό στερεό σώμα. Όπως η ασυνεχώς μεταβαλλόμενη διανυσματική ιδιότητα του σχισμού, ο πλεοχρωισμός, η γραμμική πόλωση του φωτός, η διπλή διάθλαση, πιεζοηλεκτρικά και θερμοηλεκτρικά φαινόμενα και τέλος ο νόμος της συμμετρίας. Εκείνο που χαρακτηρίζει τους κρυστάλλους δεν είναι το γεωμετρικό τους σχήμα, διότι αυτό εξαρτάται από τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, αλλά η συμμετρία τους η οποία μένει σταθερή.