La cristallografia è la branca della mineralogia che studia le caratteristiche della struttura cristallina dei minerali e le modalità con cui questa si forma.
Un cristallo è un solido composto da atomi e molecole disposti geometricamente secondo una struttura di celle elementari che si ripetono in maniera regolare e ordinata formando il reticolo cristallino. Nella struttura di un cristallo si possono individuare le facce (le superfici piane che la delimitano), gli spigoli (i punti di incontro tra le facce), i vertici (punti di convergenza tra spigoli concorrenti), e gli angoli diedri (angoli formati dallo spazio convesso tra due facce).
La classificazione dei cristalli si basa sugli assi cristallografici e sugli elementi di simmetria. Gli assi cristallografici sono rette immaginarie la cui posizione forma tra loro angoli uguali a quelli formati da tre spigoli del cristallo. Il piano che, in un cristallo, taglia tutti gli assi cristallografici individuabili viene detto faccia fondamentale. Gli elementi di simmetria, invece, sono i tre operatori geometrici che regolano la disposizione di facce, vertici e spigoli del cristallo nella loro struttura geometrica. La simmetria della struttura cristallina si riscontra nella rotazione del cristallo intorno a una retta immaginaria detta asse di simmetria, che lo porta ad assumere una posizione identica a quella iniziale, nella riflessione del cristallo su una superficie, detta piano di simmetria, che lo attraversa dividendolo in due parti speculari, nella distanza dal centro di simmetria, un punto all’interno del cristallo rispetto al quale tutti gli elementi uguali (spigoli, angoli ecc.) si trovano a distanza uguale.
Per classificare i cristalli si analizzano innanzitutto le costanti di reticolo che ne caratterizzano la faccia fondamentale; la costante di reticolo (o parametro di reticolo o parametro di cella o costante cristallografica) è un valore costante che definisce la distanza tra celle unitarie in un reticolo cristallino. I reticoli nelle tre dimensioni hanno generalmente 3 costanti, indicate con le lettere a, b, c. Esse determinano la suddivisione dei cristalli in 3 gruppi, poi si verifica l’inclinazione degli assi cristallografici, che permette di suddividere ulteriormente i 3 gruppi in 7 sistemi, infine si utilizza la quantità di elementi di simmetria di ogni cristallo per individuare 32 classi all’interno dei 7 sistemi.
I gruppi sono:
- monometrico: i tre parametri sono uguali (a=b=c);
- dimetrico: vi sono due parametri uguali (a=b≠c);
- trimetrico: tutti e tre i parametri sono diversi tra loro (a≠b≠c).
Ai tre gruppi cristallini appartengono i seguenti sistemi cristallini:
- monometrico: cubico;
- dimetrico: esagonale, tetragonale, romboedrico;
- trimetrico: triclino, monoclino, ortorombico.
Cristallo esagonale
La cristallografia ha individuato tre leggi fondamentali che caratterizzano i cristalli:
- legge di Stenone o della costanza degli angoli (in tutti i cristalli della stessa sostanza gli angoli diedri formati dalle stesse due facce sono sempre uguali, a prescindere dall’abito cristallino, cioè dalla forma esterna assunta dal cristallo);
- legge della costanza della simmetria (tutti i cristalli di uno stesso minerale hanno lo stesso numero di elementi di simmetria a prescindere dall’abito cristallino);
- legge di Haüy o della razionalità degli indici (i rapporti fra i parametri che caratterizzano le facce di un cristallo sono numeri razionali, interi e piccoli).
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