Κρυσταλλικότητα

Η κρυσταλλικότητα (αγγλ. crystallinity) χημική ιδιότητα που δηλώνει το βαθμό δομικής τάξης σε ένα στερεό. Μετριέται στα στερεά ή τα συνθετικά πολυμερή με τον λεγόμενο, βαθμό κρυσταλλικότητας.

Γενικά στοιχεία

Σε έναν κρύσταλλο, τα άτομα ή τα μόρια διατάσσονται με τακτικό, συνήθως περιοδικό τρόπο. Ο βαθμός κρυσταλλικότητας επηρεάζει σημαντικά τη σκληρότητα, την πυκνότητα, την αγωγιμότητα και τη διάχυση. Σε ένα ιδανικό αέριο, οι σχετικές θέσεις των ατόμων ή των μορίων είναι εντελώς τυχαίες.

Άμορφα υλικά, όπως λ.χ. υγρά και γυαλιά (ύαλοι) αντιπροσωπεύουν μια ενδιάμεση κατηγορία, όπου μοριακά υπάρχει μία σχετική τάξη, σε μικρές όμως αποστάσεις (ατομικές ή μοριακές αποστάσεις) αλλά όχι σε μεγαλύτερες αποστάσεις.

Κρυσταλλικά και άμορφα

Όλα τα υλικά, με κριτήριο την κρυσταλλικότητα, διαχωρίζονται σε κρυσταλλικά υλικά και σε άμορφα υλικά.

Μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, το τέλειο κρυσταλλικό υλικό.

Τυχαία, ένα στερεό απαρτίζεται από ένα ομοιογενές μίγμα ιεραρχημένων κρυσταλλικών περιοχών (ordered crystals) και τυχαίως δομημένων άμορφων περιοχών (amorphous regions), πάντα σε μοριακό επίπεδο. Το μήκος των μορίων είναι σημαντικά πιο μεγάλο από το μήκος των κρυστάλλων.

Πολλά υλικά, όπως λ.χ. τα υαλοκεραμικά και μερικά πολυμερή, μπορούν να παρασκευαστούν με τέτοιο τρόπο, ώστε να παραχθούν ως ένα μείγμα και κρυσταλλικών και άμορφων περιοχών. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η κρυσταλλικότητα συνήθως προσδιορίζεται ως ποσοστό του όγκου του υλικού που είναι κρυσταλλικό (π.χ. ο όρος 70% κρυσταλλικότητα, σημαίνει ότι το 30% του όγκου παραμένει σε μία άμορφη μορφή).

Ακόμα και σε υλικά που είναι σχεδόν πλήρως κρυσταλλικά, είναι δυνατόν ο βαθμός δομικής τελειότητας να ποικίλει.

Για παράδειγμα, τα περισσότερα μεταλλικά κράματα είναι κρυσταλλικά, αλλά συνήθως περιλαμβάνουν πολλές κρυσταλλικές περιοχές (γνωστές ως κρυσταλλίτες) σε διάφορους προσανατολισμούς που έχουν διεπιφανειακό διαχωρισμό δύο εφαπτόμενων κόκκων. Τεχνικά, κρυσταλλίτες είναι εκείνα τα κρυσταλλικά τμήματα, τα οποία είναι συνήθως το αποτέλεσμα της τοποθέτησης των αλυσίδων με δομή ζικ-ζακ της μιας κοντά και παράλληλα της άλλης αλυσίδας.

Επιπλέον, περιέχουν άλλα κρυσταλλογραφικά ελαττώματα που μειώνουν το βαθμό δομικής τελειότητας. Οι πιο τέλειοι κρύσταλλοι -σήμερα- δημιουργούνται από πυρίτιο και προορίζονται για ηλεκτρονικά ημιαγωγών. Είναι μεγάλοι, μονοκρυσταλλικοί κρύσταλλοι (κατά συνέπεια δεν έχουν όρια κόκκων), είναι απαλλαγμένοι από χημικές εξάρσεις και έχουν ελεγχθεί με ακρίβεια τυχόν ελαττώματα σε επίπεδο ατόμων.

Προσδιορισμός

Η κρυσταλλικότητα μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης και θερμιδομετρικές τεχνικές.