Története

A XVIII. sz. második felében a svéd I. Bergmann figyelte meg elsőnek, hogy a kalcit és a kősó ütésre, az ezekre jellemző poliéderekre, "ütési idomokra" hullik. Ennek alapján vezette be R. J. Haüy 1784-ben az ún. dekreszcencia elvet, minek alapján a kristály hézag nélküli, kontinuális illeszkedésű poliéderekből áll, melyek irányoktól függő elrendeződése eredményezi a különböző kristályformákat (33. ábra).

33. ábra. Haüy elképzelése a kristályok felépüléséről

Az elemi cella fogalmát A. Bravais vezette be, mint a kristályrács legkisebb részletét a térrács jellemzésére.
Az elemi cella a kristályrácsnak az a legkisebb része, amelyen belül azonos helyzetű (identikus) tömegpontok nem ismétlődnek (34. ábra).

 34. ábra. Az elemi cella és a kristályrács viszonya

Az elemi cellát a tömegpontok 3 legrövidebb transzlációs távolságával, az elemi cella élhosszaival jellemezhetjük.
Az elemi cellákon belül 4 alaptípust különíthetünk el:

a., A tömegpontok a cella csúcsain helyezkednek el: egyszerű

b., A tömegpontok a cella csúcsain és a cella alap, ill. felső lapjának közepén

helyezkednek el: alaplapon centrált.

c., A tömegpontok a cella csúcsain és a cella térközepén helyezkednek el: tércentrált.

d., A tömegpontok a cella csúcsain és valamennyi lapjának közepén helyezkednek el: minden lapon centrált, vagy lapcentrált (35. ábra).

Bravais elméleti megfontolások alapján jutott arra a következtetésre, hogy a kristályokban a részecskék térrácsszerűen helyezkednek el, a részecskéket pedig egyszerűen pontoknak tekintette. Geometriai alapon igazolta, hogy a kristály külső szimmetriájával összhangban, az összes lehetséges kristályrácsok tizennégy féle elemi cellára vezethetők vissza (36. ábra.).

A függelékben, Bravais-féle bizonyítás című részében, a levezetés néhány részlete megtalálható.

 35. ábra. Az elemi cellák négy alaptípusa

A Bravais-féle elgondolásokat fejlesztették tovább, és egymástól függetlenül állapítottak meg 230 tércsoportot 1890-ben Frodorov orosz és 1891-ben Schoenflies német kutatók.

Mindezek az elméleti megállapítások kísérleti alátámasztást nyertek 1912-ben, amikor Laue (német) röntgensugarak vizsgálatával bizonyította, hogy a kristályos anyagoknak térrácsszerkezete van (37. ábra).

 

36. ábra. A Bravais-féle tizennégy elemi cella

37. ábra. Jellegzetes Laule-féle fényképek

Laue módszerét W. H. Bragg és V. L. Bragg tökéletesítették a kristályokról visszavert sugarakat vizsgálva. További tökéletesítésként a kristály finom porát vizsgálta Debye és Scherrer.

Az elméleti elgondolások helyességének bebizonyosodásával együtt, ismertté vált a rácsban résztvevő részecskék mérete és egymáshoz való viszonya.

A részecskéket összekötő erők sajátságai szerint négy nagy csoportba osztjuk a rácsokat: ionrácsok (döntően ionkötés), atomrácsok (döntően kovalens kötés), fémes rácsok (döntően fémes kötés), molekularácsok (döntően van der Waals erőkkel).