Кристалли́ческая структу́ра, расположение атомов, ионов или молекул в кристалле. Кристаллическая структура определяется кристаллической решёткой, симметрией кристалла, формой и размерами его элементарной ячейки, типом и координатами атомов в ячейке. В идеальном кристалле содержание и положения атомов во всех ячейках одинаковые. За исключением химического состава, все остальные характеристики кристаллической структуры определяются дифракционными методами – рентгеновского структурного анализа, электронографии, структурной нейтронографии. В кристаллах твёрдых растворов и при других отклонениях химического состава от стехиометрии структурный анализ высокой точности позволяет определить и уточнить соответствующие параметры.

При падении на монокристалл излучения с длиной волны порядка межатомных расстояний возникает дифракционная картина, которая состоит из дискретного набора пиков. Положения пиков определяются кристаллической решёткой, а их интенсивности зависят от типа атомов и их расположения в элементарной ячейке кристалла. Наличие в кристалле элементов симметрии проявляется в равенстве интенсивностей соответствующих пиков. Исключение составляет то, что дифракционная картина всегда центросимметрична (независимо от наличия или отсутствия центра симметрии в кристалле). Вследствие этого с помощью рентгеноструктурного анализа можно различить только 122 группы из 230 пространственных (фёдоровских) групп симметрии кристаллов. Наличие (или отсутствие) центра симметрии в кристалле можно установить по статистике распределения интенсивностей дифракционных пиков. Экспериментальное определение отсутствия центра симметрии возможно, если в кристалле есть атомы с аномальным рассеянием используемого излучения. Наиболее сложной является методика определения координат атомов в элементарной ячейке кристалла.

Рассмотрим кристаллическую структуру некоторых элементов периодической системы. Так, в двух модификациях полония различной симметрии содержится по 1 атому в элементарной ячейке. В элементарных ячейках кристаллов калия, цинка, молибдена и ряда других элементов содержится по 2 атома, в ячейке теллура – 3, а в двух модификациях марганца по 20 и 58 атомов в ячейке соответственно. В кристаллах неорганических и органических соединений могут находиться от единиц до сотен атомов в ячейке. В кристаллах белков – от тысяч до сотни тысяч атомов, а в закристаллизованных вирусах ещё на 2–3 порядка больше.

Рис. 1. Два изображения кристаллической структуры ниобата лития LiNbO₃.Рис. 1. Два изображения кристаллической структуры ниобата лития LiNbO₃.Рассмотрим кристаллическую структуру кристаллов различной природы. Кристаллы ниобата лития $\text{LiNbO}_3$ широко применяются в лазерной технике и оптике. На рис. 1 представлены два изображения его кристаллической структуры. В первом случае атомы – шарики. Крупные анионы кислорода не позволяют увидеть общую организацию строения кристалла. Л. Полинг предложил изображать неорганические структуры в форме полиэдров, вершины которых являются центрами анионов, а внутри полиэдров находится соответствующий катион. В представленном на рис. 1, б ниобате лития это октаэдры $\text{[LiO}_6]$ и $\text{[NbO}_6].$

Рис. 2. Кристаллическая структура ниобата стронция-бария.Рис. 2. Кристаллическая структура ниобата стронция-бария.Кристаллы семейства ниобата стронция-бария $\text{Sr}_{1–х}\text{Ba}_х\text{Nb}_2\text{O}_6$ характеризуются нелинейными оптическими, пиро- и пьезоэлектрическими свойствами, которыми можно целенаправленно управлять, меняя соотношение стронция и бария. На рис. 2 представлена кристаллическая структура этих кристаллов, из которой видно, что часть атомов стронция занимает собственную позицию, а в других позициях статистически расположены атомы бария и стронция, координаты которых несколько различаются.

Рис. 3. Атомная структура молекул аналога энниатина B и аналога споридесмолида. Иллюстрации: Национальный центр биотехнологической информации, Бетесда (штат Мэриленд, США).Рис. 3. Атомная структура молекул аналога энниатина B и аналога споридесмолида. Иллюстрации: Национальный центр биотехнологической информации, Бетесда (штат Мэриленд, США).Кристаллическая структура органических соединений обычно представляет собой плотную упаковку молекул, связанных слабыми ван-дер-ваальсовыми и, возможно, водородными связями. Кристаллы органических соединений находят применение в технике, однако часто их получают только для того, чтобы рентгеновскими методами установить атомное строение молекул, так как органические соединения в растворах (а биологически активные соединения – в организме) действуют в качестве отдельных молекул. Структуры молекул антибиотиков – аналогов энниатина $\text B$ и споридесмолида представлены на рис. 3. Первое соединение является препаратом для избирательного транспорта катионов через биологические мембраны, а второе – лишено этого свойства из-за внутримолекулярных водородных связей, хотя обе молекулы циклические и состоят из 6 аминокислотных остатков. Различие в строении молекул установлено по кристаллическим структурам соответствующих кристаллов.

Современный структурный анализ высокой точности позволяет определять не только координаты атомов, но и параметры тепловых колебаний атомов с учётом анизотропии и ангармонизма этих колебаний. Для не очень сложных соединений рентгеноструктурным анализом можно установить распределение электронной плотности в их кристаллах. Структурные методы чувствительны к нарушению стехиометрии химического состава кристалла и к его всевозможным дефектам. Обширный материал о структурах кристаллического вещества представлен в электронных базах данных.