Dzielić:
Jednostkowe właściwości komórki, stałe i typy sieci
The komórka elementarna jest to wyimaginowana przestrzeń lub region, który reprezentuje minimalną ekspresję całości; że w przypadku chemii całość stałaby się kryształem złożonym z atomów, jonów lub cząsteczek, które są uporządkowane według wzoru strukturalnego.
W życiu codziennym można znaleźć przykłady, które ucieleśniają tę koncepcję. W tym celu należy zwrócić uwagę na obiekty lub powierzchnie, które wykazują pewną powtarzalną kolejność elementów. Niektóre mozaiki, płaskorzeźby, kasetonowe sufity, arkusze i tapety mogą ogólnie obejmować to, co rozumie komórka elementarna.
Aby lepiej to zilustrować, masz górny obraz, który można wykorzystać jako tapetę. W nim pojawiają się koty i kozy z dwoma alternatywnymi zmysłami; koty są na nogach lub na głowie, a kozy leżą, patrząc w górę lub w dół.
Te koty i kozy ustanawiają powtarzalną sekwencję strukturalną. Aby skonstruować cały papier, wystarczyłoby odtworzyć jednolitą komórkę przez powierzchnię wystarczającą liczbę razy, za pomocą ruchów translacyjnych.
Możliwe komórki jednostkowe są reprezentowane przez niebieskie, zielone i czerwone pola. Każdy z tych trzech może być użyty do uzyskania papieru; ale konieczne jest przesunięcie ich w wyobraźni wzdłuż powierzchni, aby dowiedzieć się, czy odtwarzają tę samą sekwencję obserwowaną na obrazie.
Zaczynając od czerwonego kwadratu, należałoby zauważyć, że gdyby trzy kolumny (kotów i kóz) zostały przesunięte w lewo, dwie kozy nie pojawiłyby się już w dolnej części, ale tylko jedna. Dlatego prowadziłoby to do innej sekwencji i nie może być uważane za komórkę jednostkową.
Gdyby poruszyli wyimaginowane dwa kwadraty, niebieski i zielony, tak otrzymaliby tę samą sekwencję papieru. Oba są komórkami jednolitymi; jednak niebieskie pole jest bardziej zgodne z definicją, ponieważ jest mniejsze niż zielone pole.
Indeks
- 1 Właściwości komórek jednostkowych
- 1.1 Liczba powtarzających się jednostek
- 2 Jakie stałe sieciowe definiują komórkę elementarną?
- 3 typy
- 3.1 Cubic
- 3.2 Tetragonalna
- 3.3 Ortomomb
- 3.4 Monokliniczny
- 3.5 Trójkołowce
- 3.6 Sześciokątne
- 3.7 Trigonal
- 4 odniesienia
Właściwości komórek jednostkowych
Jego własna definicja, oprócz przykładu właśnie wyjaśnionego, wyjaśnia kilka jego właściwości:
-Jeśli poruszają się w przestrzeni, bez względu na kierunek, uzyskuje się szklankę pełną lub pełną. Dzieje się tak, ponieważ, jak wspomniano w przypadku kotów i kóz, odtwarzają one sekwencję strukturalną; co jest równe rozkładowi przestrzennemu powtarzających się jednostek.
-Powinny być jak najmniejsze (lub zajmować niewielką objętość) w porównaniu z innymi możliwymi opcjami komórki.
-Zwykle są symetryczne. Podobnie, jego symetria jest odzwierciedlona dosłownie w kryształach związku; jeśli komórka jednostkowa soli jest sześcienna, jej kryształy będą sześcienne. Istnieją jednak struktury krystaliczne opisane komórkami jednostkowymi o zniekształconych geometriach.
-Zawierają powtarzające się jednostki, które można zastąpić punktami, które z kolei tworzą trójwymiarowy obiekt, który jest znany jako siatka. W poprzednim przykładzie koty i kozy reprezentują punkty siatkowe, widziane z wyższej płaszczyzny; to znaczy dwa wymiary.
Liczba powtarzających się jednostek
Jednostki powtarzalne lub punkty siatki komórek jednostkowych utrzymują tę samą proporcję cząstek stałych.
Jeśli policzysz liczbę kotów i kóz w niebieskim polu, będziesz miał dwa koty i kozy. To samo dzieje się z zielonym pudełkiem, a także z czerwonym polem (nawet jeśli już wiesz, że nie jest to komórka elementarna).
Załóżmy na przykład, że koty i kozy są odpowiednio atomami G i C (dziwne spawanie zwierząt). Ponieważ stosunek między G i C wynosi 2: 2 lub 1: 1 w niebieskim polu, można się spodziewać, bez błędów, że bryła będzie miała wzór GC (lub CG).
Gdy ciało stałe ma bardziej lub mniej zwarte struktury, jak to ma miejsce w przypadku soli, metali, tlenków, siarczków i stopów, w jednostkowych komórkach nie ma całych powtarzalnych jednostek; to znaczy, są części lub ich części, które składają się na jedną lub dwie jednostki.
Nie dotyczy to GC. Jeśli tak, niebieskie pole „podzieliłoby” koty i kozy na dwie części (1 / 2G i 1 / 2C) lub cztery części (1 / 4G i 1 / 4C). W następnych rozdziałach widać, że w tych jednolitych komórkach punkty siatki są dogodnie podzielone na ten i inne sposoby.
Jakie stałe sieciowe definiują komórkę elementarną?
Komórki jednostkowe przykładu GC są dwuwymiarowe; nie dotyczy to jednak rzeczywistych modeli, które uwzględniają wszystkie trzy wymiary. Zatem kwadraty lub równoległoboki są przekształcane w równoległościany. Teraz termin „komórka” ma więcej sensu.
Wymiary tych komórek lub równoległościanów zależą od długości ich boków i kątów.
Na dolnym obrazie mamy dolny tylny róg równoległościanu, złożony z boków a, b i c, oraz kąty α, β i γ.
Jak widać, a to trochę dłużej niż b i c. W środku znajduje się kropkowany okrąg wskazujący kąty α, β i γ, między ac, cb i ba, odpowiednio. Dla każdej komórki elementarnej parametry te mają wartości stałe i definiują ich symetrię i pozostałą część kryształu.
Stosując ponownie trochę wyobraźni, parametry obrazu zdefiniowałyby komórkę podobną do sześcianu rozciągniętego na jej krawędzi a. W ten sposób powstają komórki jednostkowe o różnych długościach i kątach krawędzi, które można również podzielić na kilka typów.
Typy
Zauważ, że w górnym obrazie zaczynają się przerywane linie wewnątrz komórek jednostkowych: wskazują dolny kąt pleców, jak już wyjaśniono. Można zadać następujące pytanie: gdzie są punkty siatkowe lub jednostki powtarzalne? Chociaż dają błędne wrażenie, że komórki są puste, odpowiedź leży w ich wierzchołkach.
Te komórki są generowane lub wybierane w taki sposób, że powtarzające się jednostki (szare punkty obrazu) znajdują się w ich wierzchołkach. W zależności od wartości parametrów ustalonych w poprzedniej sekcji, stałych dla każdej komórki elementarnej, wyprowadzono siedem układów krystalicznych.
Każdy system kryształów ma swoją własną komórkę elementarną; drugi definiuje pierwszy. Na górnym obrazie znajduje się siedem pól, odpowiadających siedmiu układom krystalicznym; lub w nieco bardziej podsumowany sposób, sieci krystaliczne. Tak więc na przykład komórka sześcienna odpowiada jednemu z układów krystalicznych, który definiuje sześcienną sieć krystaliczną.
Zgodnie z obrazem układy lub sieci krystaliczne to:
-Sześcienny
-Tetragonalna
-Rombowy
-Sześciokątny
-Monokliniczny
-Trójki
-Trigonal
W tych systemach krystalicznych powstają inne, które tworzą czternaście sieci Bravais; że spośród wszystkich sieci krystalicznych są najbardziej podstawowe.
Sześcienny
W sześcianie wszystkie boki i kąty są równe. Dlatego w tej komórce jednostkowej jest prawdziwe:
a = b = c
α = β = γ = 90º
Istnieją trzy sześcienne komórki jednostkowe: proste lub prymitywne, wyśrodkowane na ciele (bcc) i wyśrodkowane na ścianach (fcc). Różnice dotyczą sposobu rozmieszczenia punktów (atomów, jonów lub cząsteczek) i ich liczby.
Która z tych komórek jest najbardziej zwarta? Ten, którego objętość jest bardziej zajęta przez punkty: sześcienny wyśrodkowany na twarzach. Zauważ, że jeśli zastąpimy punkty dla kotów i kóz na początku, nie będą one ograniczone do pojedynczej komórki; należałyby i byłyby podzielane przez kilka osób. Ponownie, byłyby to części G lub C.
Liczba jednostek
Gdyby koty lub kozy znajdowały się w wierzchołkach, byłyby dzielone przez 8 jednolitych komórek; to znaczy, każda komórka miałaby 1/8 G lub C. Zbierz lub wyobraź sobie 8 kostek, w dwóch kolumnach po dwa rzędy, aby je zobrazować.
Gdyby koty lub kozy były na twarzach, byłyby dzielone tylko przez 2 komórki jednostkowe. Aby to zobaczyć, połóż dwie kostki razem.
Z drugiej strony, jeśli kot lub koza znajdowałyby się w środku sześcianu, należałyby tylko do jednej jednolitej komórki; to samo dzieje się z polami głównego obrazu, kiedy zbliżano się do koncepcji.
Powiedział, że powyższe, w ramach prostej komórki sześciennej jednostki, którą masz a punkt jednostkowy lub siatkowy, ponieważ ma 8 wierzchołków (1/8 x 8 = 1). Dla komórki sześciennej wyśrodkowanej na ciele mamy: 8 wierzchołków, które są równe atomowi i punkt lub jednostka w środku; dlatego tam dwa jednostki.
A dla komórki sześciennej wyśrodkowanej na twarzach mamy: 8 wierzchołków (1) i sześć twarzy, w których połowa każdego punktu lub jednostki jest dzielona (1/2 x 6 = 3); dlatego ma cztery jednostki.
Tetragonalna
Podobne uwagi można uzyskać w odniesieniu do komórki elementarnej systemu tetragonalnego. Jego parametry strukturalne są następujące:
a = b ≠ c
α = β = γ = 90º
Rombowy
Parametry dla komórki rombowej są następujące:
a ≠ b ≠ c
α = β = γ = 90º
Monokliniczny
Parametry komórki jednoskośnej to:
a ≠ b ≠ c
α = γ = 90º; β ≠ 90º
Trójki
Parametry komórki trójskośnej to:
a ≠ b ≠ c
α ≠ β ≠ γ ≠ 90º
Sześciokątny
Parametry komórki sześciokątnej to:
a = b ≠ c
α = β = 90º; γ ≠ 120º
W rzeczywistości komórka jest trzecią częścią sześciokątnego pryzmatu.
Trigonal
I wreszcie, parametry komórki trygonalnej to:
a = b = c
α = β = γ ≠ 90º
Referencje
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning P 474-477.
- Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Pierwotna komórka. Źródło: en.wikipedia.org
- Bryan Stephanie. (2019). Komórka jednostki: parametry kratowe i struktury sześcienne. Studiować Źródło: study.com
- Centrum zasobów akademickich. (s.f.). Struktury krystaliczne. [PDF] Illinois Institute of Technology. Źródło: web.iit.edu
- Belford Robert. (7 lutego 2019 r.). Sieci krystaliczne i komórki jednostkowe. Chemia Libretexts. Źródło: chem.libretexts.org