Struktura struktury krystalicznej, typy i przykłady



The struktura krystaliczna Jest to jeden ze stanów stałych, które atomy, jony lub cząsteczki mogą przyjąć w przyrodzie, co charakteryzuje się wysokim układem przestrzennym. Innymi słowy, jest to dowód „architektury korpuskularnej”, która definiuje wiele ciał o jasnych i szklistych wyglądach.

Co promuje lub jaka siła jest odpowiedzialna za tę symetrię? Cząstki nie są same, ale oddziałują ze sobą. Te interakcje zużywają energię i wpływają na stabilność ciał stałych, tak że cząstki starają się dostosować do siebie, aby zminimalizować tę stratę energii.

Następnie ich wewnętrzne natury prowadzą ich do umieszczenia się w najbardziej stabilnym układzie przestrzennym. Na przykład może to być sytuacja, w której odpychanie między jonami o takich samych ładunkach jest minimalne lub gdzie niektóre atomy - jak te metalowe - zajmują największą możliwą objętość w ich opakowaniach.

Słowo „kryształ” ma znaczenie chemiczne, które może być błędnie przedstawiane dla innych ciał. Chemicznie odnosi się do uporządkowanej struktury (mikroskopowo), która na przykład może składać się z cząsteczek DNA (kryształu DNA).

Jest jednak powszechnie nadużywany w odniesieniu do dowolnego przedmiotu lub szklistej powierzchni, takich jak lustra lub butelki. W przeciwieństwie do prawdziwych kryształów szkło składa się z amorficznej (brudnej) struktury krzemianów i wielu innych dodatków.

Indeks

  • 1 Struktura
    • 1.1 Jednolita komórka
  • 2 typy
    • 2.1 Zgodnie z jego systemem krystalicznym
    • 2.2 Zgodnie z jego charakterem chemicznym
  • 3 Przykłady
    • 3.1 K2Cr2O7 (system trójskośny)
    • 3.2 NaCl (system sześcienny)
    • 3.3 ZnS (wurtzyt, układ sześciokątny)
    • 3.4 CuO (system jednoskośny)
  • 4 odniesienia

Struktura

Na górnym zdjęciu zilustrowano klejnoty szmaragdów. Podobnie jak te, wiele innych minerałów, soli, metali, stopów i diamentów wykazuje strukturę krystaliczną; Ale jaki jest związek między jego uporządkowaniem a symetrią??

Jeśli kryształ, którego cząstki można było zaobserwować gołym okiem, stosuje się operacje symetrii (odwrócenie, obrócenie go pod różnymi kątami, odbijanie go w płaszczyźnie itp.), Wówczas okaże się, że pozostaje nienaruszony we wszystkich wymiarach przestrzeni.

Odwrotność występuje w przypadku amorficznego ciała stałego, z którego uzyskuje się różne uporządkowania przez poddanie go operacji symetrii. Ponadto brakuje w nim strukturalnych schematów powtarzania, które pokazują losowy rozkład jego cząstek.

Jaka jest najmniejsza jednostka, która tworzy wzór strukturalny? Na górnym obrazie krystaliczna bryła jest symetryczna w przestrzeni, podczas gdy amorficzna nie jest.

Jeśli narysujesz kwadraty otaczające pomarańczowe kule i zastosujesz operacje symetrii, odkryjesz, że generują one inne części kryształu.

Poprzednia rzecz powtarza się z mniejszymi i mniejszymi kwadratami, aż znajdzie się ta, która jest asymetryczna; ten, który go poprzedza, jest z definicji komórką jednostkową.

Jednolita komórka

Jednolita komórka jest minimalną ekspresją strukturalną, która pozwala na całkowite odtworzenie krystalicznego ciała stałego. Stąd można złożyć kryształ, przesuwając go we wszystkich kierunkach przestrzeni.

Można go traktować jako małą szufladę (bagażnik, wiadro, pojemnik itp.), W której cząstki, reprezentowane przez kule, są umieszczane za wzorem wypełnienia. Wymiary i geometrie tego pudełka zależą od długości jego osi (a, bi c), a także kątów między nimi (α, β i γ).

Najprostszą ze wszystkich komórek jednostki jest prosta struktura sześcienna (górny obraz (1)). W tym miejscu środek sfer zajmuje rogi sześcianu, umieszczając cztery u jego podstawy i cztery na dachu.

W tym układzie kule prawie nie zajmują 52% całkowitej objętości sześcianu, a ponieważ natura nie znosi próżni, nie ma zbyt wielu związków lub elementów, które przyjmują tę strukturę.

Jeśli jednak sfery są ułożone w tej samej kostce w taki sposób, że zajmuje centrum (sześcienny wyśrodkowany na ciele, bcc), wówczas dostępne będzie bardziej zwarte i wydajne opakowanie (2). Teraz kule zajmują 68% całkowitej objętości.

Z drugiej strony, w (3) żadna sfera nie zajmuje środka sześcianu, ale środek ich twarzy, i wszystkie zajmują do 74% całkowitej objętości (sześcienny wyśrodkowany na ścianach, ccp).

Można więc zauważyć, że dla tego samego sześcianu można uzyskać inne układy, zmieniając sposób upakowania kulek (jony, cząsteczki, atomy itp.).

Typy

Struktury krystaliczne można klasyfikować według ich układów krystalicznych lub chemicznej natury ich cząstek.

Na przykład układ sześcienny jest najbardziej powszechny ze wszystkich i wiele krystalicznych ciał stałych jest z niego sterowanych; jednak ten sam system dotyczy zarówno kryształów jonowych, jak i kryształów metali.

Zgodnie z jego systemem krystalicznym

Na poprzednim obrazie przedstawiono siedem głównych systemów krystalicznych. Można zauważyć, że w rzeczywistości jest ich czternaście, które są produktem innych form pakowania dla tych samych systemów i tworzą sieci Bravais..

Od (1) do (3) kryształy z sześciennymi układami kryształów. W (2) obserwuje się (za pomocą niebieskich pasków), że kula środka i rogów współdziała z ośmioma sąsiadami, tak że kule mają liczbę koordynacyjną równą 8. W (3) liczbie koordynacyjnej jest 12 (aby to zobaczyć, musisz zduplikować kostkę w dowolnym kierunku).

Elementy (4) i (5) odpowiadają prostym układom tetragonalnym i są wyśrodkowane na powierzchniach. W przeciwieństwie do sześciennych, jego oś c jest dłuższa niż osie a i b.

Od (6) do (9) są układy rombowe: od prostego i wyśrodkowanego na podstawach (7), do układu centrowanego na ciele i na twarzach. W tych α, β i γ są 90º, ale wszystkie boki mają różne długości.

Ryciny (10) i (11) to jednoskośne kryształy, a (12) to trójskośna, przedstawiająca ostatnie nierówności we wszystkich kątach i osiach.

Element (13) jest układem romboedrycznym, analogicznym do sześciennego, ale o kącie γ innym niż 90º. Wreszcie są heksagonalne kryształy

Przemieszczenia elementów (14) tworzą sześciokątny pryzmat wyznaczony kropkowanymi liniami zieleni.

Zgodnie z jego charakterem chemicznym

- Jeśli kryształy są tworzone przez jony, to są jonowymi kryształami obecnymi w solach (NaCl, CaSO4, CuCl2, KBr itp.)

- Cząsteczki, takie jak glukoza, tworzą (w miarę możliwości) kryształy molekularne; w tym przypadku słynne kryształy cukru.

- Atomy, których wiązania są zasadniczo kowalencyjne tworzą kryształy kowalencyjne. Takie są przypadki diamentu lub węglika krzemu.

- Również metale, takie jak złoto, tworzą zwarte sześcienne struktury, które są kryształami metalu.

Przykłady

K2Cr2O7 (system trójskośny)

NaCl (system sześcienny)

ZnS (wurtzyt, układ sześciokątny)

CuO (system jednoskośny)

Referencje

  1. Quimitube (2015). Dlaczego „kryształy” nie są kryształami. Pobrano 24 maja 2018 r. Z: quimitube.com
  2. Podręczniki prasowe 10.6 Konstrukcje kratowe w krystalicznych ciałach stałych. Źródło: 26 maja 2018 r. Z: opentextbc.ca
  3. Centrum zasobów akademickich Crystal Structures. [PDF] Pobrano 24 maja 2018 r. Z: web.iit.edu
  4. Ming. (30 czerwca 2015 r.). Typy struktur krystalicznych. Źródło: 26 maja 2018 r. Z: crystalvisions-film.com
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 stycznia 2018 r.). Rodzaje kryształów. Pobrano 26 maja 2018 r. Z: thoughtco.com
  6. KHI. (2007). Struktury krystaliczne. Źródło: 26 maja 2018 r. Z: folk.ntnu.no
  7. Paweł Maliszczak. (25 kwietnia 2016 r.). Szorstkie szmaragdowe kryształy z doliny Panjshir w Afganistanie. [Rysunek] Pobrano 24 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  8. Napy1kenobi. (26 kwietnia 2008). Kraty Bravais. [Rysunek] Pobrano 26 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  9. Użytkownik: Sbyrnes321. (21 listopada 2011 r.). Krystaliczny lub amorficzny. [Rysunek] Pobrano 26 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org