KRISTALŲ STRUKTŪRA: STRUKTŪRA, TIPAI IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Kristalinė struktūra yra vienas iš kietų teigiama, kad atomai, jonai arba molekulės gali priimtų pobūdžio, kuri pasižymi tuo, kad aukšto erdvinę tvarką. Kitaip tariant, tai yra „korpuskulinės architektūros“, apibrėžiančios daugybę kūnų su stikliniais ir blizgančiais išvaizda, įrodymas.

Kas skatina ar kokia jėga yra atsakinga už šią simetriją? Dalelės nėra vienos, bet sąveikauja viena su kita. Šios sąveikos sunaudoja energiją ir daro įtaką kietųjų medžiagų stabilumui, todėl dalelės stengiasi prisitaikyti, kad sumažintų šį energijos praradimą.

Taigi jų vidinė prigimtis verčia juos įsitvirtinti stabiliausioje erdvinėje struktūroje. Pvz., Tai gali būti tas, kuriame jonų, turinčių vienodus krūvius, atstūmimas yra minimalus, arba kai kai kurie atomai, tokie kaip metaliniai, pakuotėje taip pat užima didžiausią įmanomą tūrį.

Žodis „kristalas“ turi cheminę reikšmę, kuri gali būti klaidingai pateikta kitiems kūnams. Chemiškai tai reiškia tvarkingą struktūrą (mikroskopiškai), kurią, pavyzdžiui, gali sudaryti DNR molekulės (DNR kristalas).

Tačiau populiariai vartojamas bet koks stiklinis daiktas ar paviršius, pavyzdžiui, veidrodžiai ar buteliai. Skirtingai nuo tikrų kristalų, stiklas susideda iš amorfinės (netvarkingos) silikatų struktūros ir daugelio kitų priedų.

Struktūra

Aukščiau esančiame paveikslėlyje iliustruoti kai kurie smaragdo brangakmeniai. Kaip ir šie, daugelis kitų mineralų, druskų, metalų, lydinių ir deimantų turi kristalinę struktūrą; bet kokį ryšį jos užsakymas sieja su simetrija?

Jei kristalui, kurio daleles buvo galima pastebėti plika akimi, bus taikomos simetrijos operacijos (apverskite jį, pasukite skirtingu kampu, atspindėkite plokštumoje ir pan.), Tada bus nustatyta, kad jis lieka nepažeistas visuose kosmoso matmenyse.

Amorfinei kietai medžiagai, priešingai, gaunami skirtingi įsakymai, jai atliekant simetrijos operaciją, yra priešingai. Be to, jai trūksta struktūrinio pasikartojimo modelių, o tai rodo jo dalelių pasiskirstymo atsitiktinumą.

Koks mažiausias vienetas sudaro struktūros modelį? Viršutiniame paveikslėlyje kristalinė kieta erdvė yra simetriška, o amorfinė - ne.

Jei būtų nubrėžti kvadratai oranžinėms sferoms uždengti ir jiems būtų pritaikytos simetrijos operacijos, būtų nustatyta, kad jie sukuria kitas kristalo dalis.

Tai, kas išdėstyta, pakartojama mažesniais ir mažesniais kvadratais, kol randamas asimetriškas kvadratas; prieš jį esantis dydis pagal apibrėžimą yra vienetinė ląstelė.

Vienetinė ląstelė

Vienetinė ląstelė yra minimali struktūrinė išraiška, leidžianti visiškai atkurti kristalinę kietą medžiagą. Iš to galima surinkti stiklą, judinant jį visomis kryptimis erdvėje.

Tai gali būti laikoma mažu stalčiuku (bagažine, kibiru, konteineriu ir tt), kuriame dalelės, pavaizduotos sferomis, dedamos pagal užpildymo schemą. Šios dėžės matmenys ir geometrija priklauso nuo jos ašių ilgio (a, b ir c), taip pat nuo kampų tarp jų (α, β ir γ).

Paprasčiausias iš visų elementų yra paprastosios kubinės struktūros elementas (viršutinis vaizdas (1)). Sferų centras užima kubo kampus, keturis prie jo pagrindo ir keturis prie lubų.

Pagal šį išdėstymą rutuliai užima tik 52% viso kubo tūrio, ir kadangi gamta priešinasi vakuumui, ne daugelis junginių ar elementų įgauna šią struktūrą.

Tačiau jei sferos yra išdėstytos tame pačiame kube tokiu būdu, kad vienas užimtų centrą (kūnas būtų kūbinis, kubinis, brūkšniuotosios spalvos), tada pakaks kompaktiškesnio ir efektyvesnio įpakavimo (2). Dabar sferos užima 68% viso tūrio.

Kita vertus, 3 punkte nė viena sfera neužima kubo vidurio, tačiau jos veido centras yra, ir jie visi užima iki 74% viso tūrio (kubinis, nukreiptas į veidą, kopija).

Taigi galima suprasti, kad tam pačiam kubui gali būti padaryta kita tvarka, keičiant sferų supakavimo būdą (jonai, molekulės, atomai ir tt).

Tipai

Kristalų struktūros gali būti klasifikuojamos pagal kristalų sistemas arba jų dalelių cheminį pobūdį.

Pavyzdžiui, kubinė sistema yra labiausiai paplitusi iš visų, ir ją valdo daugybė kristalinių kietų medžiagų; tačiau ta pati sistema taikoma ir joniniams, ir metaliniams kristalams.

Pagal savo kristalinę sistemą

Ankstesniame paveikslėlyje pavaizduotos septynios pagrindinės kristalų sistemos. Galima pastebėti, kad jų yra keturiolika, kurie yra kitų formų pakuotės toms pačioms sistemoms produktas ir sudaro „Bravais“ tinklus.

Nuo (1) iki (3) yra kristalai su kubinių kristalų sistemomis. (2) stebima (mėlynomis juostelėmis), kad rutulys centre ir kampai sąveikauja su aštuoniais kaimynais, todėl sferų koordinavimo skaičius yra 8. O 3 punkte koordinavimo skaičius yra 12 (norint jį pamatyti, reikia kopijuoti kubą bet kuria kryptimi).

Elementai (4) ir (5) atitinka paprastas ir į veidą nukreiptas tetragonines sistemas. Skirtingai nuo kubinės, jos c ašis yra ilgesnė nei a ir b ašys.

Nuo (6) iki (9) yra ortorombinės sistemos: nuo paprastų ir orientuotų į pagrindus (7), į tas, kurių centre yra kūnas ir veidai. Šiose α, β ir γ yra 90º, bet visos pusės yra skirtingo ilgio.

Figūrose (10) ir (11) yra monoklininiai kristalai, o (12) - triklinė, paskutinėje pateikiami nelygumai visais jo kampais ir ašimis.

Elementas (13) yra romboedrinė sistema, analogiška kubinei, bet kampas γ skiriasi nuo 90º. Pagaliau yra šešiakampiai kristalai

Elementų poslinkiai (14) atsiranda iš šešiakampės prizmės, atskirtos žaliomis taškinėmis linijomis.

Pagal savo cheminį pobūdį

- Jei kristalai yra sudaryta iš jonų, tada jie yra joninės kristalai, esančių druskų (NaCl, Caso ₄ , CuC ₂ , kalio bromide, ir tt)

- Molekulės, kaip gliukozė, sudaro (kai tik gali) molekulinius kristalus; šiuo atveju garsieji cukraus kristalai.

- Atomai, kurių jungtys iš esmės yra kovalentiniai, sudaro kovalentinius kristalus. Tai yra deimantų arba silicio karbido atvejai.

- Taip pat metalai, tokie kaip auksas, sudaro kompaktiškas kubines struktūras, sudarančias metalinius kristalus.

Pavyzdžiai

K

NaCl (kubinė sistema)

ZnS (wurtzite, šešiakampė sistema)

CuO (monoklininė sistema)

Nuorodos

1. „Quimitube“. (2015). Kodėl „kristalai“ nėra kristalai. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: quimitube.com
2. Spaudos knygos. 10.6 Grotelių struktūros kristalinėse kietose medžiagose. Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: opentextbc.ca
3. Kristalinių struktūrų akademinių išteklių centras. . Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: web.iit.edu
4. Mingas. (2015 m., Birželio 30 d.). Kristalų struktūrų tipai. Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Sausio 31 d.). Kristalų rūšys. Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: thinkco.com
6. KHI. (2007). Kristalinės struktūros. Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: folk.ntnu.no
7. Paulius Maliszczakas. (2016 m. Balandžio 25 d.). Grubūs smaragdo kristalai iš Afganistano Panjshir slėnio. . Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: commons.wikimedia.org
8. „Napy1kenobi“. (2008 m. Balandžio 26 d.). Bravaiso grotelės. . Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: commons.wikimedia.org
9. Vartotojas: „Sbyrnes321“. (2011 m. Lapkričio 21 d.). Kristalinis arba amorfinis. . Gauta 2018 m. Gegužės 26 d. Iš: commons.wikimedia.org