KRISTĀLA STRUKTŪRA: STRUKTŪRA, VEIDI UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Kristāliskā struktūra ir viena no cieto noteikts, ka atomi, joniem vai molekulām var pieņemt pēc būtības, ko raksturo ar augstu telpisko secību. Citiem vārdiem sakot, tas ir pierādījums "asinsķermenīšu arhitektūrai", kas daudzus ķermeņus nosaka ar stikliem un spīdīgiem izskats.

Kas veicina vai kāds spēks ir atbildīgs par šo simetriju? Daļiņas nav vienas pašas, bet mijiedarbojas savā starpā. Šīs mijiedarbības patērē enerģiju un ietekmē cietvielu stabilitāti, lai daļiņas mēģinātu sevi uzņemt, lai samazinātu šos enerģijas zudumus.

Tātad viņu īpatnības liek viņiem atrasties visstabilākajā telpiskajā izvietojumā. Piemēram, tas var būt tāds, kurā jonu atgrūšanās ar vienādiem lādiņiem ir minimāla vai arī daži atomi - piemēram, kā metāliski - to iesaiņojumos aizņem pēc iespējas lielāku tilpumu.

Vārdam "kristāls" ir ķīmiska nozīme, kuru var nepareizi attēlot citiem ķermeņiem. Ķīmiski tas attiecas uz sakārtotu struktūru (mikroskopiski), kas, piemēram, var sastāvēt no DNS molekulām (DNS kristāls).

Tomēr to parasti izmanto, atsaucoties uz jebkuru stiklotu priekšmetu vai virsmu, piemēram, spoguļiem vai pudelēm. Atšķirībā no īstajiem kristāliem, stikls sastāv no amorfas (nesakārtotas) silikātu struktūras un daudzām citām piedevām.

Uzbūve

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīti daži smaragda dārgakmeņi. Tāpat kā šie, arī daudziem citiem minerāliem, sāļiem, metāliem, sakausējumiem un dimantiem ir kristāliska struktūra; bet kāda sakara tās pasūtīšanai ir ar simetriju?

Ja kristālam, kura daļiņas varēja novērot ar neapbruņotu aci, tiek veiktas simetrijas operācijas (apgrieziet to, pagrieziet to dažādos leņķos, atspoguļojiet to plaknē utt.), Tad tiks konstatēts, ka tas paliek neskarts visās kosmosa dimensijās.

Pretēji notiek amorfā cietā viela, no kuras iegūst dažādas kārtas, pakļaujot to simetrijas operācijai. Turklāt tai trūkst struktūras atkārtošanās shēmu, kas parāda daļiņu sadalījuma nejaušību.

Kāda ir mazākā vienība, kas veido struktūras modeli? Augšējā attēlā kristāliskā cietā viela ir simetriska telpā, bet amorfā nav.

Ja būtu novilkti kvadrāti, lai norobežotu oranžas sfēras, un tiem tika piemērotas simetrijas operācijas, tad varētu secināt, ka tie rada citas kristāla daļas.

Iepriekš minēto atkārto ar mazākiem un mazākiem kvadrātiem, līdz tiek atrasts asimetriskais; pēc izmēra viens pēc tā pēc definīcijas ir vienības šūna.

Vienības šūna

Vienības šūna ir minimālā strukturālā izteiksme, kas ļauj pilnībā reproducēt kristālisko cieto vielu. No tā ir iespējams salikt stiklu, pārvietojot to visos virzienos telpā.

To var uzskatīt par nelielu atvilktni (bagāžnieks, spainis, konteiners utt.), Kurā sfērās pārstāvētās daļiņas ir novietotas pēc uzpildes parauga. Šīs kastes izmēri un ģeometrija ir atkarīga no tā asu (a, b un c) garumiem, kā arī no leņķiem starp tiem (α, β un γ).

Vienkāršākā no visām vienības šūnām ir vienkāršā kubiskā struktūra (augšējais attēls (1)). Šajā sfēru centrs aizņem kuba stūrus, četrus pie pamatnes un četrus pie griestiem.

Šajā izkārtojumā sfēras aizņem tikai 52% no kopējā kuba tilpuma, un, tā kā daba rada vakuumu, daudzi savienojumi vai elementi nepieņem šo struktūru.

Tomēr, ja sfēras ir izkārtotas vienā un tajā pašā kubā tādā veidā, ka viens aizņem centru (kubiskais centrā ir korpuss, ccc), tad būs kompaktāks un efektīvāks iesaiņojums (2). Tagad sfēras aizņem 68% no kopējā apjoma.

No otras puses, trešajā daļā neviena lode neaizņem kuba centru, bet gan tās seju centrs, un tās visas aizņem līdz 74% no kopējā tilpuma (kubiskā puse ir vērsta uz seju).

Tādējādi var novērtēt, ka vienam un tam pašam kubam var iegūt citus izkārtojumus, mainot sfēru iesaiņojuma veidu (jonus, molekulas, atomus utt.).

Veidi

Kristāla struktūras var klasificēt pēc to kristālu sistēmām vai to daļiņu ķīmiskā rakstura.

Piemēram, kubiskā sistēma ir visizplatītākā no visām, un to pārvalda daudzas kristāliskas cietās vielas; tomēr šī pati sistēma attiecas gan uz jonu, gan uz metāla kristāliem.

Saskaņā ar tā kristālisko sistēmu

Iepriekšējā attēlā ir attēlotas septiņas galvenās kristālu sistēmas. Var atzīmēt, ka patiesībā ir četrpadsmit no tiem, kas ir cita veida iepakojuma produkts tām pašām sistēmām un veido Bravais tīklus.

No (1) līdz (3) ir kristāli ar kubisko kristālu sistēmām. (2) novēro (ar zilām svītrām), ka sfēra centrā un stūros mijiedarbojas ar astoņiem kaimiņiem, tāpēc sfērām ir koordinācijas numurs 8. Un (3) koordinācijas numurs ir 12 (lai to aplūkotu, jums ir jākopē kubs jebkurā virzienā).

Elementi (4) un (5) atbilst vienkāršām un uz sejas centrētām tetragonālajām sistēmām. Atšķirībā no kubiskā, tā c ass ir garāka nekā a un b asis.

No (6) līdz (9) ir ortorombiskās sistēmas: no vienkāršām un centrētām uz pamatnēm (7) līdz tām, kuru centrā ir ķermenis un sejas. Šajos α, β un γ ir 90º, bet visas malas ir dažāda garuma.

Attēlos (10) un (11) ir monokliniskie kristāli un (12) ir trikliniskie kristāli, pēdējais parāda nevienādības visos tā leņķos un asīs.

Elements (13) ir romboedriskā sistēma, analoga kubiskajai, bet ar leņķi γ, kas atšķiras no 90 °. Visbeidzot ir sešstūra kristāli

Elementu (14) pārvietojumi rada sešstūrainu prizmu, ko izseko zaļās punktotās līnijas.

Saskaņā ar tā ķīmisko raksturu

- Ja kristāli veido jonu, tad tie ir jonu kristāli, kas atrodas sāļu (NaCl, CASO ₄ , CuCl ₂ , KBr, uc)

- tādas molekulas kā glikoze veido (kad vien iespējams) molekulārus kristālus; šajā gadījumā slavenie cukura kristāli.

- Atomi, kuru saites būtībā ir kovalenti, veido kovalentus kristālus. Tādi ir dimanta vai silīcija karbīda gadījumi.

- Tāpat metāli, piemēram, zelts, veido kompaktas kubiskas struktūras, kas veido metāla kristālus.

Piemēri

K

NaCl (kubiskā sistēma)

ZnS (wurtzite, sešstūra sistēma)

CuO (monokliniskā sistēma)

Atsauces

1. Quimitube. (2015). Kāpēc "kristāli" nav kristāli. Saņemts 2018. gada 24. maijā no: quimitube.com
2. Preses grāmatas. 10.6. Režģa struktūras kristāliskās cietās daļās. Saņemts 2018. gada 26. maijā no: opentextbc.ca
3. Kristāla struktūru akadēmisko resursu centrs. . Saņemts 2018. gada 24. maijā no: web.iit.edu
4. Ming. (2015. gads, 30. jūnijs). Kristāla struktūru veidi. Saņemts 2018. gada 26. maijā no vietnes: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 31. janvāris). Kristālu veidi. Saņemts 2018. gada 26. maijā no: domaco.com
6. KHI. (2007). Kristāliskās struktūras. Saņemts 2018. gada 26. maijā no: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (2016. gada 25. aprīlis). Rupji smaragda kristāli no Afganistānas Panjshir ielejas. . Iegūts 2018. gada 24. maijā no vietnes: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (2008. gada 26. aprīlis). Bravais režģi. . Saņemts 2018. gada 26. maijā no: commons.wikimedia.org
9. Lietotājs: Sbyrnes321. (2011. gada 21. novembris). Kristālisks vai amorfs. . Saņemts 2018. gada 26. maijā no: commons.wikimedia.org