КРИСТАЛНА СТРУКТУРА: СТРУКТУРА, ВИДОВЕ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В кристалната структура е един от твърди състояния, които атоми, йони и молекули могат да приемат в природата, която се характеризира с висока пространствена поръчка. С други думи, това е доказателство за „корпускуларната архитектура“, която определя много тела със стъклени и лъскави външности.

Какво насърчава или каква сила е отговорна за тази симетрия? Частиците не са сами, но взаимодействат помежду си. Тези взаимодействия консумират енергия и влияят върху стабилността на твърдите частици, така че частиците се стремят да се настанят, за да сведат до минимум тази загуба на енергия.

Така техните вътрешни натури ги водят да се поставят в най-стабилната пространствена подредба. Например, това може да бъде този, при който отблъскванията между йони с еднакви заряди са минимални или където някои атоми, като метални, също заемат възможно най-голям обем в опаковката си.

Думата "кристал" има химическо значение, което може да бъде представено погрешно за други тела. Химически се отнася до подредена структура (микроскопично), която например може да се състои от молекули на ДНК (ДНК кристал).

Въпреки това, е популярно злоупотребяващо да се отнася до всеки стъклен предмет или повърхност, като огледала или бутилки. За разлика от истинските кристали, стъклото се състои от аморфна (неуредична) структура от силикати и много други добавки.

структура

На изображението по-горе са илюстрирани някои изумрудени скъпоценни камъни. Подобно на тях, много други минерали, соли, метали, сплави и диаманти имат кристална структура; но каква връзка има подреждането му със симетрия?

Ако кристал, чиито частици биха могли да бъдат наблюдавани с просто око, се прилагат симетрични операции (обърнете го, завъртете го под различни ъгли, отразявайте го върху равнина и т.н.), тогава ще се установи, че той остава непокътнат във всички измерения на пространството.

Обратното се случва за аморфно твърдо вещество, от което се получават различни подреждания, като се подлага на операция на симетрия. Освен това му липсват структурни модели на повторение, което показва случайността в разпределението на неговите частици.

Коя е най-малката единица, която изгражда структурния модел? В горното изображение кристалното твърдо вещество е симетрично в пространството, докато аморфното - не.

Ако бяха начертани квадратчета, в които са приложени оранжеви сфери и операции на симетрия, би било установено, че те генерират други части на кристала.

Горното се повтаря с по-малки и по-малки квадратчета, докато се намери този, който е асиметричен; тази, която предхожда по размер, по дефиниция е единичната клетка.

Единична клетка

Единичната клетка е минималната структурна експресия, която позволява пълното възпроизвеждане на кристалното твърдо вещество. От това е възможно да се сглоби стъклото, като се движи във всички посоки в пространството.

Може да се разглежда като малко чекмедже (багажник, кофа, контейнер и др.), Където частиците, представени от сфери, се поставят по образец на пълнене. Размерите и геометрията на това поле зависят от дължините на неговите оси (a, b и c), както и ъглите между тях (α, β и γ).

Най-простата от всички единични клетки е тази на простата кубична структура (горно изображение (1)). При това центърът на сферите заема ъглите на куба, четири в основата му и четири на тавана.

При това подреждане сферите заемат само 52% от общия обем на куба и тъй като природата се възхищава на вакуум, не много съединения или елементи приемат тази структура.

Ако обаче сферите са подредени в един и същ куб по такъв начин, че човек заема центъра (кубичен център в тялото, bcc), тогава ще има по-компактно и ефективно опаковане (2). Сега сферите заемат 68% от общия обем.

От друга страна, в (3) никоя сфера не заема центъра на куба, но центърът на лицата му прави, и всички те заемат до 74% от общия обем (лицево центриран кубик, куб.см).

По този начин може да се прецени, че за едно и също кубче могат да се получат други условия, променящи начина, по който са опаковани сферите (йони, молекули, атоми и т.н.).

Видове

Кристалните структури могат да бъдат класифицирани според техните кристални системи или химическата природа на техните частици.

Например, кубичната система е най-разпространената от всички и много кристални твърди вещества се управляват от нея; обаче същата система се прилага както за йонни, така и за метални кристали.

Според неговата кристална система

В предишното изображение са представени седемте основни кристални системи. Може да се отбележи, че всъщност има четиринадесет от тях, които са продукт на други форми на опаковки за същите системи и съставляват мрежите на Bravais.

От (1) до (3) са кристали с кубични кристални системи. В (2) се наблюдава (от сините ивици), че сферата в центъра и тази в ъглите взаимодействат с осем съседи, така че сферите имат координационен номер 8. И в (3) координационният номер е 12 (за да го видите, трябва да дублирате куба във всяка посока).

Елементите (4) и (5) съответстват на прости и насочени към лицето тетрагонални системи. За разлика от кубичната, нейната с-ос е по-дълга от осите a и b.

От (6) до (9) са орторомбичните системи: от прости и съсредоточени върху основите (7), до центрираните върху тялото и лица. При тези α, β и γ са 90º, но всички страни са с различна дължина.

Фигури (10) и (11) са моноклиничните кристали, а (12) е триклиничният, последният представя неравенства във всичките му ъгли и оси.

Елемент (13) е ромбоедричната система, аналогична на кубичната, но с ъгъл γ, различен от 90 °. Накрая има шестоъгълни кристали

Отместванията на елементите (14) произхождат от шестоъгълната призма, проследена от зелените пунктирани линии.

Според неговата химическа природа

- Ако кристалите са изградени от йони, тогава те са йонни кристали, присъстващи в солите (NaCl, CaSO ₄, CuCl ₂, KBr и др.)

- Молекули като глюкоза образуват (винаги, когато могат) молекулярни кристали; в случая известните захарни кристали.

- Атоми, чиито връзки по същество са ковалентни, образуват ковалентни кристали. Такива са случаите с диамантен или силициев карбид.

- По същия начин металите като златото образуват компактни кубични структури, които представляват метални кристали.

Примери

K

NaCl (кубична система)

ZnS (wurtzite, шестоъгълна система)

CuO (моноклинична система)

Препратки

1. Quimitube. (2015). Защо "кристалите" не са кристали. Произведено на 24 май 2018 г. от: quimitube.com
2. Pressbooks. 10.6 Структури на решетката в кристални твърди частици. Произведено на 26 май 2018 г. от: opentextbc.ca
3. Академичен ресурсен център за кристални структури., Произведено на 24 май 2018 г. от: web.iit.edu
4. Мин. (2015 г., 30 юни). Видове кристални структури. Произведено на 26 май 2018 г. от: crystalitions-film.com
5. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (31 януари 2018 г.). Видове кристали. Произведено на 26 май 2018 г. от: thinkco.com
6. KHI. (2007 г.). Кристални структури. Произведено на 26 май 2018 г. от: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25 април 2016 г.). Груби изумрудени кристали от долината Панишир в Афганистан., Произведено на 24 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 април 2008 г.). Bravais решетки., Произведено на 26 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
9. Потребител: Sbyrnes321. (21 ноември 2011 г.). Кристална или аморфна., Произведено на 26 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org