КРИСТАЛНА СТРУКТУРА: СТРУКТУРА, ВРСТЕ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Кристална структура је једна од чврстих стања које атома, јони или молекули могу усвојити у природи, коју карактерише има високу просторну редослед. Другим речима, ово је доказ „корпускуларне архитектуре“ која дефинише многа тела са стакленим и сјајним изгледима.

Шта промовише или која сила је одговорна за ову симетрију? Честице нису саме, већ међусобно делују. Ове интеракције троше енергију и утичу на стабилност чврстих материја, тако да честице желе да се прилагоде како би смањили овај губитак енергије.

Дакле, њихове прирођене природе воде их да се поставе у најстабилнији просторни распоред. На пример, ово може бити оно где су одбојности између јона са једнаким набојима минималне, или где неки атоми - колико су метални - такође заузимају највећи могући волумен у својој амбалажи.

Реч "кристал" има хемијско значење које се може погрешно представити за друга тела. Хемијски се односи на уређену структуру (микроскопски) која се, на пример, може састојати од молекула ДНК (ДНК кристал).

Међутим, популарно се злоупотребљава за позивање на било који стаклени предмет или површину, попут огледала или боца. За разлику од правих кристала, стакло се састоји од аморфне (неуређене) структуре силиката и многих других адитива.

Структура

На слици су приказани неки смарагдни драгуљи. Баш попут ових, и многи други минерали, соли, метали, легуре и дијаманти имају кристалну структуру; али, какав однос има његово наређивање са симетријом?

Ако се на кристал, чије се честице могу посматрати голим оком, примењују симетријске операције (обрнути га, ротирати под различитим угловима, рефлектирати у равнину итд.), Установиће се да остаје нетакнут у свим димензијама простора.

Супротно се догађа за аморфну ​​чврсту супстанцу из које се добијају различити редови подвргавајући је операцији симетрије. Даље, недостају му структурни обрасци понављања, што показује случајност у расподјели његових честица.

Која је најмања јединица која чини структурни образац? На горњој слици кристална чврста супстанца је симетрична у простору, док аморфна није.

Ако би се уцртали квадратићи за затварање наранџастих сфера и на њих су примењене операције симетрије, откриће се да они стварају друге делове кристала.

Горе наведено понавља се са мањим и мањим квадратима, све док се не нађе онај који није асиметричан; она која му претходи у величини је, по дефиницији, јединична ћелија.

Унит целл

Јединствена ћелија је минимални структурни израз који омогућава потпуну репродукцију кристалне чврсте супстанце. Из тога је могуће саставити чашу, померајући је у свим правцима у простору.

Може се сматрати малом фиоком (пртљажник, канта, контејнер итд.) Где се честице, представљене сферима, постављају према обрасцу пуњења. Димензије и геометрије ове кутије зависе од дужина њених осе (а, б и ц), као и углова између њих (α, β и γ).

Најједноставнија од свих јединица је она једноставне кубне структуре (горња слика (1)). При томе центар сфера заузима углове коцке, четири у њиховој основи и четири на плафону.

У овом распореду, сфере заузимају само 52% укупне запремине коцке, а пошто природа подноси вакуум, није много једињења или елемената усвојило ову структуру.

Међутим, ако су сфере распоређене у истој коцки на начин да једна заузме центар (кубични центриран у телу, скп), тада ће доћи до компактнијег и ефикаснијег паковања (2). Сада сфере заузимају 68% укупне запремине.

С друге стране, у (3) ниједна сфера не заузима центар коцке, али то чини средиште њених лица, и све оне заузимају до 74% укупне запремине (кубик, кубичан у центру).

Дакле, може се приметити да се за исту коцку могу добити други аранжмани, мењајући начин паковања сфера (јони, молекули, атоми, итд.).

Врсте

Кристалне структуре могу се класификовати према кристалним системима или према хемијској природи њихових честица.

На пример, кубни систем је најчешћи од свих, а њиме управља мноштво кристалних чврстих материја; међутим, исти тај систем се односи и на јонске и на металне кристале.

Према свом кристалном систему

На претходној слици представљено је седам главних кристалних система. Може се приметити да их заправо постоји четрнаест, који су производ других облика амбалаже за исте системе и чине Браваисове мреже.

Од (1) до (3) су кристали са кубним кристалним системима. У (2) се примећује (плавим пругама) да сфера у центру и угла међусобно делују са осам суседа, тако да сфере имају координациони број 8. И у (3) је координациони број 12 (да бисте је видели потребно је умножити коцку у било ком правцу).

Елементи (4) и (5) одговарају једноставним тетрагонским системима усмереним на лице. За разлику од кубичне, његова оса је дужа од оси а и б.

Од (6) до (9) су орторомбични системи: од једноставних и усредсређених на основе (7), до оних центрираних на телу и лицима. У тим α, β и γ су 90º, али све стране су различите дужине.

Слике (10) и (11) су моноклински кристали, а (12) је триклиника, последња која представља неједнакости у свим угловима и осовинама.

Елемент (13) је ромбоедарски систем, аналоган кубном, али са углом γ различитим од 90 °. Коначно ту су и шестерокутни кристали

Помјерања елемената (14) потичу из шестерокутне призме уцртане зеленим испрекиданим линијама.

Према својој хемијској природи

- Ако су кристали су сачињени од јона, онда су јонске кристали присутни у соли (НаЦИ, цасо ₄ , ЦуЦл ₂ , КБр, итд)

- Молекули попут глукозе формирају (кад год могу) молекуларне кристале; у овом случају познати кристали шећера.

- Атоми чије су везе у суштини ковалентни облик ковалентних кристала. Такви су случајеви дијамантског или силицијум-карбида.

- Исто тако, метали попут злата формирају компактне кубичне структуре, које чине металне кристале.

Примери

К

НаЦл (кубични систем)

ЗнС (вуртзите, шестерокутни систем)

ЦуО (моноклински систем)

Референце

1. Куимитубе. (2015). Зашто "кристали" нису кристали. Преузето 24. маја 2018. године са: куимитубе.цом
2. Прессбоокс. 10.6 Конструкције решетке у кристалним чврстим материјама. Преузето 26. маја 2018. године са: опентектбц.ца
3. Академски ресурсни центар Цристал Струцтурес. . Преузето 24. маја 2018. године са: веб.иит.еду
4. Минг. (2015., 30. јуна). Типови кристалних структура. Преузето 26. маја 2018. године са: цристалитионс-филм.цом
5. Хелменстине, др Анне Марие (31. јануара 2018.). Врсте кристала. Преузето 26. маја 2018. године са: тхинкцо.цом
6. КХИ. (2007). Кристалне структуре. Преузето 26. маја 2018. године са: фолк.нтну.но
7. Павеł Малисзцзак. (25. април 2016.). Груби смарагдни кристали из долине Пањсхир у Авганистану. . Преузето 24. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг
8. Напи1кеноби. (26. априла 2008. године). Браваис решетке. . Преузето 26. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг
9. Корисник: Сбирнес321 (21. новембар 2011). Кристални или аморфни. . Преузето 26. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг