ОДИНИЧНА КОМІРКА: ВЛАСТИВОСТІ, МЕРЕЖЕВІ КОНСТАНТИ ТА ТИПИ - ХІМІЯ - 2025

Елементарна комірка являє собою уявний простір або область , яка представляє собою мінімальну експресію в цілому; що у випадку хімії цілим буде кристал, що складається з атомів, іонів чи молекул, які розташовані за структурною схемою.

Приклади, які втілюють це поняття, можна знайти у повсякденному житті. Для цього необхідно звернути увагу на предмети чи поверхні, що демонструють певний повторюваний порядок їх елементів. Деякі мозаїки, барельєфи, покриті стелі, простирадла та шпалери можуть загалом містити те, що розуміється під осередком.

Паперові одиничні клітини котів і кіз. Джерело: Ганна Петрущат (WMDE).

Щоб проілюструвати це більш чітко, ми маємо зображення вище, яке можна було б використовувати як шпалери. У ньому коти та кози з'являються з двома альтернативними почуттями; коти стоять вертикально або догори дном, а кози лежать обличчям вгору або вниз.

Ці коти та кози встановлюють структурну послідовність, що повторюється. Щоб скласти цілий папір, досить було б достатньо кількість разів відтворити одиничну клітинку по поверхні, використовуючи поступальні рухи.

Можливі одиничні осередки представлені синім, зеленим та червоним полями. Будь-який із цих трьох можна використати для отримання ролі; але, потрібно уявно перемістити їх по поверхні, щоб з’ясувати, чи вони відтворюють ту саму послідовність, яку спостерігали на зображенні.

Починаючи з червоного поля, було б зрозуміло, що якби три стовпчики (котів і козлів) переміщували ліворуч, два кози вже не з'являться внизу, а лише одна. Тому це призведе до іншої послідовності і не може розглядатися як одинична комірка.

Якщо, якщо вони образно переміщують два поля, синій та зелений, вийде однакова послідовність паперу. Обидва є одиничними клітинками; однак синє поле більше підпорядковується цьому визначенню, оскільки воно менше, ніж зелене поле.

Властивості осередку одиниці

Власне визначення, окрім щойно поясненого прикладу, пояснює декілька його властивостей:

-Якщо вони рухатимуться в просторі, незалежно від напрямку, вийде твердий або повний кристал. Це тому, що, як згадується з котами та козами, вони відтворюють структурну послідовність; що дорівнює просторовому розподілу повторюваних одиниць.

- Вони повинні бути якомога меншими (або займати невеликий об'єм) порівняно з іншими можливими варіантами комірок.

-Зазвичай вони симетричні. Також його симетрія буквально відображається в кристалах сполуки; якщо одинична клітина солі кубічна, її кристали будуть кубічними. Однак є кристалічні структури, які описуються як одиничні клітини із спотвореною геометрією.

- Вони містять повторювані одиниці, які можна замінити очками, які, в свою чергу, складають те, що називається решіткою в трьох вимірах. У попередньому прикладі коти та кози представляють точки решітки, видно з вищої площини; тобто два виміри.

Кількість повторюваних одиниць

Повторювані одиниці або точки решітки одиничних комірок підтримують однакову частку твердих частинок.

Якщо порахувати кількість котів та кіз в межах синього поля, у вас будуть дві коти та кози. Те саме відбувається і з зеленим полем, і з червоним полем (навіть якщо вже відомо, що це не одинична комірка).

Припустимо, наприклад, що коти та кози є відповідно атомами G та C (дивна шва тварин). Оскільки відношення G до C становить 2: 2 або 1: 1 у синьому полі, можна з упевненістю очікувати, що тверда речовина матиме формулу GC (або CG).

Коли тверда речовина має більш-менш компактні структури, як це відбувається з солями, металами, оксидами, сульфідами та сплавами, в одиничних клітинах немає цілих повторюваних одиниць; тобто є їх частини або частини, які складають до однієї або двох одиниць.

Це не стосується GC. Якщо так, синя скринька "розділила б" котів та козлів на дві частини (1 / 2G та 1 / 2C) або чотири частини (1/4G та 1 / 4C). У наступних розділах буде видно, що в цих одиничних клітинах ретикулярні точки зручно розділяти цим та іншими способами.

Які константи мережі визначають одиницю комірки?

Одиничні комірки в прикладі GC є двовимірними; однак це не стосується реальних моделей, які враховують усі три виміри. Таким чином, квадрати або паралелограми перетворюються на паралелепіпеди. Тепер термін "клітина" має більше сенсу.

Розміри цих комірок або паралелепіпедів залежать від того, наскільки довгі їх відповідні сторони та кути.

На нижньому зображенні маємо нижній задній кут паралелепіпеда, складений із сторін a, b і c, і кути α, β і γ.

Параметри одиничної комірки. Джерело: Габріель Болівар.

Як видно, a трохи довше b і c. У центрі є пунктирне коло, яке позначає кути α, β та γ між ac, cb та ba відповідно. Для кожної одиничної комірки ці параметри мають постійні значення та визначають її симетрію та іншу частину кристала.

Знову застосувавши трохи фантазії, параметри зображення визначали б кубічну клітинку, розтягнуту на її краю a. Таким чином, одиничні клітини виникають з різною довжиною і кутами їх ребер, які також можна класифікувати на різні типи.

Типи

14 мереж Bravais і сім основних кристалічних систем. Джерело: Оригінальним завантажувачем був Ангренсе в Португальській Вікіпедії.

Зауважте для початку на верхньому зображенні пунктирними лініями всередині одиничних комірок: вони позначають нижній задній кут, як тільки було пояснено. Можна задати наступне питання: де розташовані точки решітки або повторювані одиниці? Хоча вони створюють неправильне враження, що клітини порожні, відповідь лежить на їх вершинах.

Ці клітинки генеруються або вибираються таким чином, що повторювані одиниці (сіруваті точки зображення) розташовані в їх вершинах. Залежно від значень параметрів, встановлених у попередньому розділі, постійних для кожної одиничної комірки, виводиться сім кристалічних систем.

Кожна кристалічна система має свою одиничну осередок; другий визначає перший. У верхньому зображенні сім ящиків, що відповідають семи кристалічним системам; або, більш узагальненим чином, кристалічні мережі. Так, наприклад, кубічна одинична комірка відповідає одній із кристалічних систем, яка визначає кубічну кристалічну решітку.

Відповідно до зображення, кристалічними системами або мережами є:

-Кубічний

-Тетрагональний

-Орторомбічна

-Гегагональна

-Моноклініка

-Триклініка

-Тригональна

І всередині цих кристалічних систем виникають інші, що складають чотирнадцять мереж Bravais; що серед усіх кристалічних мереж вони є найпростішими.

Кубічний

У куба всі його сторони і кути рівні. Тому в цій осередковій комірці справедливо наступне:

α = β = γ = 90º

Є три кубічні одиничні осередки: прості чи примітивні, тілесно орієнтовані (ОЦК) та лицьові (Fcc). Відмінності полягають у тому, як розподіляються точки (атоми, іони чи молекули) та в їх кількості.

Яка з цих клітин найкомплектніша? Той, обсяг якого більше зайнятий очками: кубічний - з центром на гранях. Зауважте, що якби ми замінили крапки на кішок і козлів з самого початку, вони не обмежилися б однією кліткою; вони належали б і поділялися б кількома. Знову ж, це були б порції G або C.

Кількість одиниць

Якби коти чи кози були у вершинах, їх поділяли б 8 одиничних осередків; тобто кожна клітинка мала б 1/8 G або C. Приєднайте або уявіть 8 кубів у двох стовпцях по два ряди, щоб візуалізувати її.

Якби коти чи кози були на обличчі, їх поділяли б лише 2 одиничні клітини. Щоб побачити це, просто покладіть два кубики разом.

З іншого боку, якби кішка або коза були в центрі куба, вони належали б лише одній одиничній клітині; Те саме відбувається з полями в основному зображенні, коли концепція була розглянута.

Сказавши вище, в простій кубічної елементарної осередку є одиниця або ретикулярна точки, так як він має 8 вершин (1/8 х 8 = 1). Для кубічної клітини, центрованої в тілі, є: 8 вершин, що дорівнює одному атому, і точка або одиниця в центрі; тому існує два одиниці.

А для кубічної клітини, орієнтованої на обличчя, є: 8 вершин (1) та шість граней, де поділяється половина кожної точки або одиниці (1/2 x 6 = 3); тому він має чотири одиниці.

Тетрагональний

Аналогічні зауваження можна зробити щодо одиничної комірки для тетрагональної системи. Його структурні параметри такі:

α = β = γ = 90º

Орторомбічний

Параметри орторомбічної клітини:

α = β = γ = 90º

Моноклініка

Параметри для моноклінічної клітини:

α = γ = 90 °; β ≠ 90º

Триклініка

Параметри для триклінічної комірки:

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

Шестикутна

Параметри для гексагональної комірки:

α = β = 90 °; γ ≠ 120º

Клітина насправді становить третину шестикутної призми.

Трикутний

І нарешті, параметри для тригональної комірки:

α = β = γ ≠ 90º

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). ЦЕНГАЖ Навчання P 474-477.
2. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
3. Вікіпедія. (2019). Первісна клітина. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Брайан Стефані. (2019). Одиниця комірки: параметри ґрат і кубічні структури. Вивчення. Відновлено з: study.com
5. Академічний ресурсний центр. (sf). Кристалічні структури. . Іллінойський технологічний інститут. Відновлено з: web.iit.edu
6. Белфорд Роберт. (7 лютого 2019 р.). Кристалічні решітки та одиничні осередки. Хімічні лібретексти. Відновлено з: chem.libretexts.org