СТРУКТУРА КРИСТАЛІВ: СТРУКТУРА, ТИПИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Кристалічна структура є одним з твердих станів , що атоми, іони або молекули можуть брати в природі, який характеризується наявністю високого сфері просторового планування. Іншими словами, це свідчить про «корпускулярну архітектуру», яка визначає багато тіл зі склоподібними та блискучими виглядами.

Що сприяє чи яка сила відповідає за цю симетрію? Частинки не самотні, але взаємодіють між собою. Ці взаємодії споживають енергію та впливають на стабільність твердих тіл, так що частинки прагнуть розмістити себе, щоб мінімізувати цю втрату енергії.

Тож їх внутрішня природа веде їх до того, щоб вони розмістилися в найбільш стійкому просторовому розташуванні. Наприклад, це може бути той, де відштовхування між іонами з рівними зарядами мінімальні, або де деякі атоми - як металеві - також займають найбільший можливий обсяг у своїй упаковці.

Слово «кристал» має хімічне значення, яке може бути неправильно представлене для інших тіл. Хімічно це стосується впорядкованої структури (мікроскопічно), яка, наприклад, може складатися з молекул ДНК (кристал ДНК).

Однак в народі неправильно позначати будь-який скляний предмет або поверхню, наприклад дзеркала або пляшки. На відміну від справжніх кристалів, скло складається з аморфної (невпорядкованої) структури силікатів та багатьох інших добавок.

Будова

На зображенні вище зображено деякі смарагдові дорогоцінні камені. Так само, як і багато інших мінералів, солей, металів, сплавів і алмазів, мають кристалічну структуру; але, яке співвідношення має впорядкованість із симетрією?

Якщо на кристал, частинки якого можна було б спостерігати неозброєним оком, застосовувати операції симетрії (інвертувати його, обертати його під різними кутами, відбивати його в площині тощо), то буде виявлено, що він залишається неушкодженим у всіх вимірах простору.

Для аморфного твердого тіла відбувається протилежне, з якого виходять різні порядки, піддаючи його операції симетрії. Крім того, їй не вистачає структурних схем повторення, що показує випадковість розподілу його частинок.

Яка найменша одиниця, що складає структурну схему? На верхньому зображенні кристалічне тверде тіло симетричне в просторі, а аморфне - ні.

Якби малювали квадрати, щоб укласти помаранчеві кулі, і до них застосували операції симетрії, було б встановлено, що вони генерують інші частини кристала.

Сказане повторюється з меншими та меншими квадратами, поки не знайдеться той, який не є асиметричним; той, що передує йому за розміром, є, за визначенням, одиничною коміркою.

Одиниця комірки

Одинична комірка - це мінімальний структурний вираз, який дозволяє повне відтворення кристалічного твердого тіла. З цього можна зібрати скло, переміщаючи його у всіх напрямках у просторі.

Його можна розглядати як невеликий ящик (багажник, відро, контейнер тощо), де частинки, представлені сферами, розміщуються за схемою наповнення. Розміри та геометрія цього ящика залежать від довжини його осей (a, b і c), а також кутів між ними (α, β і γ).

Найпростіша з усіх одиничних осередків - це проста кубічна структура (верхнє зображення (1)). При цьому центр сфер займає кути куба, чотири біля його основи і чотири під стелею.

У такому розташуванні сфери займають лише 52% від загального об'єму куба, і оскільки природа перебуває під вакуумом, не багато сполук або елементів приймають цю структуру.

Однак якщо сфери розташовані в одному кубі таким чином, що одна займає центр (кубічний центр з тілом, скп), тоді буде більш компактна та ефективна упаковка (2). Зараз сфери займають 68% від загального обсягу.

З іншого боку, в (3) жодна сфера не займає центр куба, але це центр її граней, і всі вони займають до 74% від загального об'єму (кубик, орієнтований на обличчя, куб. См).

Таким чином, можна зрозуміти, що для одного і того ж куба можна отримати інші домовленості, змінюючи спосіб упакування сфер (іони, молекули, атоми тощо).

Типи

Кристалічні структури можна класифікувати за їх кристалічними системами або хімічною природою їх частинок.

Наприклад, кубічна система є найпоширенішою з усіх, і багато кристалічних твердих речовин керуються нею; однак ця сама система стосується як іонних, так і металевих кристалів.

Відповідно до його кристалічної системи

На попередньому зображенні представлено сім основних кристалічних систем. Можна зазначити, що насправді є чотирнадцять таких, які є виробом інших форм упаковки для тих же систем і складають мережі Bravais.

Від (1) до (3) - кристали з кубічними кристалічними системами. У (2) спостерігається (за синіми смугами), що сфера в центрі та куті взаємодіють з вісьмома сусідами, тому сфери мають координаційне число 8. А в (3) номер координації дорівнює 12 (щоб побачити його, потрібно дублювати куб у будь-якому напрямку).

Елементи (4) та (5) відповідають простим та орієнтованим на обличчя чотирикутним системам. На відміну від кубічної, її вісь c довша за вісь a і b.

Від (6) до (9) - орторомбічні системи: від простих і орієнтованих на основи (7), до тих, що зосереджені на тілі та на обличчях. У цих α, β і γ дорівнює 90º, але всі сторони мають різну довжину.

Фігури (10) та (11) - моноклінічні кристали, а (12) - триклінічний, останній представляє нерівності у всіх його кутах та осях.

Елемент (13) - це ромбоедрична система, аналогічна кубічній, але з кутом γ, відмінним від 90º. Нарешті, є гексагональні кристали

Зміщення елементів (14) походять від шестикутної призми, простеженої зеленими пунктирними лініями.

За його хімічною природою

- Якщо кристали складаються з іонів, то вони є іонними кристалами, присутніми в солях (NaCl, CaSO ₄ , CuCl ₂ , KBr тощо)

- Молекули, як глюкоза, утворюють (коли вони можуть) молекулярні кристали; в цьому випадку відомі кристали цукру.

- Атоми, зв’язки яких по суті є ковалентними, утворюють ковалентні кристали. Такі випадки алмазу або карбіду кремнію.

- Так само метали, такі як золото, утворюють компактні кубічні структури, які складають металеві кристали.

Приклади

К

NaCl (кубічна система)

ZnS (вурцит, шестикутна система)

CuO (моноклінічна система)

Список літератури

1. Кімітуб. (2015). Чому «кристали» - це не кристали. Отримано 24 травня 2018 року з: quimitube.com
2. Прес-книги. 10.6 Структури решіток у кристалічних твердих тілах. Отримано 26 травня 2018 року з: opentextbc.ca
3. Академічний ресурсний центр кристалічних структур. . Отримано 24 травня 2018 року з: web.iit.edu
4. Мін. (2015 р., 30 червня). Види кристалічних структур. Отримано 26 травня 2018 року з: crystalitions-film.com
5. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (31 січня 2018 р.). Види кристалів. Отримано 26 травня 2018 року з: thinkco.com
6. KHI. (2007). Кристалічні структури. Отримано 26 травня 2018 року з: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25 квітня 2016 р.). Грубі кристали смарагду з долини Паньшір в Афганістані. . Отримано 24 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 квітня 2008 р.). Решітки Брава. . Отримано 26 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
9. Користувач: Sbyrnes321. (21 листопада 2011 р.). Кристалічний або аморфний. . Отримано 26 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org