Kristalinė struktūra yra trimatis atomų išsidėstymas kietoje medžiagoje, kuris lemia jos fizikines ir chemines savybes. Yra keletas kristalinių struktūrų tipų, tokių kaip kubinė, šešiakampė, ortorombinė ir kitos, kurių kiekviena turi savo specifinių savybių. Šiame tekste aptarsime skirtingus kristalinių struktūrų tipus, jas turinčių medžiagų pavyzdžius ir jų svarbą medžiagų moksle.
Kristalinės struktūros tipai: sužinokite apie skirtingas atomų išsidėstymo konfigūracijas medžiagose.
Kristalinė struktūra – tai atomų išsidėstymas kietoje medžiagoje. Yra įvairių tipų kristalinių struktūrų, kurių kiekviena turi savo charakteristikas ir savybes. Šių skirtingų atominių išsidėstymų supratimas padeda mums geriau suprasti medžiagų elgseną.
Vienas iš labiausiai paplitusių kristalinės struktūros tipų yra kubinė struktūra, kur atomai išsidėstę kubelių raštu. Kitas įprastas tipas yra šešiakampė struktūra, kur atomai sudaro šešiakampius persidengiančiais sluoksniais.
Be jų, yra ir sudėtingesnių kristalinių struktūrų, tokių kaip tetragoninė struktūra, ortorombinė struktūra ir trigoninė struktūra. Kiekviena iš šių struktūrų turi savo unikalių savybių, kurios įtakoja medžiagų savybes.
Svarbu pažymėti, kad medžiagos kristalinė struktūra gali paveikti jos mechanines, šilumines, elektrines ir optines savybes. Todėl norint numatyti ir kontroliuoti atomų elgseną, būtina suprasti, kaip jose išsidėstę atomai.
Trumpai tariant, skirtingų kristalinių struktūrų tipų supratimas padeda mums geriau suprasti medžiagų savybes ir kurti naujas jų taikymo sritis. Tai esminis medžiagų mokslo ir medžiagų inžinerijos aspektas.
Sužinokite apie 14 egzistuojančių kristalinių gardelių ir jų unikalias kietųjų medžiagų savybes.
Kristalinės gardelės yra trimatis atomų išsidėstymas kietoje medžiagoje. Yra 14 skirtingų kristalinių gardelių tipų, kurių kiekviena turi savo unikalių savybių. Šios gardelės lemia kietųjų medžiagų fizikines ir chemines savybes. Sužinokime apie kai kurias pagrindines kristalines gardeles ir jų charakteristikas:
Veido centre esantis kubinis (FCC)Šioje gardelėje atomai yra kubo kiekvieno paviršiaus viršūnėse ir centre. Tai viena iš labiausiai paplitusių gardelių, pasižyminti dideliu tankiu ir geru plastiškumu.
Kūno centrinė kubinė (BCC)Šioje gardelėje atomai yra kubo viršūnėse ir centre. Ji turi mažesnį tankį nei FCC gardelė ir yra atsparesnė, būdinga tokiems metalams kaip geležis ir chromas.
Paprastasis kubinis (SC)Šioje gardelėje atomai yra tik kubo viršūnėse. Ji turi mažiausią tankį tarp kubinių gardelių ir yra mažiausiai stabili, randama tokiose medžiagose kaip polonis ir natris.
Šešiakampis glaudžiai supakuotas (HCP)Šioje gardelėje atomai sudaro glaudžiai išsidėsčiusius šešiakampius sluoksnius, o tarp sluoksnių yra papildomų atomų. Ji retesnė nei kubinės gardelės, bet pasitaiko tokiuose metaluose kaip cinkas ir magnis.
Be šių tinklų, yra ir kitų, pvz. Keturkampis, Romboedrinė ir Monoklinika, kiekvienas su savo unikaliomis savybėmis. Norint geriau suprasti kietųjų medžiagų savybes ir jų pritaikymą įvairiose mokslo ir technologijų srityse, labai svarbu suprasti skirtingas kristalines gardeles.
CCC ar CFC struktūros nustatymas: išmokite lengvai atskirti.
Norint nustatyti, ar kristalinė struktūra yra BCC (kūno centro kubinė), ar FCC (su paviršiumi centro kubinė), svarbu stebėti atomų padėtį elementariojoje gardelėje. BCC struktūroje atomai yra kubo kampuose ir kubo centre. FCC struktūroje atomai yra kubo kampuose ir kubo paviršiuose.
Paprastas būdas atskirti šias dvi struktūras yra suskaičiuoti atomų skaičių kiekvienoje elementariojoje ląstelėje. BCC struktūroje kubo centre yra 1 atomas, o kampuose – 8 atomai, iš viso 2 atomai vienoje ląstelėje. FCC struktūroje kubo centre yra 1 atomas, o šonuose – 6 atomai, be 8 atomų kampuose, iš viso 4 atomai vienoje ląstelėje.
Todėl, analizuodami medžiagos kristalinę struktūrą, suskaičiuokite atomų skaičių elementariojoje gardelėje ir nustatykite, ar tai atitinka 2 atomus (BCC), ar 4 atomus (FCC). Atlikę šį paprastą stebėjimą, galėsite lengvai nustatyti, ar struktūra yra BCC, ar FCC.
Kristalinės struktūros nustatymas: patarimai ir metodai atomų organizacijai atpažinti.
Kristalinė struktūra yra atomų išsidėstymas medžiagoje, lemiantis jos fizines ir chemines savybes. Medžiagos kristalinės struktūros nustatymas yra būtinas norint suprasti jos elgseną ir pritaikymą. Yra keletas patarimų ir metodų, kaip atpažinti atomų išsidėstymą kristalinėje struktūroje.
Svarbus patarimas – stebėti kristalų formą. kristalai yra kietos struktūros su apibrėžta geometrine forma, kuri atspindi atomų išsidėstymą. Kristalų forma gali rodyti medžiagoje esančios kristalinės struktūros tipą.
Kitas kristalinės struktūros nustatymo metodas yra rentgeno spindulių difrakcija. Kai rentgeno spindulys patenka į kristalinę medžiagą, kristalinės struktūros atomai difrakuoja rentgeno spindulius, sukurdami būdingą modelį. Šio modelio analizė gali atskleisti atomų išsidėstymą medžiagoje.
Transmisinė elektroninė mikroskopija yra dar vienas galingas kristalinės struktūros nustatymo metodas. Šis metodas leidžia tiesiogiai vizualizuoti atomų išsidėstymą medžiagoje, todėl galima atlikti išsamią kristalinės struktūros analizę.
Trumpai tariant, medžiagos kristalinės struktūros nustatymas yra labai svarbus norint suprasti jos savybes ir pritaikymą. Kristalų formų stebėjimas, rentgeno spindulių difrakcijos atlikimas ir transmisinės elektroninės mikroskopijos naudojimas yra vieni iš metodų, leidžiančių atpažinti atomų išsidėstymą kristalinėje struktūroje.
Kristalinės struktūros struktūra, tipai ir pavyzdžiai
A kristalinė struktūra yra viena iš kietųjų būsenų, kurias atomai, jonai ar molekulės gali įgyti gamtoje, kuriai būdinga aukšta erdvinė tvarka. Kitaip tariant, tai yra „korpuskulinės architektūros“, kuri apibrėžia daugelį kūnų su stikline, blizgančia išvaizda, įrodymas.
Kas skatina šią simetriją arba kokia jėga už ją atsakinga? Dalelės nėra vienos, jos sąveikauja viena su kita. Ši sąveika eikvoja energiją ir veikia kietųjų dalelių stabilumą, todėl dalelės siekia prisitaikyti viena prie kitos, kad sumažintų šiuos energijos nuostolius.
Taigi, dėl savo prigimties jie sudaro stabiliausią erdvinį išsidėstymą. Pavyzdžiui, tai gali būti atvejis, kai vienodai įkrautų jonų stūma yra minimali arba kai atomai, pavyzdžiui, metalų atomai, užima didžiausią įmanomą tūrį savo sandaroje.
Žodis „kristalas“ turi cheminę reikšmę, kurią galima iškreipti kitiems kūnams. Chemiškai jis reiškia tvarkingą struktūrą (mikroskopiškai), kuri, pavyzdžiui, gali būti sudaryta iš DNR molekulių (DNR kristalas).
Tačiau jis dažnai netinkamai vartojamas kalbant apie bet kokį stiklinį objektą ar paviršių, pavyzdžiui, veidrodžius ar butelius. Skirtingai nuo tikrų kristalų, stiklas susideda iš amorfinės (mišrios) silikatų ir daugelio kitų priedų struktūros.
Struktūra
Smaragdo brangakmeniai pavaizduoti paveikslėlyje aukščiau. Daugelis kitų mineralų, druskų, metalų, lydinių ir deimantų pasižymi kristaline struktūra; bet koks jų tvarkos ryšys su simetrija?
Jei kristalas, kurio daleles galima stebėti plika akimi, atlieka simetrijos operacijas (jį apverčia, pasuka skirtingais kampais, atspindėja plokštumoje ir pan.), paaiškės, kad jis išlieka nepakitęs visuose erdvės matmenyse.
Priešingai nutinka amorfinei kietajai medžiagai, iš kurios, taikant simetrijos operaciją, gaunamos skirtingos sistemos. Be to, jai trūksta struktūrinių pasikartojimo modelių, o tai rodo dalelių pasiskirstymo atsitiktinumą.
Koks mažiausias vienetas, sudarantis struktūrinį modelį? Paveikslėlyje aukščiau kristalinė kieta medžiaga yra simetriška erdvėje, o amorfinė – ne.
Jei būtų nubraižyti kvadratai, kuriuose būtų taikomos oranžinės sferos ir simetrijos operacijos, jie sukurtų kitas kristalo dalis.
Tai kartojama su vis mažesniais kvadratais, kol randamas asimetriškas; prieš jį esantis dydis pagal apibrėžimą yra elementarioji ląstelė.
Vieneto ląstelė
Elementarioji ląstelė yra minimali struktūrinė išraiška, leidžianti visiškai atkurti kristalinę kietąją medžiagą. Iš jos galima surinkti stiklą, judinant jį visomis erdvės kryptimis.
Jį galima laikyti mažu stalčiumi (lagaminu, kibiru, konteineriu ir pan.), kuriame dalelės, pavaizduotos sferomis, išdėstomos pagal užpildymo schemą. Šio stalčiaus matmenys ir geometrija priklauso nuo jo ašių ilgių (a, b ir c), taip pat nuo kampų tarp jų (α, β ir γ).
Paprasčiausia iš visų elementariųjų ląstelių yra paprastoji kubinė struktūra (viršutinis paveikslėlis (1)). Joje sferų centrai užima kubo kampus, keturias prie pagrindo ir keturias prie stogo.
Šioje sferoje rutuliai vos užima 52 % viso kubo tūrio, ir kadangi gamta nekenčia vakuumo, nėra daug junginių ar elementų, kurie įgautų šią struktūrą.
Tačiau jei tos pačios kubo sferos išdėstytos taip, kad užimtų centrą (kubinė kūno dalis, bcc), reikės kompaktiškesnio ir efektyvesnio įpakavimo (2). Dabar sferos užima 68 % viso tūrio.
Kita vertus, (3) formulėje joks rutulys neužima kubo centro, bet užima jo paviršių centrai, ir visi jie užima iki 74 % viso tūrio (kubinis paviršių centras, ccp).
Taigi, galima pastebėti, kad tam pačiam kubui galima gauti ir kitus išdėstymus, keičiant sferų (jonų, molekulių, atomų ir kt.) supakavimo būdą.
Tipas
Kristalų struktūras galima klasifikuoti pagal jų kristalines sistemas arba jų dalelių cheminę prigimtį.
Pavyzdžiui, kubinė sistema yra labiausiai paplitusi iš visų ir daugelis kristalinių kietųjų kūnų yra valdomi jos; tačiau ta pati sistema taikoma ir joniniams kristalams, ir metaliniams kristalams.
Pagal jūsų kristalinę sistemą
Ankstesniame paveikslėlyje pavaizduotos septynios pagrindinės kristalinės sistemos. Galima pastebėti, kad iš tikrųjų keturiolika iš jų yra tų pačių sistemų kitų pakavimo formų produktai ir sudaro Bravaiso gardeles.
Nuo (1) iki (3) yra kristalai su kubinėmis kristalų sistemomis. (2) lygtyje (iš mėlynų juostelių) matyti, kad centrinė sfera ir kampinė sfera sąveikauja su aštuoniais kaimynais, todėl sferų koordinacijos skaičius yra 8. O (3) lygtyje koordinacijos skaičius yra 12 (norint tai pamatyti, reikia dubliuoti kubą bet kuria kryptimi).
Elementai (4) ir (5) atitinka paprastas ir centre centruotas tetragonines sistemas. Skirtingai nuo kubinės, jos c ašis yra ilgesnė nei a ir b ašys.
Nuo (6) iki (9) yra ortorombinės sistemos: nuo paprastų, kurių centras yra pagrindai (7), iki tų, kurių centras yra kūnas ir plokštumos. Jose α, β ir γ yra 90º, bet visos kraštinės yra skirtingo ilgio.
(10) ir (11) paveiksluose pavaizduoti monoklininiai kristalai, o (12) – triklininiai, kuriuose pastarosios nelygybės matomos visuose jų kampuose ir ašyse.
Elementas (13) yra romboedrinė sistema, analogiška kubinei, bet su kampu γ, kuris nėra 90°. Galiausiai yra šešiakampiai kristalai.
Elementų (14) poslinkiai sukuria šešiakampę prizmę, nubrėžtą žaliomis punktyrinėmis linijomis.
Pagal savo cheminę prigimtį
– Jei kristalai susidaro iš jonų, tai yra joniniai kristalai, esantys druskose (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr ir kt.)
– Tokios molekulės kaip gliukozė (kai tik įmanoma) sudaro molekulinius kristalus; šiuo atveju – garsiuosius cukraus kristalus.
– Atomai, kurių jungtys iš esmės yra kovalentinės, sudaro kovalentinius kristalus. Taip yra su deimantu ir silicio karbidu.
– Panašiai metalai, tokie kaip auksas, sudaro kompaktiškas kubines struktūras, kurios sudaro metalinius kristalus.
„Exemplos“
K 2 Cr 2 O 7 (triklininė sistema)
NaCl (kubinė sistema)
ZnS (vurtzitas, šešiakampė sistema)
CuO (monoklininė sistema)
Nuorodos
- Quimitube (2015). Kodėl „kristalai“ nėra kristalai Gauta 24 m. gegužės 2018 d. iš: quimitube.com
- „Press Books“ 10.6 „Gardelės struktūros kristalinėse kietosiose medžiagose“. Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: opentextbc.ca
- Kristalinių struktūrų akademinių išteklių centras. [PDF]. Gauta 24 m. gegužės 2018 d. iš: web.iit.edu
- Mingas (30 m. birželio 2015 d.). Kristalinių struktūrų tipai Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 m. sausio 2018 d.). Kristalų tipai Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: thoughtco.com
- KHI (2007). Kristalinės struktūros Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: folk.ntnu.no
- Pawełas Maliszczakas. (25 m. balandžio 2016 d.). Neapdoroti smaragdo kristalai iš Pandžširo slėnio, Afganistano . [Paveikslėlis]. Gauta 24 m. gegužės 2018 d. iš: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 m. balandžio 2008 d.). Malhasas Bravaisas. [Paveikslas]. Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: commons.wikimedia.org
- Vartotojas: Sbyrnes321. (21 m. lapkričio 2011 d.). Kristalinis arba amorfinis. [Paveikslėlis]. Gauta 26 m. gegužės 2018 d. iš: commons.wikimedia.org