Kristalstructuur is de driedimensionale rangschikking van atomen in een vaste stof, die de fysische en chemische eigenschappen ervan bepaalt. Er zijn verschillende soorten kristalstructuren, zoals kubisch, hexagonaal, orthorombisch en andere, elk met zijn eigen specifieke kenmerken. In deze tekst bespreken we de verschillende soorten kristalstructuren, voorbeelden van materialen die ze bezitten en hun belang in de materiaalkunde.
Soorten kristalstructuren: leer over de verschillende configuraties van atomaire ordening in materialen.
Een kristalstructuur is de manier waarop atomen in een vaste stof zijn gerangschikt. Er zijn verschillende soorten kristalstructuren, elk met zijn eigen kenmerken en eigenschappen. Inzicht in deze verschillende atomaire rangschikkingen helpt ons het gedrag van materialen beter te begrijpen.
Een van de meest voorkomende kristalstructuren is de kubische structuur, waarbij atomen in een kubuspatroon zijn gerangschikt. Een ander veelvoorkomend type is de hexagonale structuur, waarbij atomen zeshoeken vormen in overlappende lagen.
Daarnaast bestaan er ook complexere kristalstructuren, zoals de tetragonale structuur, de orthorombische structuur en de trigonale structuur. Elk van deze structuren heeft zijn eigen unieke kenmerken, die de eigenschappen van de materialen beïnvloeden.
Het is belangrijk om te weten dat de kristalstructuur van een materiaal de mechanische, thermische, elektrische en optische eigenschappen ervan kan beïnvloeden. Daarom is inzicht in hoe atomen in materialen zijn gerangschikt essentieel om hun gedrag te voorspellen en te beheersen.
Kortom, inzicht in de verschillende soorten kristalstructuren helpt ons de eigenschappen van materialen beter te begrijpen en nieuwe toepassingen te ontwikkelen. Het is een fundamenteel aspect van materiaalkunde en materiaalkunde.
Leer meer over de 14 bestaande kristalroosters en hun unieke eigenschappen voor vaste materialen.
Kristalroosters zijn driedimensionale rangschikkingen van atomen in een vaste stof. Er zijn 14 verschillende soorten kristalroosters, elk met zijn eigen unieke eigenschappen. Deze roosters bepalen de fysische en chemische eigenschappen van vaste stoffen. Laten we eens kijken naar enkele van de belangrijkste kristalroosters en hun eigenschappen:
Face-Centered Cubic (FCC): In dit rooster bevinden zich atomen in de hoekpunten en het midden van elk vlak van de kubus. Het is een van de meest voorkomende roosters en heeft een hoge dichtheid en goede ductiliteit.
Lichaamsgerichte kubieke (BCC): In dit rooster bevinden de atomen zich in de hoekpunten en het midden van de kubus. Het heeft een lagere dichtheid dan het FCC-rooster en is resistenter, omdat het veel voorkomt in metalen zoals ijzer en chroom.
Eenvoudige kubieke (SC): In dit rooster zijn atomen alleen aanwezig in de hoekpunten van de kubus. Het heeft de laagste dichtheid van alle kubische roosters en is het minst stabiel, namelijk in materialen zoals polonium en natrium.
Hexagonaal dichtgepakt (HCP): In dit rooster vormen de atomen dicht opeengepakte hexagonale lagen, met extra atomen in de tussenruimtes tussen de lagen. Dit rooster komt minder vaak voor dan kubische roosters, maar is aanwezig in metalen zoals zink en magnesium.
Naast deze netwerken zijn er nog andere, zoals Tetragonaal, een Rhomboëdrisch en Monoklinisch, elk met zijn eigen unieke kenmerken. Inzicht in de verschillende kristalroosters is cruciaal om de eigenschappen van vaste stoffen en hun toepassingen in diverse wetenschappelijke en technologische gebieden beter te begrijpen.
Herkennen of de structuur CCC of CFC is: leer hoe u dit eenvoudig kunt onderscheiden.
Om te bepalen of een kristalstructuur BCC (Body-Centered Cubic) of FCC (Face-Centered Cubic) is, is het belangrijk om de positie van de atomen binnen de eenheidscel te observeren. In de BCC-structuur bevinden de atomen zich op de hoeken van de kubus en ook in het midden van de kubus. In de FCC-structuur bevinden de atomen zich op de hoeken van de kubus en ook op de vlakken van de kubus.
Een eenvoudige manier om de twee structuren te onderscheiden, is door het aantal atomen in elke eenheidscel te tellen. In de BCC-structuur bevindt zich 1 atoom in het midden van de kubus en 8 atomen op de hoeken, wat neerkomt op 2 atomen per cel. In de FCC-structuur bevindt zich 1 atoom in het midden van de kubus en 6 atomen op de vlakken, naast de 8 atomen op de hoeken, wat neerkomt op 4 atomen per cel.
Tel daarom bij het analyseren van de kristalstructuur van een materiaal het aantal atomen in de eenheidscel en bepaal of dit overeenkomt met 2 atomen (BCC) of 4 atomen (FCC). Met deze eenvoudige observatie kunt u gemakkelijk vaststellen of de structuur BCC of FCC is.
Kristalstructuur identificeren: tips en methoden voor het herkennen van de organisatie van atomen.
Kristalstructuur is de rangschikking van atomen in een materiaal en bepaalt de fysische en chemische eigenschappen ervan. Het identificeren van de kristalstructuur van een materiaal is essentieel voor het begrijpen van het gedrag en de toepassingen ervan. Er zijn verschillende tips en methoden om de rangschikking van atomen in een kristalstructuur te herkennen.
Een belangrijke tip is om op de vorm van de kristallen te letten. Cristaïs Kristallen zijn vaste structuren met een gedefinieerde geometrische vorm, die de rangschikking van atomen weerspiegelt. De vorm van kristallen kan het type kristalstructuur in het materiaal aangeven.
Een andere methode om kristalstructuren te identificeren is röntgendiffractie. Wanneer een röntgenbundel op een kristallijn materiaal valt, buigen de atomen in de kristalstructuur de röntgenstralen, waardoor een karakteristiek patroon ontstaat. Analyse van dit patroon kan de rangschikking van de atomen in het materiaal onthullen.
Transmissie-elektronenmicroscopie is een andere krachtige methode voor het identificeren van kristalstructuren. Deze techniek maakt directe visualisatie van de rangschikking van atomen in een materiaal mogelijk, wat een gedetailleerde analyse van de kristalstructuur mogelijk maakt.
Kortom, het identificeren van de kristalstructuur van een materiaal is cruciaal om de eigenschappen en toepassingen ervan te begrijpen. Het observeren van kristalvormen, het uitvoeren van röntgendiffractie en het gebruik van transmissie-elektronenmicroscopie zijn enkele van de beschikbare methoden om de rangschikking van atomen in een kristalstructuur te herkennen.
Kristalstructuur: structuur, typen en voorbeelden
A kristalstructuur is een van de vaste toestanden die atomen, ionen of moleculen in de natuur kunnen aannemen, gekenmerkt door een hoge ruimtelijke ordening. Met andere woorden, dit is een bewijs van de "corpusculaire architectuur" die veel lichamen met een glazig, glanzend uiterlijk kenmerkt.
Wat bevordert of welke kracht is verantwoordelijk voor deze symmetrie? De deeltjes zijn niet alleen, maar interacteren met elkaar. Deze interacties verbruiken energie en beïnvloeden de stabiliteit van vaste stoffen. De deeltjes proberen zich aan elkaar aan te passen om dit energieverlies te minimaliseren.
Hun intrinsieke aard zorgt er dus voor dat ze de meest stabiele ruimtelijke ordening vormen. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn wanneer de afstoting tussen gelijkgeladen ionen minimaal is of wanneer atomen – zoals metaalatomen – het grootst mogelijke volume in hun pakking innemen.
Het woord "kristal" heeft een chemische betekenis die kan worden verdraaid naar andere lichamen. Chemisch gezien verwijst het naar een geordende structuur (microscopisch) die bijvoorbeeld uit DNA-moleculen kan bestaan (een DNA-kristal).
Het wordt echter vaak misbruikt om te verwijzen naar elk glazen object of oppervlak, zoals spiegels of flessen. In tegenstelling tot echte kristallen bestaat glas uit een amorfe (verwarde) structuur van silicaten en vele andere additieven.
structuur
Smaragd edelstenen zijn afgebeeld in de afbeelding hierboven. Veel andere mineralen, zouten, metalen, legeringen en diamanten vertonen een kristalstructuur; maar welke relatie heeft hun orde met symmetrie?
Als een kristal, waarvan de deeltjes met het blote oog kunnen worden waargenomen, symmetriebewerkingen uitvoert (het wordt omgedraaid, onder verschillende hoeken gedraaid, op een vlak weerkaatst, enz.), zal blijken dat het in alle dimensies van de ruimte intact blijft.
Het tegenovergestelde gebeurt voor een amorfe vaste stof, waaruit verschillende systemen worden verkregen door deze aan een symmetriebewerking te onderwerpen. Bovendien ontbreken hierbij structurele herhalingspatronen, wat de willekeur in de verdeling van de deeltjes aantoont.
Wat is de kleinste eenheid waaruit het structuurpatroon bestaat? In de afbeelding hierboven is de kristallijne vaste stof symmetrisch in de ruimte, terwijl de amorfe vaste stof dat niet is.
Als er vierkanten zouden worden getekend met behulp van oranje bollen en symmetriebewerkingen, zouden er andere delen van het kristal ontstaan.
Het bovenstaande wordt herhaald met steeds kleinere vierkanten, totdat er een asymmetrisch vierkant wordt gevonden. Het vierkant dat daaraan voorafgaat in grootte is per definitie de eenheidscel.
Eenheidscel
De eenheidscel is de minimale structurele uitdrukking die de volledige reproductie van de kristallijne vaste stof mogelijk maakt. Hieruit is het mogelijk om het glas te assembleren en in alle richtingen van de ruimte te bewegen.
Het kan worden beschouwd als een kleine lade (koffer, emmer, container, enz.) waarin deeltjes, weergegeven als bollen, volgens een vulpatroon worden geplaatst. De afmetingen en geometrie van deze lade zijn afhankelijk van de lengte van de assen (a, b en c) en de hoeken daartussen (α, β en γ).
De eenvoudigste van alle eenheidscellen is de eenvoudige kubische structuur (bovenste afbeelding (1)). Hierbij bevinden de middelpunten van de bollen zich op de hoeken van de kubus, waardoor er vier aan de basis en vier aan het dak liggen.
In deze opstelling nemen de bollen amper 52% van het totale volume van de kubus in beslag. En omdat de natuur een hekel heeft aan vacuüm, zijn er niet veel verbindingen of elementen die deze structuur aannemen.
Als dezelfde bollen van de kubus echter zo worden gerangschikt dat ze het midden innemen (kubusvormig in het lichaam, bcc), is een compactere en efficiëntere pakking nodig (2). De bollen nemen nu 68% van het totale volume in beslag.
Aan de andere kant, in (3) neemt geen enkele bol het middelpunt van de kubus in, maar wel het middelpunt van de vlakken, en nemen ze samen tot 74% van het totale volume in beslag (kubieke middelpunt op de vlakken, ccp).
Hieruit kan worden afgeleid dat voor dezelfde kubus andere opstellingen mogelijk zijn, waarbij de manier waarop de bollen (ionen, moleculen, atomen, etc.) zijn gepakt, varieert.
Soorten
Kristalstructuren kunnen worden geclassificeerd op basis van hun kristalsysteem of de chemische aard van hun deeltjes.
Het kubische systeem is bijvoorbeeld het meest voorkomende systeem en veel kristallijne vaste stoffen vallen onder dit systeem. Dit systeem geldt echter ook voor ionische kristallen en metaalkristallen.
Volgens uw kristalsysteem
De zeven belangrijkste kristalsystemen zijn weergegeven in de vorige afbeelding. Opgemerkt kan worden dat veertien ervan producten zijn van andere verpakkingsvormen voor dezelfde systemen en de Bravais-roosters vormen.
Van (1) tot en met (3) zijn kristallen met kubische kristalsystemen te zien. In (2) is te zien (aan de blauwe strepen) dat de centrale bol en de hoekbol interacteren met acht aangrenzende bollen, waardoor de bollen coördinatiegetal 8 hebben. En in (3) is het coördinatiegetal 12 (om dit te zien, moet je de kubus in beide richtingen dupliceren).
Elementen (4) en (5) komen overeen met de enkelvoudige en centrum-gecentreerde tetragonale systemen. In tegenstelling tot het kubische systeem is de c-as langer dan de a- en b-as.
Van (6) tot (9) zijn de orthorombische systemen te vinden: van de eenvoudige systemen gecentreerd op de bases (7) tot die gecentreerd op het lichaam en de vlakken. Hierin zijn α, β en γ 90°, maar alle zijden hebben verschillende lengtes.
Figuren (10) en (11) zijn monokliene kristallen en (12) zijn trikliene kristallen, waarbij de laatste ongelijkheden in al hun hoeken en assen worden weergegeven.
Element (13) is het rhomboëdrische systeem, analoog aan het kubische systeem, maar met een hoek γ anders dan 90°. Ten slotte zijn er de hexagonale kristallen.
De verplaatsingen van de elementen (14) geven aanleiding tot het hexagonale prisma getekend door de groene stippellijnen.
Volgens de chemische aard ervan
– Als de kristallen door ionen worden gevormd, zijn het ionische kristallen die aanwezig zijn in zouten (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr, enz.)
– Moleculen zoals glucose vormen (indien mogelijk) moleculaire kristallen; in dit geval de bekende suikerkristallen.
– Atomen waarvan de bindingen in essentie covalent zijn, vormen covalente kristallen. Dit is het geval bij diamant en siliciumcarbide.
– Op vergelijkbare wijze vormen metalen zoals goud compacte kubische structuren, die samen metaalkristallen vormen.
Voorbeelden
K 2 Cr 2 O 7 (triklien systeem)
NaCl (kubisch systeem)
ZnS (wurtziet, hexagonaal systeem)
CuO (monoklinisch systeem)
Referências
- Quimitube (2015). Waarom “kristallen” geen kristallen zijn . Opgehaald op 24 mei 2018 van: quimitube.com
- Press Books 10.6 Roosterstructuren in kristallijne vaste stoffen. Geraadpleegd op 26 mei 2018 van: opentextbc.ca
- Crystal Structures Academic Resource Center. [PDF]. Geraadpleegd op 24 mei 2018 van: web.iit.edu
- Ming (30 juni 2015). Typen kristalstructuren . Opgehaald op 26 mei 2018 van: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 januari 2018). Soorten kristallen . Opgehaald op 26 mei 2018 van: thoughtco.com
- KHI (2007). Kristallijne structuren . Opgehaald op 26 mei 2018 van: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (25 april 2016). Ruwe smaragdkristallen uit de Panjshirvallei, Afghanistan . [Figuur]. Geraadpleegd op 24 mei 2018 van: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 april 2008). Malhas Bravais. [Figuur]. Opgehaald op 26 mei 2018, van: commons.wikimedia.org
- Gebruiker: Sbyrnes321. (21 november 2011). Kristallijn of amorf. [Figuur]. Geraadpleegd op 26 mei 2018 van: commons.wikimedia.org