Structura cristalină este aranjamentul tridimensional al atomilor într-un material solid, care determină proprietățile sale fizice și chimice. Există mai multe tipuri de structuri cristaline, cum ar fi cubice, hexagonale, ortorombice și altele, fiecare cu propriile caracteristici specifice. În acest text, vom discuta diferitele tipuri de structuri cristaline, exemple de materiale care le posedă și importanța lor în știința materialelor.
Tipuri de structuri cristaline: aflați despre diferitele configurații ale aranjamentului atomic în materiale.
O structură cristalină este modul în care atomii sunt aranjați într-un material solid. Există diferite tipuri de structuri cristaline, fiecare cu propriile caracteristici și proprietăți. Înțelegerea acestor diferite aranjamente atomice ne ajută să înțelegem mai bine comportamentul materialelor.
Unul dintre cele mai comune tipuri de structură cristalină este structura cubică, în care atomii sunt aranjați într-un model de cuburi. Un alt tip comun este structura hexagonală, în care atomii formează hexagoane în straturi suprapuse.
Pe lângă acestea, există și structuri cristaline mai complexe, cum ar fi structura tetragonală, structura ortorombică și structura trigonală. Fiecare dintre aceste structuri are propriile caracteristici unice, care influențează proprietățile materialelor.
Este important de menționat că structura cristalină a unui material poate afecta proprietățile sale mecanice, termice, electrice și optice. Prin urmare, înțelegerea modului în care sunt aranjați atomii în materiale este esențială pentru prezicerea și controlul comportamentului acestora.
Pe scurt, înțelegerea diferitelor tipuri de structuri cristaline ne ajută să înțelegem mai bine proprietățile materialelor și să dezvoltăm noi aplicații pentru acestea. Este un aspect fundamental al științei materialelor și al ingineriei materialelor.
Aflați despre cele 14 rețele cristaline existente și despre caracteristicile lor unice pentru materialele solide.
Rețelele cristaline sunt aranjamente tridimensionale ale atomilor într-un material solid. Există 14 tipuri diferite de rețele cristaline, fiecare cu propriile caracteristici unice. Aceste rețele determină proprietățile fizice și chimice ale materialelor solide. Să aflăm despre unele dintre principalele rețele cristaline și caracteristicile acestora:
Cub centrat pe fețe (FCC)În această rețea, atomii sunt prezenți în vârfurile și în centrul fiecărei fețe a cubului. Este una dintre cele mai comune rețele și are o densitate mare și o ductilitate bună.
Cubic centrat pe corp (BCC)În această rețea, atomii sunt prezenți în vârfurile și în centrul cubului. Are o densitate mai mică decât rețeaua FCC și este mai rezistentă, fiind comună în metale precum fierul și cromul.
Cub simplu (SC)În această rețea, atomii sunt prezenți doar la vârfurile cubului. Are cea mai mică densitate dintre rețelele cubice și este cea mai puțin stabilă, găsindu-se în materiale precum poloniul și sodiul.
Hexagonal compact (HCP)În această rețea, atomii formează straturi hexagonale dense, cu atomi suplimentari în interstițiile dintre straturi. Este mai puțin frecventă decât rețeaua cubică, dar prezentă în metale precum zincul și magneziul.
Pe lângă aceste rețele, există și altele, cum ar fi tetragonală, A Romboedric şi Monoclinic, fiecare cu propriile caracteristici unice. Înțelegerea diferitelor rețele cristaline este crucială pentru o mai bună înțelegere a proprietăților materialelor solide și a aplicațiilor acestora în diverse domenii ale științei și tehnologiei.
Identificarea structurii CCC sau CFC: învățați cum să o diferențiați cu ușurință.
Pentru a identifica dacă o structură cristalină este BCC (Body-Centered Cubic - Cubica centrată pe corp) sau FCC (Face-Centered Cubic - Cubica centrată pe fețe), este important să se observe poziția atomilor în cadrul celulei unitare. În structura BCC, atomii sunt situați în colțurile cubului și, de asemenea, în centrul cubului. În structura FCC, atomii sunt situați în colțurile cubului și, de asemenea, pe fețele cubului.
O modalitate ușoară de a diferenția cele două structuri este de a număra numărul de atomi prezenți în fiecare celulă unitară. În structura BCC, există 1 atom în centrul cubului și 8 atomi la colțuri, însumând 2 atomi per celulă. În structura FCC, există 1 atom în centrul cubului și 6 atomi la fețe, pe lângă cei 8 atomi din colțuri, însumând 4 atomi per celulă.
Prin urmare, atunci când analizați structura cristalină a unui material, numărați numărul de atomi din celula elementară și determinați dacă acesta corespunde la 2 atomi (BCC) sau 4 atomi (FCC). Cu această observație simplă, veți putea identifica cu ușurință dacă structura este BCC sau FCC.
Identificarea structurii cristaline: sfaturi și metode pentru recunoașterea organizării atomilor.
Structura cristalină este aranjamentul atomilor într-un material, determinând proprietățile sale fizice și chimice. Identificarea structurii cristaline a unui material este esențială pentru înțelegerea comportamentului și aplicațiilor sale. Există mai multe sfaturi și metode pentru recunoașterea aranjamentului atomilor într-o structură cristalină.
Un sfat important este să observați forma cristalelor. cristale sunt structuri solide cu o formă geometrică definită, care reflectă aranjamentul atomilor. Forma cristalelor poate indica tipul de structură cristalină prezentă în material.
O altă metodă de identificare a structurii cristaline este difracția cu raze X. Când un fascicul de raze X atinge un material cristalin, atomii din structura cristalină difractă razele X, producând un model caracteristic. Analizarea acestui model poate dezvălui aranjamentul atomilor în material.
Microscopia electronică de transmisie este o altă metodă puternică pentru identificarea structurii cristaline. Această tehnică permite vizualizarea directă a aranjamentului atomilor într-un material, permițând o analiză detaliată a structurii cristaline.
Pe scurt, identificarea structurii cristaline a unui material este crucială pentru înțelegerea proprietăților și aplicațiilor sale. Observarea formelor cristalelor, efectuarea difracției de raze X și utilizarea microscopiei electronice de transmisie sunt câteva dintre metodele disponibile pentru a recunoaște aranjamentul atomilor într-o structură cristalină.
Structura cristalină: structură, tipuri și exemple
A structura cristalină este una dintre stările solide pe care atomii, ionii sau moleculele le pot adopta în natură, caracterizată printr-o ordine spațială ridicată. Cu alte cuvinte, aceasta este o dovadă a „arhitecturii corpusculare” care definește multe corpuri cu aspect sticlos, strălucitor.
Ce promovează sau ce forță este responsabilă pentru această simetrie? Particulele nu sunt singure, ci interacționează unele cu altele. Aceste interacțiuni consumă energie și afectează stabilitatea solidelor, așa că particulele caută să se acomodeze reciproc pentru a minimiza această pierdere de energie.
Astfel, natura lor intrinsecă îi determină să formeze cel mai stabil aranjament spațial. De exemplu, acesta ar putea fi un caz în care repulsiile dintre ionii cu încărcări similare sunt minime sau în care atomii - cum ar fi atomii metalici - ocupă cel mai mare volum posibil în împachetarea lor.
Cuvântul „cristal” are un înțeles chimic care poate fi distorsionat pentru a fi reprezentat de alte corpuri. Chimic, se referă la o structură ordonată (microscopic) care, de exemplu, ar putea fi formată din molecule de ADN (un cristal de ADN).
Cu toate acestea, este folosit în mod obișnuit în mod greșit pentru a se referi la orice obiect sau suprafață sticloasă, cum ar fi oglinzile sau sticlele. Spre deosebire de cristalele adevărate, sticla este alcătuită dintr-o structură amorfă (confuză) de silicați și mulți alți aditivi.
Structura
Pietrele prețioase de smarald sunt ilustrate în imaginea de mai sus. Multe alte minerale, săruri, metale, aliaje și diamante prezintă o structură cristalină; dar ce relație are ordinea lor cu simetria?
Dacă un cristal, ale cărui particule pot fi observate cu ochiul liber, efectuează operații de simetrie (îl inversează, îl rotește la diferite unghiuri, îl reflectă pe un plan etc.), se va constata că acesta rămâne intact în toate dimensiunile spațiului.
Opusul se întâmplă în cazul unui solid amorf, din care se obțin diferite sisteme prin supunerea sa unei operații de simetrie. În plus, acestuia îi lipsesc modele de repetiție structurală, ceea ce demonstrează caracterul aleatoriu în distribuția particulelor sale.
Care este cea mai mică unitate care alcătuiește modelul structural? În imaginea de mai sus, solidul cristalin este simetric în spațiu, în timp ce solidul amorf nu este.
Dacă s-ar desena pătrate care să aplice sfere portocalii și operații de simetrie, acestea ar genera alte părți ale cristalului.
Cele de mai sus se repetă cu pătrate din ce în ce mai mici, până când se găsește unul asimetric; cel care îl precede ca dimensiune este, prin definiție, celula unitară.
Celulă unitară
Celula elementară este expresia structurală minimă ce permite reproducerea completă a solidului cristalin. Din aceasta, este posibilă asamblarea sticlei, mișcând-o în toate direcțiile spațiului.
Poate fi considerat un mic sertar (cufăr, găleată, recipient etc.) în care particulele, reprezentate prin sfere, sunt plasate urmând un model de umplere. Dimensiunile și geometriile acestui sertar depind de lungimile axelor sale (a, b și c), precum și de unghiurile dintre acestea (α, β și γ).
Cea mai simplă dintre toate celulele unitare este structura cubică simplă (imaginea de sus (1)). În aceasta, centrele sferelor ocupă colțurile cubului, plasându-se patru la baza acestuia și patru la vârf.
În acest aranjament, sferele ocupă abia 52% din volumul total al cubului și, deoarece natura detestă vidul, nu există mulți compuși sau elemente care adoptă această structură.
Totuși, dacă aceleași sfere ale cubului sunt aranjate astfel încât să ocupe centrul (cubic în corp, bcc), va fi necesară o împachetare mai compactă și mai eficientă (2). Acum, sferele ocupă 68% din volumul total.
Pe de altă parte, în (3) nicio sferă nu ocupă centrul cubului, dar centrul fețelor sale o face, și toate ocupă până la 74% din volumul total (centrul cub pe fețe, ccp).
Astfel, se poate observa că se pot obține și alte aranjamente pentru același cub, variind modul în care sunt împachetate sferele (ioni, molecule, atomi etc.).
Tipuri
Structurile cristaline pot fi clasificate în funcție de sistemele lor cristaline sau de natura chimică a particulelor lor.
De exemplu, sistemul cubic este cel mai comun dintre toate și multe solide cristaline sunt guvernate de acesta; cu toate acestea, același sistem se aplică cristalelor ionice și cristalelor metalice.
Conform sistemului tău cristalin
Cele șapte sisteme cristaline principale sunt reprezentate în imaginea anterioară. Se poate observa că, de fapt, paisprezece dintre ele sunt produse ale altor forme de împachetare pentru aceleași sisteme și alcătuiesc rețelele Bravais.
De la (1) la (3) sunt cristale cu sisteme cristaline cubice. În (2) se poate observa (din dungile albastre) că sfera centrală și sfera de colț interacționează cu opt vecini, astfel încât sferele au un număr de coordonare de 8. Iar în (3) numărul de coordonare este 12 (pentru a vedea acest lucru trebuie să duplicați cubul în oricare direcție).
Elementele (4) și (5) corespund sistemelor tetragonale simple și centrate în centru. Spre deosebire de cubic, axa sa c este mai lungă decât axele a și b.
De la (6) la (9) sunt sistemele ortorombice: de la cele simple centrate pe baze (7), până la cele centrate pe corp și fețe. În acestea, α, β și γ sunt la 90º, dar toate laturile au lungimi diferite.
Figurile (10) și (11) sunt cristale monoclinice, iar (12) sunt triclinice, prezentând ultimele inegalități în toate unghiurile și axele lor.
Elementul (13) este sistemul romboedric, analog cu cel cubic, dar cu un unghi γ diferit de 90°. În cele din urmă, există cristalele hexagonale.
Deplasările elementelor (14) dau naștere prismei hexagonale desenate de liniile punctate verzi.
Conform naturii sale chimice
– Dacă cristalele sunt formate de ioni, acestea sunt cristale ionice prezente în săruri (NaCl, CaSO4 4 , CuCl 2 , KBr, etc.)
– Molecule precum glucoza formează (ori de câte ori este posibil) cristale moleculare; în acest caz, celebrele cristale de zahăr.
– Atomii ale căror legături sunt în esență covalente formează cristale covalente. Acesta este cazul diamantului și carburii de siliciu.
– În mod similar, metale precum aurul formează structuri cubice compacte, care constituie cristale metalice.
Exemple
K 2 Cr 2 O 7 (sistem triclinic)
NaCl (sistem cubic)
ZnS (wurtzit, sistem hexagonal)
CuO (sistem monoclinic)
Referințe
- Quimitube (2015). De ce „cristalele” nu sunt cristale Accesat la 24 mai 2018 de pe: quimitube.com
- Publicații de presă 10.6 Structuri reticulare în solide cristaline. Accesat la 26 mai 2018 de pe: opentextbc.ca
- Centrul de Resurse Academice pentru Structuri Cristaline. [PDF]. Accesat la 24 mai 2018 de pe: web.iit.edu
- Ming (30 iunie 2015). Tipuri de structuri cristaline Accesat la 26 mai 2018 de pe: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, doctor în filosofie (31 ianuarie 2018). Tipuri de cristale Accesat la 26 mai 2018 de pe: thoughtco.com
- KHI (2007). Structuri cristaline Accesat la 26 mai 2018 de pe: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (25 aprilie 2016). Cristale brute de smarald din Valea Panjshir, Afganistan [Figură]. Accesat la 24 mai 2018 de pe: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 aprilie 2008). Malhas Bravais. [Figura]. Preluat la 26 mai 2018, de la: commons.wikimedia.org
- Utilizator: Sbyrnes321. (21 noiembrie 2011). Cristalin sau amorf. [Figură]. Accesat la 26 mai 2018 de pe: commons.wikimedia.org