Struktura kristalore është rregullimi tre-dimensional i atomeve në një material të ngurtë, i cili përcakton vetitë e tij fizike dhe kimike. Ekzistojnë disa lloje të strukturave kristalore, të tilla si kubike, gjashtëkëndore, ortorombike dhe të tjera, secila me karakteristikat e veta specifike. Në këtë tekst, do të diskutojmë llojet e ndryshme të strukturave kristalore, shembuj të materialeve që i posedojnë ato dhe rëndësinë e tyre në shkencën e materialeve.
Llojet e strukturës kristalore: mësoni rreth konfigurimeve të ndryshme të rregullimit atomik në materiale.
Një strukturë kristalore është mënyra se si atomet janë të rregulluara në një material të ngurtë. Ekzistojnë lloje të ndryshme të strukturave kristalore, secila me karakteristikat dhe vetitë e veta. Të kuptuarit e këtyre rregullimeve të ndryshme atomike na ndihmon të kuptojmë më mirë sjelljen e materialeve.
Një nga llojet më të zakonshme të strukturës kristalore është struktura kubike, ku atomet janë të rregulluara në një model kubesh. Një tjetër lloj i zakonshëm është struktura gjashtëkëndore, ku atomet formojnë gjashtëkëndësha në shtresa mbivendosëse.
Përveç këtyre, ekzistojnë edhe struktura kristalore më komplekse, siç janë struktura tetragonale, struktura ortorombike dhe struktura trigonale. Secila prej këtyre strukturave ka karakteristikat e veta unike, të cilat ndikojnë në vetitë e materialeve.
Është e rëndësishme të theksohet se struktura kristalore e një materiali mund të ndikojë në vetitë e tij mekanike, termike, elektrike dhe optike. Prandaj, të kuptuarit se si janë rregulluar atomet në materiale është thelbësore për të parashikuar dhe kontrolluar sjelljen e tyre.
Shkurt, të kuptuarit e llojeve të ndryshme të strukturave kristalore na ndihmon të kuptojmë më mirë vetitë e materialeve dhe të zhvillojmë zbatime të reja për to. Është një aspekt themelor i shkencës së materialeve dhe inxhinierisë së materialeve.
Mësoni rreth 14 rrjetave kristalore ekzistuese dhe karakteristikave të tyre unike për materialet e ngurta.
Rrjetat kristalore janë rregullime tre-dimensionale të atomeve në një material të ngurtë. Ekzistojnë 14 lloje të ndryshme të rrjetave kristalore, secila me karakteristikat e veta unike. Këto rrjeta përcaktojnë vetitë fizike dhe kimike të materialeve të ngurta. Le të mësojmë rreth disa prej rrjetave kryesore kristalore dhe karakteristikave të tyre:
Kubik i Qendruar në Fytyrë (FCC)Në këtë rrjetë, atomet janë të pranishme në kulmet dhe në qendër të secilës faqe të kubit. Është një nga rrjetat më të zakonshme dhe ka dendësi të lartë dhe duktilitet të mirë.
Kubik i Qendruar në Trup (BCC)Në këtë rrjetë, atomet janë të pranishme në kulmet dhe në qendër të kubit. Ajo ka një dendësi më të ulët se rrjeta FCC dhe është më rezistente, duke qenë e zakonshme në metale të tilla si hekuri dhe kromi.
Kubik i Thjeshtë (SC)Në këtë rrjetë, atomet janë të pranishme vetëm në kulmet e kubit. Ajo ka dendësinë më të ulët midis rrjetave kubike dhe është më pak e qëndrueshme, e gjetur në materiale të tilla si poloniumi dhe natriumi.
Gjashtëkëndor i Paketuar i Mbyllur (HCP)Në këtë rrjetë, atomet formojnë shtresa gjashtëkëndore të paketuara ngushtë, me atome shtesë në hapësirat midis shtresave. Është më pak e zakonshme se rrjetat kubike, por e pranishme në metale të tilla si zinku dhe magnezi.
Përveç këtyre rrjeteve, ka edhe të tjera si p.sh. Tetragonale, Një Rombohedral dhe Monoklinike, secila me karakteristikat e veta unike. Të kuptuarit e rrjetave të ndryshme kristalore është thelbësore për të kuptuar më mirë vetitë e materialeve të ngurta dhe zbatimet e tyre në fusha të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë.
Identifikimi nëse struktura është CCC apo CFC: mësoni si ta dalloni lehtësisht.
Për të identifikuar nëse një strukturë kristalore është BCC (Kub i Qendruar në Trup) apo FCC (Kub i Qendruar në Faqe), është e rëndësishme të vëzhgohet pozicioni i atomeve brenda qelizës njësi. Në strukturën BCC, atomet janë të vendosura në cepat e kubit dhe gjithashtu në qendër të kubit. Në strukturën FCC, atomet janë të vendosura në cepat e kubit dhe gjithashtu në faqet e kubit.
Një mënyrë e lehtë për të dalluar dy strukturat është të numërosh numrin e atomeve të pranishëm në secilën qelizë njësie. Në strukturën BCC, ka 1 atom në qendër të kubit dhe 8 atome në cepa, duke arritur në total 2 atome për qelizë. Në strukturën FCC, ka 1 atom në qendër të kubit dhe 6 atome në faqe, përveç 8 atomeve në cepa, duke arritur në total 4 atome për qelizë.
Prandaj, kur analizoni strukturën kristalore të një materiali, numëroni numrin e atomeve në qelizën njësi dhe përcaktoni nëse korrespondon me 2 atome (BCC) apo 4 atome (FCC). Me këtë vëzhgim të thjeshtë, do të jeni në gjendje të identifikoni lehtësisht nëse struktura është BCC apo FCC.
Identifikimi i strukturës kristalore: këshilla dhe metoda për njohjen e organizimit të atomeve.
Struktura kristalore është rregullimi i atomeve në një material, duke përcaktuar vetitë e tij fizike dhe kimike. Identifikimi i strukturës kristalore të një materiali është thelbësor për të kuptuar sjelljen dhe zbatimet e tij. Ekzistojnë disa këshilla dhe metoda për njohjen e rregullimit të atomeve në një strukturë kristalore.
Një këshillë e rëndësishme është të vëzhgoni formën e kristaleve. kristalet janë struktura të ngurta me një formë gjeometrike të përcaktuar, e cila pasqyron rregullimin e atomeve. Forma e kristaleve mund të tregojë llojin e strukturës kristalore të pranishme në material.
Një metodë tjetër për identifikimin e strukturës kristalore është difraksioni i rrezeve X. Kur një rreze rrezesh X godet një material kristalor, atomet në strukturën kristalore i difraktojnë rrezet X, duke prodhuar një model karakteristik. Analizimi i këtij modeli mund të zbulojë rregullimin e atomeve në material.
Mikroskopia elektronike transmetuese është një tjetër metodë e fuqishme për identifikimin e strukturës kristalore. Kjo teknikë lejon vizualizimin e drejtpërdrejtë të rregullimit të atomeve në një material, duke mundësuar analizën e detajuar të strukturës kristalore.
Shkurt, identifikimi i strukturës kristalore të një materiali është thelbësor për të kuptuar vetitë dhe zbatimet e tij. Vëzhgimi i formave të kristaleve, kryerja e difraksionit me rreze X dhe përdorimi i mikroskopisë elektronike transmetuese janë disa nga metodat e disponueshme për të njohur rregullimin e atomeve në një strukturë kristalore.
Struktura e kristalit: Struktura, Llojet dhe Shembuj
A strukturë kristalore është një nga gjendjet e ngurta që atomet, jonet ose molekulat mund të përvetësojnë në natyrë, e karakterizuar nga një rend i lartë hapësinor. Me fjalë të tjera, kjo është dëshmi e "arkitekturës korpuskulare" që përcakton shumë trupa me pamje të qelqta dhe të shndritshme.
Çfarë e nxit ose cila forcë është përgjegjëse për këtë simetri? Grimcat nuk janë të vetme, por bashkëveprojnë me njëra-tjetrën. Këto bashkëveprime konsumojnë energji dhe ndikojnë në stabilitetin e trupave të ngurtë, kështu që grimcat kërkojnë të akomodojnë njëra-tjetrën për të minimizuar këtë humbje energjie.
Kështu, natyra e tyre e brendshme i çon ato në formimin e rregullimit hapësinor më të qëndrueshëm. Për shembull, ky mund të jetë një rast ku shtytjet midis joneve me ngarkesë të ngjashme janë minimale ose ku atomet - siç janë atomet metalike - zënë vëllimin më të madh të mundshëm në paketimet e tyre.
Fjala "kristal" ka një kuptim kimik që mund të shtrembërohet në krahasim me trupa të tjerë. Kimikisht, i referohet një strukture të rregullt (mikroskopikisht) që, për shembull, mund të përbëhet nga molekula ADN-je (një kristal ADN-je).
Megjithatë, përdoret gabimisht për t'iu referuar çdo objekti ose sipërfaqeje prej qelqi, siç janë pasqyrat ose shishet. Ndryshe nga kristalet e vërteta, qelqi përbëhet nga një strukturë amorfe (e ngatërruar) e silikateve dhe shumë aditivëve të tjerë.
Struktura
Gurët e çmuar prej smeraldi ilustrohen në imazhin më sipër. Shumë minerale, kripëra, metale, aliazhe dhe diamante të tjera shfaqin një strukturë kristalore; por çfarë lidhjeje ka renditja e tyre me simetrinë?
Nëse një kristal, grimcat e të cilit mund të vërehen me sy të lirë, kryen operacione simetrie (e përmbys atë, e rrotullon atë në kënde të ndryshme, e reflekton atë në një plan, etj.), do të zbulohet se ai mbetet i paprekur në të gjitha dimensionet e hapësirës.
E kundërta ndodh për një trup të ngurtë amorf, nga i cili përftohen sisteme të ndryshme duke e nënshtruar atë ndaj një operacioni simetrik. Për më tepër, kësaj i mungojnë modelet e përsëritjes strukturore, gjë që tregon rastësinë në shpërndarjen e grimcave të saj.
Cila është njësia më e vogël që përbën modelin strukturor? Në imazhin më sipër, trupi kristalor është simetrik në hapësirë, ndërsa trupi amorf jo.
Nëse do të vizatoheshin katrorë që zbatonin sfera portokalli dhe operacione simetrie, ato do të gjeneronin pjesë të tjera të kristalit.
Sa më sipër përsëritet me katrorë gjithnjë e më të vegjël, derisa të gjendet një që është asimetrik; ai që i paraprin atij në madhësi është, sipas përkufizimit, qeliza njësi.
Qelizë njësie
Qeliza njësi është shprehja minimale strukturore që lejon riprodhimin e plotë të lëndës së ngurtë kristalore. Nga kjo, është e mundur të montohet qelqi, duke e lëvizur atë në të gjitha drejtimet e hapësirës.
Mund të konsiderohet një sirtar i vogël (bagazh, kovë, enë, etj.) ku grimcat, të përfaqësuara nga sferat, vendosen duke ndjekur një model mbushjeje. Dimensionet dhe gjeometritë e këtij sirtari varen nga gjatësitë e boshteve të tij (a, b dhe c), si dhe nga këndet midis tyre (α, β dhe γ).
Qeliza më e thjeshtë nga të gjitha njësitë është struktura e thjeshtë kubike (imazhi sipër (1)). Në këtë, qendrat e sferave zënë cepat e kubit, duke vendosur katër në bazën e tij dhe katër në çati.
Në këtë rregullim, sferat mezi zënë 52% të vëllimit të përgjithshëm të kubit dhe, meqenëse natyra e urren boshllëkun, nuk ka shumë komponime ose elementë që e përvetësojnë këtë strukturë.
Megjithatë, nëse të njëjtat sfera të kubit rregullohen në mënyrë që të zënë qendrën (kubik në trup, bcc), do të kërkohet një paketim më kompakt dhe efikas (2). Tani, sferat zënë 68% të vëllimit të përgjithshëm.
Nga ana tjetër, në (3) asnjë sferë nuk e zë qendrën e kubit, por qendra e faqeve të tij e zë, dhe të gjitha ato zënë deri në 74% të vëllimit të përgjithshëm (qendra kubike në faqe, ccp).
Kështu, mund të vërehet se mund të merren rregullime të tjera për të njëjtin kub, duke ndryshuar mënyrën se si paketohen sferat (jonet, molekulat, atomet, etj.).
lloj
Strukturat kristalore mund të klasifikohen sipas sistemeve të tyre kristalore ose natyrës kimike të grimcave të tyre.
Për shembull, sistemi kub është më i zakonshmi nga të gjithë dhe shumë trupa të ngurtë kristalorë drejtohen prej tij; megjithatë, i njëjti sistem vlen edhe për kristalet jonike dhe kristalet metalike.
Sipas sistemit tuaj kristalor
Shtatë sistemet kryesore kristalore janë të përfaqësuara në imazhin e mëparshëm. Mund të vërehet se, në fakt, katërmbëdhjetë prej tyre janë produkte të formave të tjera të paketimit për të njëjtat sisteme dhe përbëjnë rrjetat Bravais.
Nga (1) në (3) janë kristale me sisteme kristalore kubike. Në (2) mund të shihet (nga vijat blu) se sfera qendrore dhe sfera e qoshes bashkëveprojnë me tetë fqinjë, kështu që sferat kanë një numër koordinimi prej 8. Dhe në (3) numri koordinues është 12 (për ta parë këtë duhet ta dyfishoni kubin në të dy drejtimet).
Elementet (4) dhe (5) korrespondojnë me sistemet tetragonale të thjeshta dhe me qendër në qendër. Ndryshe nga sistemi kubik, boshti i tij c është më i gjatë se boshtet a dhe b.
Nga (6) në (9) janë sistemet ortorombike: nga ato të thjeshta të përqendruara në bazat (7), deri te ato të përqendruara në trup dhe faqe. Në këto, α, β dhe γ janë 90º, por të gjitha brinjët kanë gjatësi të ndryshme.
Figurat (10) dhe (11) janë kristale monoklinike dhe (12) janë triklinike, duke paraqitur pabarazitë e fundit në të gjitha këndet dhe boshtet e tyre.
Elementi (13) është sistemi romboedral, analog me atë kubik, por me një kënd γ të ndryshëm nga 90°. Së fundmi, janë kristalet gjashtëkëndore.
Zhvendosjet e elementeve (14) krijojnë prizmin gjashtëkëndor të vizatuar nga vijat e gjelbra me pika.
Sipas natyrës së saj kimike
– Nëse kristalet formohen nga jonet, ato janë kristale jonike të pranishme në kripëra (NaCl, CaSO4) 4 , CuCl 2 , KBr, etj.)
– Molekulat si glukoza formojnë (sa herë që është e mundur) kristale molekulare; në këtë rast, kristalet e famshme të sheqerit.
– Atomet, lidhjet e të cilëve janë në thelb kovalente, formojnë kristale kovalente. Ky është rasti me diamantin dhe karbidin e silicit.
– Në mënyrë të ngjashme, metalet si ari formojnë struktura kubike kompakte, të cilat përbëjnë kristale metalike.
Shembuj
K 2 Cr 2 O 7 (sistemi triklinik)
NaCl (sistemi kub)
ZnS (wurtzite, sistem heksagonal)
CuO (sistemi monoklinik)
Referencat
- Quimitube (2015). Pse "kristalet" nuk janë kristale Marrë më 24 maj 2018, nga: quimitube.com
- Librat e Shtypit 10.6 Strukturat e Rrjetës në Trupat Kristaline. Marrë më 26 maj 2018, nga: opentextbc.ca
- Qendra e Burimeve Akademike të Strukturave Kristalore. [PDF]. Marrë më 24 maj 2018, nga: web.iit.edu
- Ming (30 qershor 2015). Llojet e Strukturave Kristalore Marrë më 26 maj 2018, nga: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 janar 2018). Llojet e kristaleve Marrë më 26 maj 2018, nga: thoughtco.com
- KHI (2007). Strukturat kristalore Marrë më 26 maj 2018, nga: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (25 prill 2016). Kristale të papërpunuara smeraldi nga Lugina e Panjshir, Afganistan . [Figura]. Marrë më 24 maj 2018, nga: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 prill 2008). Malhas Bravais. [Figura]. Marrë më 26 maj 2018, nga: commons.wikimedia.org
- Përdoruesi: Sbyrnes321. (21 nëntor 2011). Kristalin ose amorf. [Figura]. Marrë më 26 maj 2018, nga: commons.wikimedia.org