Kristallstruktur är den tredimensionella arrangemanget av atomer i ett fast material, vilket bestämmer dess fysikaliska och kemiska egenskaper. Det finns flera typer av kristallstrukturer, såsom kubiska, hexagonala, ortorombiska och andra, var och en med sina egna specifika egenskaper. I den här texten kommer vi att diskutera de olika typerna av kristallstrukturer, exempel på material som besitter dem och deras betydelse inom materialvetenskap.
Typer av kristallstrukturer: lär dig om de olika konfigurationerna av atomarrangemang i material.
En kristallstruktur är hur atomer är arrangerade i ett fast material. Det finns olika typer av kristallstrukturer, var och en med sina egna egenskaper och egenskaper. Att förstå dessa olika atomstrukturer hjälper oss att bättre förstå hur material beter sig.
En av de vanligaste typerna av kristallstrukturer är den kubiska strukturen, där atomer är arrangerade i ett mönster av kuber. En annan vanlig typ är den hexagonala strukturen, där atomer bildar hexagoner i överlappande lager.
Utöver dessa finns det även mer komplexa kristallstrukturer, såsom den tetragonala strukturen, den ortorombiska strukturen och den trigonala strukturen. Var och en av dessa strukturer har sina egna unika egenskaper, vilka påverkar materialens egenskaper.
Det är viktigt att notera att ett materials kristallstruktur kan påverka dess mekaniska, termiska, elektriska och optiska egenskaper. Därför är det viktigt att förstå hur atomer är arrangerade i material för att förutsäga och kontrollera deras beteende.
Kort sagt, att förstå de olika typerna av kristallstrukturer hjälper oss att bättre förstå materials egenskaper och utveckla nya tillämpningar för dem. Det är en grundläggande aspekt av materialvetenskap och materialteknik.
Lär dig om de 14 existerande kristallgittern och deras unika egenskaper för fasta material.
Kristallgitter är tredimensionella arrangemang av atomer i ett fast material. Det finns 14 olika typer av kristallgitter, vart och ett med sina egna unika egenskaper. Dessa gitter bestämmer de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos fasta material. Låt oss lära oss om några av de viktigaste kristallgittern och deras egenskaper:
Ansiktscentrerad kubisk (FCC)I detta gitter finns atomer i hörnen och mitten av varje sida av kuben. Det är ett av de vanligaste gittren och har hög densitet och god duktilitet.
Kroppscentrerad kubisk (BCC)I detta gitter finns atomer i kubens hörn och centrum. Det har en lägre densitet än FCC-gittret och är mer motståndskraftigt, vilket är vanligt i metaller som järn och krom.
Enkel kubisk (SC)I detta gitter finns atomer endast i kubens hörn. Det har den lägsta densiteten bland kubiska gitter och är det minst stabila, och finns i material som polonium och natrium.
Hexagonal tätpackad (HCP)I detta gitter bildar atomerna tätt packade hexagonala lager, med ytterligare atomer i mellanrummen mellan lagren. Det är mindre vanligt än kubiska gitter, men förekommer i metaller som zink och magnesium.
Utöver dessa nätverk finns det andra som t.ex. tetragonal, Romboedrisk och Monoklinisk, var och en med sina egna unika egenskaper. Att förstå de olika kristallgittren är avgörande för att bättre förstå egenskaperna hos fasta material och deras tillämpningar inom olika vetenskapliga och tekniska områden.
Att identifiera om strukturen är CCC eller CFC: lär dig hur man enkelt skiljer den åt.
För att identifiera om en kristallstruktur är BCC (Body-Centered Cubic) eller FCC (Face-Centered Cubic) är det viktigt att observera atomernas position i enhetscellen. I BCC-strukturen är atomerna placerade i kubens hörn och även i kubens centrum. I FCC-strukturen är atomerna placerade i kubens hörn och även på kubens ytor.
Ett enkelt sätt att skilja de två strukturerna åt är att räkna antalet atomer som finns i varje enhetscell. I BCC-strukturen finns det 1 atom i mitten av kuben och 8 atomer i hörnen, totalt 2 atomer per cell. I FCC-strukturen finns det 1 atom i mitten av kuben och 6 atomer i ytorna, utöver de 8 atomerna i hörnen, totalt 4 atomer per cell.
Därför, när du analyserar ett materials kristallstruktur, räkna antalet atomer i enhetscellen och avgör om det motsvarar 2 atomer (BCC) eller 4 atomer (FCC). Med denna enkla observation kommer du enkelt att kunna identifiera om strukturen är BCC eller FCC.
Identifiera kristallstrukturen: tips och metoder för att känna igen atomernas organisation.
Kristallstruktur är arrangemanget av atomer i ett material, vilket bestämmer dess fysikaliska och kemiska egenskaper. Att identifiera ett materials kristallstruktur är avgörande för att förstå dess beteende och tillämpningar. Det finns flera tips och metoder för att känna igen arrangemanget av atomer i en kristallstruktur.
Ett viktigt tips är att observera kristallernas form. kristaller är fasta strukturer med en definierad geometrisk form, som återspeglar atomernas arrangemang. Kristallernas form kan indikera vilken typ av kristallin struktur som finns i materialet.
En annan metod för att identifiera kristallstruktur är röntgendiffraktion. När en röntgenstråle träffar ett kristallint material, diffrakterar atomerna i kristallstrukturen röntgenstrålarna, vilket producerar ett karakteristiskt mönster. Genom att analysera detta mönster kan man avslöja atomernas arrangemang i materialet.
Transmissionselektronmikroskopi är en annan kraftfull metod för att identifiera kristallstruktur. Denna teknik möjliggör direkt visualisering av atomernas arrangemang i ett material, vilket möjliggör detaljerad analys av kristallstrukturen.
Kort sagt, att identifiera ett materials kristallstruktur är avgörande för att förstå dess egenskaper och tillämpningar. Att observera kristallformer, utföra röntgendiffraktion och använda transmissionselektronmikroskopi är några av de metoder som finns tillgängliga för att känna igen atomernas arrangemang i en kristallstruktur.
Kristallstruktur: Struktur, typer och exempel
A kristallstruktur är ett av de fasta tillstånd som atomer, joner eller molekyler kan anta i naturen, kännetecknat av en hög rumslig ordning. Med andra ord är detta bevis på den "korpuskulära arkitektur" som definierar många kroppar med glasartade, glänsande utseenden.
Vad främjar eller vilken kraft är ansvarig för denna symmetri? Partiklarna är inte ensamma, utan interagerar med varandra. Dessa interaktioner förbrukar energi och påverkar stabiliteten hos fasta ämnen, så partiklarna försöker ackommodera varandra för att minimera denna energiförlust.
Således leder deras inneboende natur till att de bildar det mest stabila rumsliga arrangemanget. Detta kan till exempel vara ett fall där repulsioner mellan lika laddade joner är minimala eller där atomer – såsom metallatomer – upptar den största möjliga volymen i sina packningar.
Ordet "kristall" har en kemisk betydelse som kan förvrängas till andra kroppar. Kemiskt sett hänvisar det till en ordnad struktur (mikroskopiskt) som till exempel kan bestå av DNA-molekyler (en DNA-kristall).
Det används dock ofta felaktigt för att referera till glasartade föremål eller ytor, såsom speglar eller flaskor. Till skillnad från riktiga kristaller består glas av en amorf (förvirrad) struktur av silikater och många andra tillsatser.
Strukturera
Smaragdstenar illustreras i bilden ovan. Många andra mineraler, salter, metaller, legeringar och diamanter uppvisar en kristallin struktur; men vilket samband har deras ordning med symmetri?
Om en kristall, vars partiklar kan observeras med blotta ögat, utför symmetrioperationer (inverterar den, roterar den i olika vinklar, reflekterar den i ett plan, etc.), kommer man att upptäcka att den förblir intakt i alla rymdens dimensioner.
Motsatsen gäller för ett amorft fast ämne, från vilket olika system erhålls genom att utsätta det för en symmetrioperation. Dessutom saknar detta strukturella repetitionsmönster, vilket visar på slumpmässigheten i fördelningen av dess partiklar.
Vilken är den minsta enheten som utgör det strukturella mönstret? I bilden ovan är det kristallina fasta ämnet symmetriskt i rummet, medan det amorfa fasta ämnet inte är det.
Om kvadrater ritades som tillämpade orange sfärer och symmetrioperationer, skulle de generera andra delar av kristallen.
Ovanstående upprepas med allt mindre kvadrater, tills en hittas som är asymmetrisk; den som föregår den i storlek är per definition enhetscellen.
Enhetscell
Enhetscellen är det minsta strukturella uttryck som möjliggör fullständig reproduktion av det kristallina fasta ämnet. Från detta är det möjligt att montera glaset och flytta det i alla riktningar i rymden.
Den kan betraktas som en liten låda (koffert, hink, behållare etc.) där partiklar, representerade av sfärer, placeras enligt ett fyllningsmönster. Lådans dimensioner och geometrier beror på längderna på dess axlar (a, b och c) samt vinklarna mellan dem (α, β och γ).
Den enklaste av alla enhetsceller är den enkla kubiska strukturen (översta bilden (1)). I denna upptar sfärernas mittpunkter kubens hörn, fyra vid dess bas och fyra vid dess tak.
I detta arrangemang upptar sfärerna knappt 52 % av kubens totala volym och eftersom naturen avskyr vakuum finns det inte många föreningar eller grundämnen som antar denna struktur.
Om emellertid samma sfärer i kuben arrangeras så att de upptar mitten (kubisk i kroppen, bcc), krävs en mer kompakt och effektiv packning (2). Nu upptar sfärerna 68 % av den totala volymen.
Å andra sidan, i (3) upptar ingen sfär kubens centrum, men centrumet av dess ytor gör det, och alla upptar upp till 74% av den totala volymen (kubiskt centrum på ytorna, ccp).
Således kan man observera att andra arrangemang kan erhållas för samma kub, genom att variera hur sfärerna (joner, molekyler, atomer, etc.) är packade.
Typ
Kristallstrukturer kan klassificeras efter deras kristallsystem eller deras partiklars kemiska natur.
Till exempel är det kubiska systemet det vanligaste av alla och många kristallina fasta ämnen styrs av det; dock gäller samma system för jonkristaller och metallkristaller.
Enligt ditt kristallsystem
De sju huvudkristallsystemen representeras i föregående bild. Det kan noteras att fjorton av dem faktiskt är produkter av andra packningsformer för samma system och utgör Bravais-gitter.
Från (1) till (3) finns kristaller med kubiska kristallsystem. I (2) kan man se (från de blå ränderna) att den centrala sfären och hörnsfären interagerar med åtta grannar, så att sfärerna har ett koordinationstal på 8. Och i (3) är koordinationstalet 12 (för att se detta måste du duplicera kuben i endera riktningen).
Elementen (4) och (5) motsvarar de enkla och centrumcentrerade tetragonala systemen. Till skillnad från det kubiska är dess c-axel längre än a- och b-axlarna.
Från (6) till (9) finns de ortorombiska systemen: från de enkla som är centrerade kring baserna (7), till de som är centrerade kring kroppen och sidorna. I dessa är α, β och γ 90º, men alla sidor har olika längder.
Figurerna (10) och (11) är monoklina kristaller och (12) är triklina, vilka presenterar de sista olikheterna i alla deras vinklar och axlar.
Element (13) är det romboedriska systemet, analogt med det kubiska, men med en vinkel γ annan än 90°. Slutligen finns det hexagonala kristaller.
Elementens (14) förskjutningar ger upphov till det hexagonala prismat som ritats av de gröna prickade linjerna.
Enligt dess kemiska natur
– Om kristallerna bildas av joner är de jonkristaller som finns i salter (NaCl, CaSO4 4 CuCl 2 , KBr, etc.)
– Molekyler som glukos bildar (när det är möjligt) molekylära kristaller; i det här fallet de berömda sockerkristallerna.
– Atomer vars bindningar i huvudsak är kovalenta bildar kovalenta kristaller. Detta är fallet med diamant och kiselkarbid.
– På liknande sätt bildar metaller som guld kompakta kubiska strukturer, vilka utgör metalliska kristaller.
Exempel
K 2 Cr 2 O 7 (trikliniskt system)
NaCl (kubiskt system)
ZnS (wurtzit, hexagonalt system)
CuO (monoklint system)
Referenser
- Quimitube (2015). Varför "kristaller" inte är kristaller Hämtad 24 maj 2018 från: quimitube.com
- Press Books 10.6 Gitterstrukturer i kristallina fasta ämnen. Hämtad 26 maj 2018, från: opentextbc.ca
- Kristallstrukturer Akademiskt resurscenter. [PDF]. Hämtad 24 maj 2018, från: web.iit.edu
- Ming (30 juni 2015). Typer Kristallstrukturer Hämtad 26 maj 2018 från: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, fil.dr. (31 januari 2018). Typer av kristaller Hämtad 26 maj 2018 från: thoughtco.com
- KHI (2007). Kristallina strukturer Hämtad 26 maj 2018 från: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (25 april 2016). Grova smaragdkristaller från Panjshir-dalen, Afghanistan [Figur]. Hämtad 24 maj 2018 från: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 april 2008). Malhas Bravais. [Figur]. Hämtad 26 maj 2018 från: commons.wikimedia.org
- Användare: Sbyrnes321. (21 november 2011). Kristallin eller amorf. [Figur]. Hämtad 26 maj 2018, från: commons.wikimedia.org