Ang istraktura ng kristal ay ang tatlong-dimensional na pag-aayos ng mga atomo sa isang solidong materyal, na tumutukoy sa pisikal at kemikal na mga katangian nito. Mayroong ilang mga uri ng mga istrukturang kristal, tulad ng kubiko, hexagonal, orthorhombic, at iba pa, bawat isa ay may sariling mga partikular na katangian. Sa tekstong ito, tatalakayin natin ang iba't ibang uri ng mga istrukturang kristal, mga halimbawa ng mga materyales na nagtataglay ng mga ito, at ang kanilang kahalagahan sa agham ng mga materyales.
Mga uri ng istraktura ng kristal: alamin ang tungkol sa iba't ibang mga pagsasaayos ng atomic arrangement sa mga materyales.
Ang istrukturang kristal ay ang paraan ng pagkakaayos ng mga atomo sa isang solidong materyal. Mayroong iba't ibang uri ng mga istrukturang kristal, bawat isa ay may sariling katangian at katangian. Ang pag-unawa sa iba't ibang atomic arrangement na ito ay nakakatulong sa atin na mas maunawaan ang gawi ng mga materyales.
Ang isa sa mga pinaka-karaniwang uri ng istraktura ng kristal ay ang kubiko na istraktura, kung saan ang mga atom ay nakaayos sa isang pattern ng mga cube. Ang isa pang karaniwang uri ay ang heksagonal na istraktura, kung saan ang mga atom ay bumubuo ng mga heksagono sa magkakapatong na mga layer.
Bilang karagdagan sa mga ito, mayroon ding mas kumplikadong mga istrukturang kristal, tulad ng istrukturang tetragonal, istrukturang orthorhombic, at istrukturang trigonal. Ang bawat isa sa mga istrukturang ito ay may sariling natatanging katangian, na nakakaimpluwensya sa mga katangian ng mga materyales.
Mahalagang tandaan na ang kristal na istraktura ng isang materyal ay maaaring makaapekto sa mekanikal, thermal, elektrikal, at optical na katangian nito. Samakatuwid, ang pag-unawa kung paano nakaayos ang mga atomo sa mga materyales ay mahalaga sa paghula at pagkontrol sa kanilang pag-uugali.
Sa madaling salita, ang pag-unawa sa iba't ibang uri ng mga istrukturang kristal ay tumutulong sa amin na mas maunawaan ang mga katangian ng mga materyales at bumuo ng mga bagong aplikasyon para sa kanila. Ito ay isang pangunahing aspeto ng agham ng materyales at engineering ng mga materyales.
Alamin ang tungkol sa 14 na umiiral na mga kristal na sala-sala at ang kanilang mga natatanging katangian para sa mga solidong materyales.
Ang mga kristal na sala-sala ay tatlong-dimensional na pagsasaayos ng mga atomo sa isang solidong materyal. Mayroong 14 na iba't ibang uri ng mga kristal na sala-sala, bawat isa ay may sariling natatanging katangian. Tinutukoy ng mga sala-sala na ito ang pisikal at kemikal na katangian ng mga solidong materyales. Alamin natin ang tungkol sa ilan sa mga pangunahing kristal na sala-sala at ang kanilang mga katangian:
Face-Centered Cubic (FCC): Sa sala-sala na ito, ang mga atomo ay naroroon sa mga vertice at gitna ng bawat mukha ng kubo. Ito ay isa sa mga pinaka-karaniwang sala-sala at may mataas na density at mahusay na kalagkit.
Body-Centered Cubic (BCC): Sa sala-sala na ito, ang mga atom ay naroroon sa mga vertice at gitna ng kubo. Ito ay may mas mababang density kaysa sa FCC lattice at mas lumalaban, na karaniwan sa mga metal gaya ng iron at chromium.
Simple Cubic (SC): Sa sala-sala na ito, ang mga atom ay naroroon lamang sa mga vertice ng kubo. Ito ay may pinakamababang densidad sa mga cubic lattice at ang pinakamababang stable, na matatagpuan sa mga materyales tulad ng polonium at sodium.
Hexagonal Close-Packed (HCP): Sa sala-sala na ito, ang mga atom ay bumubuo ng mga close-pack na hexagonal na layer, na may mga karagdagang atom sa interstices sa pagitan ng mga layer. Ito ay mas karaniwan kaysa sa mga cubic lattice, ngunit naroroon sa mga metal tulad ng zinc at magnesium.
Bilang karagdagan sa mga network na ito, may iba pa tulad ng tetragonalSa Rhombohedral at Monoclinic, bawat isa ay may sariling natatanging katangian. Ang pag-unawa sa iba't ibang mga kristal na sala-sala ay mahalaga upang mas maunawaan ang mga katangian ng mga solidong materyales at ang kanilang mga aplikasyon sa iba't ibang larangan ng agham at teknolohiya.
Pagtukoy kung ang istraktura ay CCC o CFC: alamin kung paano madaling mag-iba.
Upang matukoy kung ang isang kristal na istraktura ay BCC (Body-Centered Cubic) o FCC (Face-Centered Cubic), mahalagang obserbahan ang posisyon ng mga atomo sa loob ng unit cell. Sa istraktura ng BCC, ang mga atomo ay matatagpuan sa mga sulok ng kubo at gayundin sa gitna ng kubo. Sa istruktura ng FCC, ang mga atomo ay matatagpuan sa mga sulok ng kubo at gayundin sa mga mukha ng kubo.
Ang isang madaling paraan upang makilala ang dalawang istruktura ay ang bilangin ang bilang ng mga atom na naroroon sa bawat unit cell. Sa istruktura ng BCC, mayroong 1 atom sa gitna ng kubo at 8 atomo sa mga sulok, na may kabuuang 2 atomo bawat cell. Sa istruktura ng FCC, mayroong 1 atom sa gitna ng kubo at 6 na atomo sa mga mukha, bilang karagdagan sa 8 atomo sa mga sulok, na may kabuuang 4 na atomo bawat cell.
Samakatuwid, kapag sinusuri ang kristal na istraktura ng isang materyal, bilangin ang bilang ng mga atom sa unit cell at alamin kung tumutugma ito sa 2 atoms (BCC) o 4 atoms (FCC). Sa simpleng pagmamasid na ito, madali mong matutukoy kung BCC o FCC ang istraktura.
Pagkilala sa istraktura ng kristal: mga tip at pamamaraan para sa pagkilala sa organisasyon ng mga atomo.
Ang istraktura ng kristal ay ang pagsasaayos ng mga atomo sa isang materyal, na tinutukoy ang mga katangiang pisikal at kemikal nito. Ang pagtukoy sa istraktura ng kristal ng isang materyal ay mahalaga sa pag-unawa sa pag-uugali at mga aplikasyon nito. Mayroong ilang mga tip at pamamaraan para sa pagkilala sa pagkakaayos ng mga atomo sa isang kristal na istraktura.
Ang isang mahalagang tip ay upang obserbahan ang hugis ng mga kristal. mga kristal ay mga solidong istruktura na may tinukoy na geometric na hugis, na sumasalamin sa pagkakaayos ng mga atomo. Ang hugis ng mga kristal ay maaaring magpahiwatig ng uri ng kristal na istraktura na naroroon sa materyal.
Ang isa pang paraan para sa pagtukoy ng istraktura ng kristal ay X-ray diffraction. Kapag ang isang X-ray beam ay tumama sa isang mala-kristal na materyal, ang mga atomo sa kristal na istraktura ay nag-iiba sa mga X-ray, na gumagawa ng isang katangian na pattern. Ang pagsusuri sa pattern na ito ay maaaring magbunyag ng pag-aayos ng mga atomo sa materyal.
Ang transmission electron microscopy ay isa pang makapangyarihang paraan para sa pagtukoy ng istraktura ng kristal. Ang pamamaraan na ito ay nagbibigay-daan para sa direktang visualization ng pag-aayos ng mga atomo sa isang materyal, na nagpapagana ng detalyadong pagsusuri ng istraktura ng kristal.
Sa madaling salita, ang pagtukoy sa istraktura ng kristal ng isang materyal ay mahalaga sa pag-unawa sa mga katangian at aplikasyon nito. Ang pagmamasid sa mga hugis ng kristal, pagsasagawa ng X-ray diffraction, at paggamit ng transmission electron microscopy ay ilan sa mga paraan na magagamit upang makilala ang pagkakaayos ng mga atomo sa isang kristal na istraktura.
Istraktura ng Kristal: Istraktura, Mga Uri at Mga Halimbawa
A istraktura ng kristal ay isa sa mga solidong estado na maaaring gamitin ng mga atomo, ion, o molekula sa kalikasan, na nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na spatial order. Sa madaling salita, ito ay katibayan ng "corpuscular architecture" na tumutukoy sa maraming katawan na may malasalamin, makintab na anyo.
Ano ang nagpo-promote o anong puwersa ang responsable para sa simetrya na ito? Ang mga particle ay hindi nag-iisa, ngunit nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay kumonsumo ng enerhiya at nakakaapekto sa katatagan ng mga solido, kaya ang mga particle ay naghahangad na mapaunlakan ang isa't isa upang mabawasan ang pagkawala ng enerhiya na ito.
Kaya, ang kanilang likas na katangian ay humahantong sa kanila upang bumuo ng pinaka-matatag na spatial na kaayusan. Halimbawa, ito ay maaaring isang kaso kung saan ang mga repulsion sa pagitan ng mga katulad na sinisingil na mga ion ay minimal o kung saan ang mga atomo—gaya ng mga metal na atomo—ay sumasakop sa pinakamalaking posibleng volume sa kanilang mga packing.
Ang salitang "kristal" ay may kemikal na kahulugan na maaaring masira sa ibang mga katawan. Sa kemikal, ito ay tumutukoy sa isang nakaayos na istraktura (microscopically) na, halimbawa, ay maaaring binubuo ng mga molekula ng DNA (isang DNA na kristal).
Gayunpaman, ito ay tanyag na maling ginagamit upang sumangguni sa anumang malasalamin na bagay o ibabaw, tulad ng mga salamin o bote. Hindi tulad ng mga tunay na kristal, ang salamin ay binubuo ng isang amorphous (nalilito) na istraktura ng silicates at maraming iba pang mga additives.
Istruktura
Ang mga emerald gemstones ay inilalarawan sa larawan sa itaas. Maraming iba pang mineral, asin, metal, haluang metal, at diamante ang nagpapakita ng mala-kristal na istraktura; ngunit anong relasyon mayroon ang kanilang pagkakasunud-sunod sa simetrya?
Kung ang isang kristal, na ang mga partikulo ay makikita sa mata, ay nagsasagawa ng mga operasyong simetrya (baligtarin ito, paikutin ito sa iba't ibang mga anggulo, sumasalamin ito sa isang eroplano, atbp.), makikita na ito ay nananatiling buo sa lahat ng sukat ng espasyo.
Ang kabaligtaran ay nangyayari para sa isang amorphous solid, kung saan ang iba't ibang mga sistema ay nakuha sa pamamagitan ng pagpapailalim nito sa isang simetrya na operasyon. Higit pa rito, kulang ito sa mga pattern ng pag-uulit ng istruktura, na nagpapakita ng randomness sa pamamahagi ng mga particle nito.
Ano ang pinakamaliit na yunit na bumubuo sa pattern ng istruktura? Sa larawan sa itaas, ang mala-kristal na solid ay simetriko sa espasyo, habang ang amorphous na solid ay hindi.
Kung iguguhit ang mga parisukat na naglapat ng mga orange na sphere at symmetry na operasyon, bubuo sila ng iba pang bahagi ng kristal.
Ang nasa itaas ay paulit-ulit na may mas maliliit na parisukat, hanggang sa makita ang isa na walang simetriko; ang nauuna nito sa laki ay, sa kahulugan, ang unit cell.
Unit cell
Ang unit cell ay ang pinakamababang structural expression na nagpapahintulot sa kumpletong pagpaparami ng mala-kristal na solid. Mula dito, posible na tipunin ang salamin, ilipat ito sa lahat ng direksyon ng espasyo.
Maaari itong ituring na isang maliit na drawer (puno ng kahoy, balde, lalagyan, atbp.) kung saan ang mga particle, na kinakatawan ng mga sphere, ay inilalagay kasunod ng pattern ng pagpuno. Ang mga sukat at geometries ng drawer na ito ay nakadepende sa mga haba ng mga axes nito (a, b, at c) pati na rin ang mga anggulo sa pagitan ng mga ito (α, β, at γ).
Ang pinakasimple sa lahat ng unit cell ay ang simpleng cubic structure (itaas na larawan (1)). Dito, ang mga sentro ng mga sphere ay sumasakop sa mga sulok ng kubo, na naglalagay ng apat sa base nito at apat sa bubong.
Sa ganitong kaayusan, ang mga sphere ay halos hindi sumasakop sa 52% ng kabuuang dami ng kubo at, dahil ang kalikasan ay kinasusuklaman ang vacuum, walang maraming mga compound o elemento na gumagamit ng istrakturang ito.
Gayunpaman, kung ang parehong mga spheres ng kubo ay nakaayos upang sakupin nila ang gitna (kubiko sa katawan, bcc), isang mas compact at mahusay na pag-iimpake ay kinakailangan (2). Ngayon, ang mga sphere ay sumasakop sa 68% ng kabuuang volume.
Sa kabilang banda, sa (3) walang globo ang sumasakop sa gitna ng kubo, ngunit nasa gitna ng mga mukha nito, at lahat ng mga ito ay sumasakop ng hanggang 74% ng kabuuang volume (cubic center sa mga mukha, ccp).
Kaya, mapapansin na ang iba pang mga kaayusan ay maaaring makuha para sa parehong kubo, na nag-iiba sa paraan kung saan ang mga sphere (ion, molekula, atomo, atbp.) ay nakaimpake.
Uri
Ang mga istrukturang kristal ay maaaring uriin ayon sa kanilang mga sistemang kristal o ang kemikal na katangian ng kanilang mga particle.
Halimbawa, ang sistemang kubiko ay ang pinakakaraniwan sa lahat at maraming mga mala-kristal na solido ang pinamamahalaan nito; gayunpaman, ang parehong sistemang ito ay nalalapat sa mga ionic na kristal at mga metal na kristal.
Ayon sa iyong sistemang kristal
Ang pitong pangunahing sistema ng kristal ay kinakatawan sa nakaraang larawan. Mapapansin na, sa katunayan, labing-apat sa mga ito ay mga produkto ng iba pang mga anyo ng pag-iimpake para sa parehong mga sistema at binubuo ng Bravais lattices.
Mula sa (1) hanggang (3) ay mga kristal na may mga sistemang cubic crystal. Sa (2) makikita (mula sa mga asul na guhit) na ang gitnang globo at ang sulok na globo ay nakikipag-ugnayan sa walong kapitbahay, upang ang mga globo ay may numero ng koordinasyon na 8. At sa (3) ang numero ng koordinasyon ay 12 (upang makita ito kailangan mong i-duplicate ang kubo sa alinmang direksyon).
Ang mga elemento (4) at (5) ay tumutugma sa simple at center-centered na tetragonal system. Hindi tulad ng kubiko, ang c-axis nito ay mas mahaba kaysa sa a at b axes.
Mula sa (6) hanggang (9) ay ang mga orthorhombic system: mula sa mga simpleng nakasentro sa mga base (7), hanggang sa mga nakasentro sa katawan at sa mga mukha. Sa mga ito, ang α, β at γ ay 90º, ngunit ang lahat ng panig ay may iba't ibang haba.
Ang mga figure (10) at (11) ay mga monoclinic na kristal at (12) ay triclinic, na nagpapakita ng mga huling hindi pagkakapantay-pantay sa lahat ng kanilang mga anggulo at palakol.
Ang Elemento (13) ay ang sistemang rhombohedral, na kahalintulad sa kubiko, ngunit may anggulong γ maliban sa 90°. Sa wakas, mayroong mga heksagonal na kristal
Ang mga displacement ng mga elemento (14) ay nagbubunga ng hexagonal prism na iginuhit ng mga berdeng tuldok na linya.
Ayon sa likas na kemikal nito
– Kung ang mga kristal ay nabuo sa pamamagitan ng mga ion, sila ay mga ionic na kristal na nasa mga asin (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr, atbp.)
– Ang mga molekula tulad ng glucose form (kapag posible) molecular crystals; sa kasong ito, ang mga sikat na kristal ng asukal.
– Ang mga atomo na ang mga bono ay mahalagang covalent ay bumubuo ng mga covalent na kristal. Ito ang kaso sa brilyante at silikon na karbid.
– Katulad nito, ang mga metal tulad ng ginto ay bumubuo ng mga compact cubic na istruktura, na bumubuo ng mga metal na kristal.
Mga halimbawa
K 2 Cr 2 O 7 (sistema ng triclinic)
NaCl (kubiko na sistema)
ZnS (wurtzite, hexagonal system)
CuO (monoclinic system)
Mga sanggunian
- Quimitube (2015). Bakit ang "mga kristal" ay hindi mga kristal . Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: quimitube.com
- Press Books 10.6 Lattice Structures in Crystalline Solids. Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: opentextbc.ca
- Crystal Structures Academic Resource Center. [PDF]. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: web.iit.edu
- Ming (Hunyo 30, 2015). Mga Uri ng Crystal Structure . Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Enero 31, 2018). Mga uri ng kristal . Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: thoughtco.com
- KHI (2007). Mga Istraktura ng Kristal . Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (Abril 25, 2016). Magaspang na Emerald Crystals mula sa Panjshir Valley, Afghanistan . [Figure]. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (Abril 26, 2008). Malhas Bravais. [Figure]. Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org
- Gumagamit: Sbyrnes321. (Nobyembre 21, 2011). Mala-kristal o walang hugis. [Figure]. Nakuha noong Mayo 26, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org