Kristal yapı, katı bir malzemedeki atomların üç boyutlu dizilimi olup, fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler. Kübik, hekzagonal, ortorombik ve diğerleri gibi çeşitli kristal yapı türleri vardır ve her birinin kendine özgü özellikleri vardır. Bu yazıda, farklı kristal yapı türlerini, bu türlere sahip malzeme örneklerini ve malzeme bilimindeki önemlerini ele alacağız.
Kristal yapı türleri: Malzemelerdeki atomların farklı düzenlenme şekillerini öğrenin.
Kristal yapı, katı bir malzemedeki atomların diziliş biçimidir. Her biri kendine özgü özelliklere ve niteliklere sahip farklı kristal yapı türleri vardır. Bu farklı atom dizilimlerini anlamak, malzemelerin davranışını daha iyi anlamamıza yardımcı olur.
En yaygın kristal yapı türlerinden biri, atomların küpler halinde düzenlendiği kübik yapıdır. Bir diğer yaygın yapı türü ise, atomların üst üste binen katmanlar halinde altıgenler oluşturduğu altıgen yapıdır.
Bunlara ek olarak, tetragonal yapı, ortorombik yapı ve trigonal yapı gibi daha karmaşık kristal yapılar da vardır. Bu yapıların her birinin, malzemelerin özelliklerini etkileyen kendine özgü özellikleri vardır.
Bir malzemenin kristal yapısının mekanik, termal, elektriksel ve optik özelliklerini etkileyebileceğini unutmamak önemlidir. Bu nedenle, atomların malzemelerde nasıl düzenlendiğini anlamak, davranışlarını tahmin etmek ve kontrol etmek için çok önemlidir.
Kısacası, farklı kristal yapı türlerini anlamak, malzemelerin özelliklerini daha iyi anlamamıza ve bunlar için yeni uygulamalar geliştirmemize yardımcı olur. Malzeme bilimi ve malzeme mühendisliğinin temel bir yönüdür.
Katı malzemeler için mevcut 14 kristal kafes ve bunların benzersiz özellikleri hakkında bilgi edinin.
Kristal kafesler, katı bir malzemedeki atomların üç boyutlu dizilimleridir. Her biri kendine özgü özelliklere sahip 14 farklı kristal kafes türü vardır. Bu kafesler, katı malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler. Başlıca kristal kafeslerden bazılarını ve özelliklerini öğrenelim:
Yüz Merkezli Kübik (FCC): Bu kafeste, atomlar küpün her yüzünün köşelerinde ve merkezinde bulunur. En yaygın kafeslerden biridir ve yüksek yoğunluk ve iyi sünekliğe sahiptir.
Gövde Merkezli Kübik (BCC): Bu kafeste, atomlar küpün köşelerinde ve merkezinde bulunur. FCC kafesinden daha düşük bir yoğunluğa sahiptir ve demir ve krom gibi metallerde yaygın olarak bulunduğundan daha dayanıklıdır.
Basit Kübik (SC): Bu kafeste, atomlar yalnızca küpün köşelerinde bulunur. Kübik kafesler arasında yoğunluğu en düşük olanıdır ve en az kararlı olanıdır; polonyum ve sodyum gibi malzemelerde bulunur.
Altıgen Sıkı Paketlenmiş (HCP): Bu kafeste, atomlar sıkı paketlenmiş altıgen katmanlar oluşturur ve katmanlar arasındaki boşluklarda ek atomlar bulunur. Kübik kafeslerden daha az yaygındır, ancak çinko ve magnezyum gibi metallerde bulunur.
Bu ağlara ek olarak, aşağıdaki gibi başka ağlar da vardır: dörtgen şeklinde, Rombohedral ve MonoklinikHer biri kendine özgü özelliklere sahip olan farklı kristal kafesleri anlamak, katı malzemelerin özelliklerini ve bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarındaki uygulamalarını daha iyi anlamak için çok önemlidir.
Yapının CCC mi yoksa CFC mi olduğunu belirleme: Kolayca nasıl ayırt edeceğinizi öğrenin.
Bir kristal yapının BCC (Gövde Merkezli Kübik) mi yoksa FCC (Yüzey Merkezli Kübik) mi olduğunu belirlemek için, birim hücre içindeki atomların konumunu gözlemlemek önemlidir. BCC yapısında, atomlar küpün köşelerinde ve aynı zamanda merkezinde bulunur. FCC yapısında ise, atomlar küpün köşelerinde ve aynı zamanda küpün yüzeylerinde bulunur.
İki yapıyı birbirinden ayırmanın kolay bir yolu, her birim hücrede bulunan atom sayısını saymaktır. BCC yapısında, küpün merkezinde 1 atom ve köşelerinde 8 atom bulunur; yani hücre başına toplam 2 atom bulunur. FCC yapısında ise, küpün merkezinde 1 atom ve köşelerinde 6 atom bulunur; buna ek olarak hücre başına toplam 8 atom bulunur.
Bu nedenle, bir malzemenin kristal yapısını analiz ederken, birim hücredeki atom sayısını sayın ve 2 atoma (BCC) mı yoksa 4 atoma (FCC) mı karşılık geldiğini belirleyin. Bu basit gözlemle, yapının BCC mi yoksa FCC mi olduğunu kolayca belirleyebilirsiniz.
Kristal yapının belirlenmesi: Atomların organizasyonunu tanımaya yönelik ipuçları ve yöntemler.
Kristal yapı, bir malzemedeki atomların dizilimi olup, fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler. Bir malzemenin kristal yapısını belirlemek, davranışını ve uygulamalarını anlamak için çok önemlidir. Bir kristal yapıdaki atomların dizilimini anlamak için çeşitli ipuçları ve yöntemler mevcuttur.
Önemli bir ipucu da kristallerin şekline dikkat etmektir. kristaller Atomların dizilimini yansıtan belirli bir geometrik şekle sahip katı yapılardır. Kristallerin şekli, malzemede bulunan kristal yapı türünü gösterebilir.
Kristal yapıyı belirlemenin bir diğer yöntemi de X-ışını kırınımıdır. Bir X-ışını demeti kristal bir malzemeye çarptığında, kristal yapıdaki atomlar X-ışınlarını kırarak karakteristik bir desen oluşturur. Bu desenin analizi, malzemedeki atomların dizilimini ortaya çıkarabilir.
Transmisyon elektron mikroskobu, kristal yapıyı tanımlamak için bir diğer etkili yöntemdir. Bu teknik, bir malzemedeki atomların diziliminin doğrudan görüntülenmesini sağlayarak kristal yapının ayrıntılı analizine olanak tanır.
Kısacası, bir malzemenin kristal yapısını belirlemek, özelliklerini ve uygulamalarını anlamak için çok önemlidir. Kristal şekillerini gözlemlemek, X-ışını kırınımı yapmak ve transmisyon elektron mikroskobu kullanmak, bir kristal yapıdaki atomların dizilimini tespit etmek için kullanılabilecek yöntemlerden bazılarıdır.
Kristal Yapısı: Yapı, Türler ve Örnekler
A kristal yapı Atomların, iyonların veya moleküllerin doğada alabileceği katı hallerden biri olup, yüksek bir uzamsal düzen ile karakterize edilir. Başka bir deyişle, camsı, parlak görünümlü birçok cismi tanımlayan "parçacık mimarisinin" kanıtıdır.
Bu simetriyi ne sağlar veya hangi kuvvetten sorumludur? Parçacıklar yalnız değildir, birbirleriyle etkileşime girerler. Bu etkileşimler enerji tüketir ve katıların kararlılığını etkiler, bu nedenle parçacıklar bu enerji kaybını en aza indirmek için birbirlerine uyum sağlamaya çalışırlar.
Bu nedenle, içsel yapıları onları en kararlı uzaysal düzenlemeyi oluşturmaya yönlendirir. Örneğin, bu durum, benzer yüklü iyonlar arasındaki itmelerin minimum olduğu veya atomların (örneğin metalik atomlar) paketlerinde mümkün olan en büyük hacmi kapladığı bir durum olabilir.
"Kristal" kelimesi, diğer cisimlere aktarılabilen kimyasal bir anlama sahiptir. Kimyasal olarak, örneğin DNA moleküllerinden (bir DNA kristali) oluşabilen düzenli bir yapıyı (mikroskopik olarak) ifade eder.
Ancak, yaygın olarak aynalar veya şişeler gibi camsı nesneler veya yüzeyler için yanlış kullanılır. Gerçek kristallerin aksine, cam, silikatlar ve diğer birçok katkı maddesinden oluşan amorf (karışık) bir yapıdan oluşur.
Yapı
Zümrüt taşları yukarıdaki görselde gösterilmiştir. Birçok mineral, tuz, metal, alaşım ve elmas kristal bir yapıya sahiptir; peki bunların sıralanışı ile simetri arasında nasıl bir ilişki vardır?
Çıplak gözle parçacıkları gözlenebilen bir kristal, simetri işlemleri yaparsa (onu ters çevirmek, değişik açılarda döndürmek, bir düzlemde yansıtmak vb.) uzayın tüm boyutlarında bozulmadan kaldığı görülecektir.
Amorf bir katıda ise durum tam tersidir; farklı sistemler, bir simetri işlemine tabi tutularak elde edilir. Dahası, bu katıda yapısal tekrarlama desenleri yoktur ve bu da parçacıklarının dağılımındaki rastgeleliği gösterir.
Yapısal deseni oluşturan en küçük birim nedir? Yukarıdaki görselde, kristal katı uzayda simetriktir, amorf katı ise simetrik değildir.
Turuncu küreler ve simetri işlemleri uygulanan kareler çizilseydi, kristalin diğer kısımlarını oluştururlardı.
Yukarıdaki işlem, asimetrik olan bir kare bulunana kadar giderek küçülen karelerle tekrarlanır; boyut olarak ondan önceki kare, tanımı gereği birim hücredir.
Birim hücre
Birim hücre, kristalin katının tam olarak yeniden üretilmesini sağlayan minimum yapısal ifadedir. Bu sayede, camı uzayın her yönünde hareket ettirerek birleştirmek mümkündür.
Kürelerle temsil edilen parçacıkların bir doldurma düzenine göre yerleştirildiği küçük bir çekmece (sandık, kova, kap vb.) olarak düşünülebilir. Bu çekmecenin boyutları ve geometrileri, eksenlerinin uzunluklarına (a, b ve c) ve aralarındaki açılara (α, β ve γ) bağlıdır.
Tüm birim hücrelerin en basiti basit kübik yapıdır (üstteki görsel (1)). Bu yapıda, kürelerin merkezleri küpün köşelerini kaplar ve dört tanesi küpün tabanında, dört tanesi de çatısında bulunur.
Bu düzenlemede küreler küpün toplam hacminin ancak %52'sini kaplar ve doğa boşluktan hoşlanmadığı için bu yapıyı benimseyen çok fazla bileşik veya element yoktur.
Ancak, küpün aynı küreleri, merkezi kaplayacak şekilde düzenlenirse (gövdede kübik, bcc), daha kompakt ve verimli bir paketleme gerekecektir (2). Şimdi, küreler toplam hacmin %68'ini kaplamaktadır.
Öte yandan (3)'te hiçbir küre küpün merkezini işgal etmez, ancak yüzlerinin merkezi işgal eder ve hepsi toplam hacmin %74'üne kadarını işgal eder (yüzeylerdeki kübik merkez, ccp).
Böylece, kürelerin (iyonlar, moleküller, atomlar, vb.) paketlenme biçimleri değiştirilerek aynı küp için başka düzenlemelerin de elde edilebileceği görülebilir.
Türleri
Kristal yapılar, kristal sistemlerine veya parçacıklarının kimyasal yapısına göre sınıflandırılabilir.
Örneğin, kübik sistem en yaygın olanıdır ve birçok kristal katı bu sisteme tabidir; ancak aynı sistem iyonik kristaller ve metalik kristaller için de geçerlidir.
Kristal sisteminize göre
Önceki görselde yedi ana kristal sistemi gösterilmektedir. Aslında bunlardan on dördünün aynı sistemler için farklı paketleme biçimlerinin ürünleri olduğu ve Bravais kafeslerini oluşturduğu belirtilebilir.
(1)'den (3)'e kadar olan kısımlar kübik kristal sistemli kristallerdir. (2)'de (mavi çizgilerden) merkez küre ve köşe küresinin sekiz komşuyla etkileşime girdiği ve böylece kürelerin koordinasyon sayısının 8 olduğu görülebilir. (3)'te ise koordinasyon sayısı 12'dir (bunu görmek için küpü her iki yönde de kopyalamanız gerekir).
(4) ve (5) numaralı elemanlar, basit ve merkez merkezli tetragonal sistemlere karşılık gelir. Kübik sistemin aksine, c ekseni a ve b eksenlerinden daha uzundur.
(6)'dan (9)'a kadar olan kısımlar ortorombik sistemlerdir: (7) tabanlarına odaklanan basit olanlardan, gövde ve yüzlere odaklananlara kadar. Bunlarda α, β ve γ 90º'dir, ancak tüm kenarların uzunlukları farklıdır.
Şekil (10) ve (11) monoklinik kristallerdir ve (12) trikliniktir ve son eşitsizlikleri tüm açılarında ve eksenlerinde göstermektedir.
(13) elemanı, kübik sisteme benzeyen, ancak γ açısı 90°'den farklı olan rombohedral sistemdir. Son olarak, altıgen kristaller vardır
Elemanların (14) yer değiştirmeleri, yeşil noktalı çizgilerle çizilen altıgen prizmayı oluşturur.
Kimyasal yapısına göre
– Kristaller iyonlar tarafından oluşturulmuşsa, tuzlarda (NaCl, CaSO) bulunan iyonik kristallerdir. 4 , CuCI 2 , KBr, vb.)
– Glikoz gibi moleküller (mümkün olduğunda) moleküler kristaller oluştururlar; bu durumda, ünlü şeker kristalleri oluşur.
– Bağları esasen kovalent olan atomlar kovalent kristaller oluşturur. Elmas ve silisyum karbürde durum böyledir.
– Aynı şekilde altın gibi metaller de metalik kristalleri oluşturan sıkı kübik yapılar oluştururlar.
Örnekler
K 2 Cr 2 O 7 (triklinik sistem)
NaCl (kübik sistem)
ZnS (wurtzite, altıgen sistem)
CuO (monoklinik sistem)
Referanslar
- Quimitube (2015). Neden "kristaller" kristal değildir? 24 Mayıs 2018'de quimitube.com adresinden alındı
- Press Books 10.6 Kristalin Katılarda Kafes Yapıları. 26 Mayıs 2018'de opentextbc.ca adresinden alındı.
- Kristal Yapılar Akademik Kaynak Merkezi. [PDF]. 24 Mayıs 2018'de web.iit.edu adresinden alındı.
- Ming (30 Haziran 2015). Türler Kristal Yapılar 26 Mayıs 2018'de crystalvisions-film.com adresinden alındı
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 Ocak 2018). Kristal türleri 26 Mayıs 2018'de thoughtco.com adresinden alındı
- KHI (2007). Kristalin Yapılar 26 Mayıs 2018'de folk.ntnu.no adresinden alındı
- Paweł Maliszczak. (25 Nisan 2016). Afganistan'ın Panjshir Vadisi'nden Ham Zümrüt Kristalleri [Şekil]. 24 Mayıs 2018'de commons.wikimedia.org adresinden alındı.
- Napy1kenobi. (26 Nisan 2008). Malhas Bravais. [Figür]. 26 Mayıs 2018'de şu adresten alındı: commons.wikimedia.org
- Kullanıcı: Sbyrnes321. (21 Kasım 2011). Kristal veya amorf. [Şekil]. 26 Mayıs 2018'de commons.wikimedia.org adresinden alındı.