KRISTALLSTRUKTUR: STRUKTUR, TYPER OCH EXEMPEL - KEMI

Den kristallina strukturen är en av de fasta tillstånd som atomer, joner eller molekyler kan anta i naturen, vilket kännetecknas av att ha en hög rumslig ordning. Med andra ord, detta är bevis på den "korpuskulära arkitekturen" som definierar många kroppar med glasartade och glänsande utseende.

Vad främjar eller vilken kraft är ansvarig för denna symmetri? Partiklarna är inte ensamma utan interagerar med varandra. Dessa interaktioner förbrukar energi och påverkar fastämnes stabilitet, så att partiklarna försöker rymma sig för att minimera denna energiförlust.

Så deras inneboende natur leder dem till att placera sig i det mest stabila rumsliga arrangemanget. Till exempel kan detta vara den där avvisningarna mellan joner med lika stora laddningar är minimala, eller där vissa atomer - som metalliska - också upptar den största möjliga volymen i sin förpackning.

Ordet "kristall" har en kemisk betydelse som kan förskrivas för andra kroppar. Kemiskt hänvisar det till en ordnad struktur (mikroskopiskt) som till exempel kan bestå av DNA-molekyler (en DNA-kristall).

Det är emellertid populärt missbruk att hänvisa till alla glasartade föremål eller ytor, till exempel speglar eller flaskor. Till skillnad från riktiga kristaller består glas av en amorf (störd) struktur av silikater och många andra tillsatser.

Strukturera

På bilden ovan illustreras några smaragdpärlor. Precis som dessa uppvisar många andra mineraler, salter, metaller, legeringar och diamanter en kristallin struktur; men vilken relation har dess beställning med symmetri?

Om en kristall, vars partiklar kan observeras med blotta ögat, tillämpas symmetrioperationer (invertera den, rotera den i olika vinklar, reflektera den i ett plan, etc.), kommer det att konstateras att det förblir intakt i alla rymdimensioner.

Det motsatta inträffar för ett amorft fast ämne, från vilket olika ordningar erhålls genom att utsätta det för en symmetrioperation. Dessutom saknar det strukturella upprepningsmönster, vilket visar slumpmässigheten i fördelningen av dess partiklar.

Vad är den minsta enheten som utgör strukturmönstret? I den övre bilden är det kristallina fastämnet symmetriskt i rymden, medan det amorfa inte är det.

Om rutor ritades som inneslutna orange sfärer och symmetrioperationer applicerades på dem, skulle det konstateras att de genererar andra delar av kristallen.

Ovanstående upprepas med mindre och mindre rutor tills man hittar den som är asymmetrisk; den som föregår den i storlek är per definition enhetscellen.

Enhetscell

Enhetscellen är det minsta strukturella uttrycket som tillåter fullständig reproduktion av det kristallina fasta ämnet. Från detta är det möjligt att montera glaset och flytta det i alla riktningar i rymden.

Det kan betraktas som en liten låda (bagageutrymme, hink, behållare etc.) där partiklarna, representerade av sfärer, placeras efter ett fyllningsmönster. Måtten och geometrierna för denna ruta beror på längden på dess axlar (a, b och c), såväl som vinklarna mellan dem (a, β och γ).

Den enklaste av alla enhetsceller är den för den enkla kubiska strukturen (övre bilden (1)). I detta upptar centrets sfärer hörnen av kuben, fyra vid sin bas och fyra vid taket.

I detta arrangemang upptar sfärerna endast 52% av den totala volymen av kuben, och eftersom naturen avstår från ett vakuum antar inte många föreningar eller element denna struktur.

Men om samma kub är anordnad på ett sådant sätt att man upptar mitten (kubik centrerad i kroppen, bcc), kommer det att finnas en mer kompakt och effektiv förpackning (2). Nu upptar sfärerna 68% av den totala volymen.

Å andra sidan, i (3) ingen sfär upptar centrum av kuben, men mitten av dess ansikten gör, och de upptar alla upp till 74% av den totala volymen (ansiktscentrerad kubik, cc).

Således kan det inses att andra arrangemang kan erhållas för samma kub genom att variera sättet på vilket sfärerna packas (joner, molekyler, atomer, etc.).

typer

Kristallstrukturer kan klassificeras enligt deras kristallsystem eller deras kemiska karaktär.

Till exempel är det kubiska systemet det vanligaste av alla, och många kristallina fasta ämnen styrs av det; samma system gäller dock både joniska och metalliska kristaller.

Enligt dess kristallina system

I den föregående bilden representeras de sju huvudkristallsystemen. Det kan noteras att det faktiskt finns fjorton av dessa, som är produkten av andra former av förpackningar för samma system och utgör Bravais nätverk.

Från (1) till (3) finns kristaller med kubiska kristallsystem. I (2) observeras (av de blå ränderna) att sfären i mitten och hörnen samverkar med åtta grannar, så sfärerna har ett koordinationsnummer på 8. Och i (3) är koordinationsnumret 12 (för att se det måste du kopiera kuben i valfri riktning).

Elementen (4) och (5) motsvarar enkla och ansiktscentrerade tetragonala system. Till skillnad från kubik är dess c-axel längre än a- och b-axlarna.

Från (6) till (9) är de ortorombiska systemen: från enkla och centrerade på baserna (7), till de som är centrerade på kroppen och på ansikten. I dessa α, β och γ är 90º, men alla sidor har olika längder.

Figurerna (10) och (11) är de monokliniska kristallerna och (12) är den trikliniska, den sista med ojämlikheter i alla dess vinklar och axlar.

Elementet (13) är det rombohedrala systemet, analogt med det kubiska, men med en vinkel y som skiljer sig från 90º. Slutligen finns det sexkantiga kristaller

Förskjutningarna av elementen (14) härrör från det hexagonala prismat som spåras av de gröna prickade linjerna.

Enligt dess kemiska natur

- Om kristallerna består av joner, då de är joniska kristaller närvarande i salter (NaCl, CaSO ₄ , CuCl ₂ , KBr, etc.)

- Molekyler som glukosform (närhelst de kan) molekylkristaller; i detta fall de berömda sockerkristallerna.

- Atomer vars bindningar väsentligen är kovalenta bildar kovalenta kristaller. Sådana är fallet med diamant eller kiselkarbid.

- På samma sätt bildar metaller som guld kompakta kubiska strukturer, som utgör metalliska kristaller.

exempel

K

NaCl (kubiskt system)

ZnS (wurtzite, hexagonal system)

CuO (monokliniskt system)

referenser

Quimitube. (2015). Varför "kristaller" inte är kristaller. Hämtad den 24 maj 2018, från: quimitube.com
Pressbooks. 10.6 Gitterstrukturer i kristallina fasta ämnen. Hämtad 26 maj 2018, från: opentextbc.ca
Crystal Structures Academic Resource Center. . Hämtad den 24 maj 2018, från: web.iit.edu
Ming. (2015, 30 juni). Typer kristallstrukturer. Hämtad 26 maj 2018, från: crystalvisions-film.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (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 Valley Afghanistan. . Hämtad den 24 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
Napy1kenobi. (26 april 2008). Bravais gitter. . Hämtad 26 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
Användare: Sbyrnes321. (21 november 2011). Kristallin eller amorf. . Hämtad 26 maj 2018, från: commons.wikimedia.org

KRISTALLSTRUKTUR: STRUKTUR, TYPER OCH EXEMPEL - KEMI - 2026