JEDNOTKOVÁ BUNKA: VLASTNOSTI, SIEŤOVÉ KONŠTANTY A TYPY - CHÉMIA - 2025

Jednotková bunka je imaginárny priestor, alebo oblasť, ktorá predstavuje minimálnu expresiu celku; že v prípade chémie by išlo o kryštál zložený z atómov, iónov alebo molekúl, ktoré sú usporiadané podľa štruktúrneho vzoru.

Príklady, ktoré stelesňujú tento koncept, možno nájsť v každodennom živote. Preto je potrebné venovať pozornosť objektom alebo povrchom, ktoré vykazujú určitý opakujúci sa rad ich prvkov. Niektoré mozaiky, reliéfy, kazetové stropy, listy a tapety môžu všeobecne zahŕňať to, čo sa chápe v jednotkovej bunke.

Papierové bunkové bunky pre mačky a kozy. Zdroj: Hanna Petruschat (WMDE).

Pre lepšiu ilustráciu máme vyššie uvedený obrázok, ktorý by sa dal použiť ako tapeta. V ňom sa objavujú mačky a kozy s dvoma alternatívnymi zmyslami; mačky sú zvislé alebo hore nohami a kozy ležia dolu nahor alebo nadol.

Tieto mačky a kozy vytvárajú opakujúci sa štruktúrny sled. Na zostavenie celého papiera by stačilo mnohonásobne reprodukovať jednotkovú bunku cez povrch pomocou translačných pohybov.

Možné jednotkové bunky sú znázornené modrými, zelenými a červenými políčkami. Ktorýkoľvek z týchto troch by sa mohol použiť na získanie úlohy; ale je potrebné ich imaginárne posúvať po povrchu, aby sa zistilo, či reprodukujú rovnakú sekvenciu, aká je na obrázku.

Počnúc červeným políčkom by sa ocenilo, že ak by sa tri stĺpce (mačky a kozy) presunuli doľava, dve kozy by sa už neobjavili na spodnej časti, ale iba na jednej. Preto by to viedlo k inej sekvencii a nemožno ho považovať za jednotkovú bunku.

Zatiaľ čo keby imaginatívne presunuli dve škatule, modrú a zelenú, získala by sa rovnaká sekvencia papiera. Obidve sú jednotkové bunky; modrý rámček sa však viac riadi definíciou, pretože je menší ako zelený rámček.

Vlastnosti bunkovej jednotky

Jeho vlastná definícia okrem príkladu, ktorý bol práve vysvetlený, objasňuje niekoľko jeho vlastností:

- Ak sa pohybujú vo vesmíre, bez ohľadu na smer, získa sa pevný alebo úplný kryštál. Je to tak preto, že, ako sa uvádza v prípade mačiek a kôz, reprodukujú štrukturálnu sekvenciu; čo sa rovná priestorovému rozloženiu opakujúcich sa jednotiek.

- Musia byť čo najmenšie (alebo zaberať malý objem) v porovnaní s inými možnými možnosťami bunky.

-Oni sú zvyčajne symetrické. Jeho symetria sa tiež doslova odráža v kryštáloch zlúčeniny; ak je jednotková bunka kocky, jej kryštály budú kubické. Existujú však kryštálové štruktúry, ktoré sú opísané ako jednotkové bunky s deformovanými geometriami.

-Obsahujú opakujúce sa jednotky, ktoré môžu byť nahradené bodmi, ktoré zase tvoria tzv. Mriežku v troch rozmeroch. V predchádzajúcom príklade mačky a kozy predstavujú mrežové body pri pohľade z vyššej roviny; to znamená dva rozmery.

Počet opakujúcich sa jednotiek

Opakujúce sa jednotky alebo body mriežky jednotkových buniek udržiavajú rovnaký podiel pevných častíc.

Ak spočítate počet mačiek a kôz v modrom rámčeku, budete mať dve mačky a kozy. To isté platí pre zelený rámček a aj červený rámček (aj keď už je známe, že to nie je jednotková bunka).

Predpokladajme napríklad, že mačky a kozy sú atómy G a C (zvláštny zvierací zvar). Pretože pomer G k C je 2: 2 alebo 1: 1 v modrom rámčeku, dá sa bezpečne očakávať, že pevná látka bude mať vzorec GC (alebo CG).

Ak pevná látka vykazuje viac alebo menej kompaktné štruktúry, ako sa to deje so soľami, kovmi, oxidmi, sulfidmi a zliatinami, v jednotkových bunkách nie sú celé opakujúce sa jednotky; to znamená, že sú ich časti alebo časti, ktoré spájajú najviac jednu alebo dve jednotky.

Toto nie je prípad GC. Ak je to tak, modrý rámček by „mačky“ a kozy rozdelil na dve (1/2 G a 1 / 2C) alebo štyri (1 / 4G a 1 / 4C). V nasledujúcich častiach bude zrejmé, že v týchto jednotkových bunkách sú retikulové body vhodne rozdelené týmto a ďalšími spôsobmi.

Aké sieťové konštanty definujú bunkovú jednotku?

Jednotkové bunky v príklade GC sú dvojrozmerné; to sa však nevzťahuje na skutočné modely, ktoré zohľadňujú všetky tri rozmery. Štvorce alebo rovnobežníky sa tak transformujú na rovnobežné rúrky. Teraz výraz „bunka“ dáva zmysel.

Rozmery týchto buniek alebo rovnobežníkov sú závislé od toho, ako dlho sú ich príslušné strany a uhly.

Na spodnom obrázku je dolný zadný roh rovnobežníka, zložený zo strán a, b a c a uhlov α, β a γ.

Parametre jednotkovej bunky. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Ako je vidieť, a je o niečo dlhšia ako ba c. V strede je prerušovaná kružnica označujúca uhly α, β a y medzi ac, cb a ba. Pre každú bunkovú jednotku majú tieto parametre konštantné hodnoty a definujú svoju symetriu a symetriu zvyšku kryštálu.

Ak použijeme nejakú fantáziu znova, parametre obrazu by definovali kockovú bunku natiahnutú na jej okraji a. Jednotkové bunky teda vznikajú s rôznymi dĺžkami a uhlami svojich hrán, ktoré možno tiež rozdeliť do rôznych typov.

druhy

14 sietí Bravais a sedem základných kryštálových systémov. Zdroj: Pôvodným používateľom nahrávania bol Angrense na portugalskej Wikipédii.

Všimnite si, že na hornom obrázku začnite bodkovanými čiarami v jednotkách buniek: naznačujú dolný zadný uhol, ako bolo práve vysvetlené. Možno položiť nasledujúcu otázku, kde sú mrežové body alebo opakujúce sa jednotky? Hoci vyvolávajú nesprávny dojem, že bunky sú prázdne, odpoveď leží na ich vrcholoch.

Tieto bunky sa generujú alebo vyberajú tak, aby sa opakujúce sa jednotky (šedivé body obrázka) nachádzali vo svojich vrcholoch. V závislosti od hodnôt parametrov stanovených v predchádzajúcej časti, konštanty pre každú bunkovú bunku, sa odvodí sedem kryštálových systémov.

Každý kryštálový systém má svoju vlastnú bunkovú jednotku; druhý definuje prvý. Na hornom obrázku je sedem políčok, ktoré zodpovedajú siedmim kryštálovým systémom; alebo súhrnnejšie, kryštalické siete. Napríklad kubická jednotková bunka teda zodpovedá jednému z kryštalických systémov, ktoré definujú kubickú kryštalickú mriežku.

Podľa obrázku sú kryštalickými systémami alebo sieťami:

-Cubic

-Tetragonal

-Orthorhombic

-Hexagonal

-Monoclinic

-Triclinic

-Trigonal

A v týchto kryštalických systémoch vznikajú ďalšie, ktoré tvoria štrnásť Bravaisových sietí; že zo všetkých kryštalických sietí sú najzákladnejšie.

kubický

V kocke sú všetky jej strany a uhly rovnaké. Preto v tejto jednotkovej bunke platí toto:

a = β = γ = 90 °

Existujú tri kubické jednotkové bunky: jednoduché alebo primitívne, na telo (bcc) a na tvár (fcc). Rozdiely spočívajú v rozdelení bodov (atómy, ióny alebo molekuly) av ich počte.

Ktorá z týchto buniek je najkompaktnejšia? Ten, ktorého objem je viac obsadený bodmi: kubický centrovaný na tváre. Všimnite si, že ak nahradíme bodky za mačky a kozy od začiatku, nebudú sa obmedzovať iba na jednu bunku; patrili by a zdieľali by ich viacerí. Opäť by to boli časti G alebo C.

Počet jednotiek

Keby boli mačky alebo kozy na vrcholoch, zdieľali by ich 8 bunkových jednotiek; to znamená, že každá bunka by mala 1/8 z G alebo C. Pripojte sa alebo si predstavte 8 kociek v dvoch stĺpcoch po dvoch radoch, aby ste ju vizualizovali.

Keby mačky alebo kozy boli na tvári, zdieľali by ich iba dve bunkové jednotky. Ak to chcete vidieť, dajte dohromady dve kocky.

Na druhej strane, ak by mačka alebo koza boli v strede kocky, patrili by len do jednej bunkovej jednotky; To isté sa deje s rámčekmi v hlavnom obrázku, keď sa tento koncept riešil.

S povedal vyššie, v jednoduchom kubické bunke je jednotka alebo retikulárne bod, pretože to má 8 vrcholy (1/8 x 8 = 1). Pre kubickú bunku sústredenú v tele existuje: 8 vrcholov, ktoré sa rovnajú jednému atómu, a bod alebo jednotka v strede; preto existujú dve jednotky.

A pre kubickú bunku zameranú na tvár existuje: 8 vrcholov (1) a šesť tvárí, kde je zdieľaná polovica každého bodu alebo jednotky (1/2 x 6 = 3); preto má štyri jednotky.

čtyřúhelný

Podobné pripomienky je možné urobiť, pokiaľ ide o jednotkovú bunku pre tetragonálny systém. Jeho štrukturálne parametre sú tieto:

a = β = γ = 90 °

orthorhombic

Parametre ortorombickej bunky sú:

a = β = γ = 90 °

monoclinic

Parametre pre monoklinickú bunku sú:

a = y = 90 °; β ≠ 90 °

trojklonných

Parametre triklinickej bunky sú:

a ≠ β ≠ γ ≠ 90º

šesťuholníkový

Parametre hexagonálnej bunky sú:

a = p = 90 °; γ ≠ 120 °

Bunka v skutočnosti predstavuje jednu tretinu hexagonálneho hranolu.

trigonální

Nakoniec sú parametre trigonálnej bunky:

a = β = γ ≠ 90 °

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning P 474-477.
2. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Primitívna bunka. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Bryan Stephanie. (2019). Jednotková bunka: Parametre mriežky a kubické štruktúry. Štúdia. Obnovené z: study.com
5. Akademické informačné centrum. (SF). Kryštalické štruktúry. , Illinoisov technologický inštitút. Obnovené z: web.iit.edu
6. Belford Robert. (7. februára 2019). Kryštálové mriežky a jednotkové bunky. Chemistry Libretexts. Obnovené z: chem.libretexts.org