KRYŠTÁLOVÁ ŠTRUKTÚRA: ŠTRUKTÚRA, TYPY A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Kryštalická štruktúra je jednou z pevných látok, ktoré atómy, ióny alebo molekuly môžu prijímajú v prírode, ktorý sa vyznačuje tým, že má vysoké priestorové usporiadanie. Inými slovami, je to dôkaz „korpuskulárnej architektúry“, ktorá definuje veľa telies so sklovitou a lesklou podobou.

Čo propaguje alebo aká sila je zodpovedná za túto symetriu? Častice nie sú samotné, ale interagujú navzájom. Tieto interakcie spotrebúvajú energiu a ovplyvňujú stabilitu tuhých látok, takže častice sa usilujú prispôsobiť sa, aby sa minimalizovali tieto energetické straty.

Ich prirodzená povaha ich preto vedie k tomu, aby sa umiestnili do najstabilnejšieho priestorového usporiadania. Napríklad to môže byť ten, v ktorom sú odrazy medzi iónmi s rovnakými nábojmi minimálne, alebo kde niektoré atómy, napríklad kovové, tiež zaberajú vo svojich obaloch najväčší možný objem.

Slovo „kryštál“ má chemický význam, ktorý je možné pre iné telá skresliť. Chemicky sa to týka usporiadanej štruktúry (mikroskopicky), ktorá môže napríklad pozostávať z molekúl DNA (kryštál DNA).

Všeobecne sa však zneužíva na označenie akéhokoľvek sklovitého predmetu alebo povrchu, ako sú zrkadlá alebo fľaše. Na rozdiel od pravých kryštálov sklo pozostáva z amorfnej (neusporiadanej) štruktúry kremičitanov a mnohých ďalších prísad.

štruktúra

Na obrázku vyššie sú zobrazené niektoré smaragdové drahokamy. Rovnako ako tieto, mnoho ďalších minerálov, solí, kovov, zliatin a diamantov vykazuje kryštalickú štruktúru; ale aký je jeho vzťah k symetrii?

Ak sa v kryštáli, ktorého častice sa dajú pozorovať voľným okom, použijú operácie symetrie (prevrátenie, otočenie v rôznych uhloch, jeho odraz v rovine atď.), Potom sa zistí, že zostáva neporušený vo všetkých rozmeroch priestoru.

Opak sa vyskytuje v prípade amorfnej pevnej látky, z ktorej sa získajú rôzne rády jej podrobením symetrickej operácii. Ďalej mu chýbajú štruktúrne opakujúce sa vzory, čo ukazuje náhodnosť v distribúcii jeho častíc.

Aká je najmenšia jednotka, ktorá tvorí štruktúrny vzor? Na hornom obrázku je kryštalická pevná látka v priestore symetrická, zatiaľ čo amorfná nie.

Keby boli nakreslené štvorce, aby uzavreli oranžové gule a boli na ne aplikované symetrické operácie, zistilo by sa, že vytvárajú ďalšie časti kryštálu.

Vyššie uvedené sa opakuje s menšími a menšími štvorcami, až kým nenájdete ten, ktorý je asymetrický; ten, ktorý mu predchádzal, je podľa definície jednotkovou bunkou.

Jednotková bunka

Jednotková bunka je minimálna štrukturálna expresia, ktorá umožňuje úplnú reprodukciu kryštalickej pevnej látky. Z tohto je možné zostaviť sklo a pohybovať ho vo všetkých smeroch v priestore.

Môže sa považovať za malú zásuvku (kufor, vedro, nádoba atď.), Kde sú častice reprezentované guľami umiestnené podľa vzoru plnenia. Rozmery a geometrie tejto skrinky závisia od dĺžky jej osí (a, b a c), ako aj od uhlov medzi nimi (α, β a γ).

Najjednoduchšie zo všetkých bunkových jednotiek je jednoduchá kubická štruktúra (horný obrázok (1)). Stred guľôčok pritom zaberá rohy kocky, štyri na svojej základni a štyri na strope.

V tomto usporiadaní gule zaberajú iba 52% z celkového objemu kocky a keďže príroda odmieta vákuum, túto štruktúru nepreberá veľa zlúčenín alebo prvkov.

Ak sú však gule usporiadané v tej istej kocke takým spôsobom, že jeden zaberá stred (kubický centrovaný v tele, bcc), potom bude existovať kompaktnejšie a účinnejšie balenie (2). Sféry teraz zaberajú 68% celkového objemu.

Na druhej strane, v bode (3) žiadna guľa nezaberá stred kocky, ale stred jej tvárí áno a všetky zaberajú až 74% celkového objemu (kubika centrovaná na tvár, cc).

Preto je možné si uvedomiť, že pre tú istú kocku je možné získať ďalšie usporiadania zmenou spôsobu, akým sú gule balené (ióny, molekuly, atómy atď.).

druhy

Kryštalické štruktúry možno klasifikovať podľa ich kryštalických systémov alebo chemickej povahy ich častíc.

Napríklad kubický systém je najbežnejší zo všetkých a riadi sa ním veľa kryštalických tuhých látok; rovnaký systém sa však vzťahuje na iónové i kovové kryštály.

Podľa svojho kryštalického systému

Na predchádzajúcom obrázku je znázornených sedem hlavných kryštálových systémov. Je možné poznamenať, že v skutočnosti je ich štrnásť, ktoré sú produktom iných foriem balenia pre rovnaké systémy a vytvárajú siete Bravais.

Od (1) do (3) sú kryštály s kubickými kryštálovými systémami. V (2) je pozorované (modrými pruhmi), že guľa v strede a v rohoch interaguje s ôsmimi susedmi, takže gule majú koordinačné číslo 8. A (3) je koordinačné číslo 12 (aby ste to videli, musíte kocku duplikovať v ľubovoľnom smere).

Prvky (4) a (5) zodpovedajú jednoduchým tetragonálnym systémom zameraným na tvár. Na rozdiel od kubických je jej os c dlhšia ako os aab.

Od (6) do (9) sú ortorombické systémy: od jednoduchých a sústredených na základoch (7) po tie, ktoré sú sústredené na tele a na tváre. V týchto a, p a y sú 90 °, ale všetky strany majú rôznu dĺžku.

Obrázky (10) a (11) sú monoklinické kryštály a (12) je triklinický, posledný predstavuje nerovnosti vo všetkých jeho uhloch a osiach.

Prvok (13) je kosoštvorcový systém, analogický kubickému systému, ale s uhlom y odlišným od 90 °. Nakoniec sú tu hexagonálne kryštály

Posunutie prvkov (14) pochádza zo šesťuholníkového hranolu sledovaného zelenými bodkovanými čiarami.

Podľa svojej chemickej povahy

- Ak sú kryštály tvorené iónov, potom sú iónové kryštály prítomné v soli (NaCl, CaSO ₄ , CuCl ₂ , KBr, atď)

- Molekuly ako glukóza tvoria (kedykoľvek môžu) molekulárne kryštály; v tomto prípade známe kryštály cukru.

- Atómy, ktorých väzby sú v podstate kovalentné, tvoria kovalentné kryštály. Také sú prípady diamantu alebo karbidu kremíka.

- Podobne kovy ako zlato tvoria kompaktné kubické štruktúry, ktoré tvoria kovové kryštály.

Príklady

K

NaCl (kubický systém)

ZnS (wurtzit, hexagonálny systém)

CuO (monoklinický systém)

Referencie

1. Quimitube. (2015). Prečo „kryštály“ nie sú kryštály. Načítané 24. mája 2018, z: quimitube.com
2. Pressbooks. 10.6 Štruktúry mriežky v kryštalických tuhých látkach. Získané 26. mája 2018 z: opentextbc.ca
3. Centrum akademických zdrojov spoločnosti Crystal Structures. , Získané 24. mája 2018, z: web.iit.edu
4. Ming. (2015, 30. júna). Typy krištáľových štruktúr. Zdroj: 26. mája 2018, z: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31. januára 2018). Druhy kryštálov. Zdroj: 26. mája 2018, z: thinkco.com
6. KHI. (2007). Kryštalické štruktúry. Zdroj: 26. mája 2018, z: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25. apríla 2016). Drsné smaragdové kryštály z údolia Panjshir v Afganistane. , Zdroj: 24. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26. apríla 2008). Bravaisove mriežky. , Zdroj: 26. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
9. Užívateľ: Sbyrnes321. (21. november 2011). Kryštalické alebo amorfné. , Zdroj: 26. mája 2018, z: commons.wikimedia.org