Krystallstruktur: Struktur, Typer og Eksempler

Den krystallinske strukturen er et av de faste tilstandene som atomer, ioner eller molekyler kan adoptere i naturen, som er preget av å ha et høyt romlig arrangement. Med andre ord, dette er bevis på "corpuscular arkitekturen" som definerer mange kropper med vitreous og strålende opptredener.

Hva fremmer eller hvilken kraft er ansvarlig for denne symmetrien? Partiklene er ikke alene, men samhandler med hverandre. Disse interaksjonene forbruker energi og påvirker stabiliteten til faststoffene, slik at partiklene søker å imøtekomme for å minimere dette energitapet.

Deretter fører de iboende naturene dem til å plassere seg i den mest stabile romlige arrangementet. For eksempel kan dette være hvor avstøtningene mellom ioner med lik ladning er minimal, eller hvor også noen atomer, som metall, opptar størst mulig volum i emballasjen.

Ordet "krystall" har en kjemisk betydning som kan være forkert representert for andre organer. Kjemisk refererer det til en bestilt struktur (mikroskopisk) som for eksempel kan bestå av DNA-molekyler (en DNA-krystall).

Imidlertid er det populært misbrukt å referere til gjenstander eller glassagtige overflater, for eksempel speil eller flasker. I motsetning til ekte krystaller består glass av en amorf (rotete) struktur av silikater og mange andre additiver.

struktur

I det øvre bildet er noen perler av smaragder illustrert. Akkurat som disse, viser mange andre mineraler, salter, metaller, legeringer og diamanter en krystallinsk struktur; Men, hvilken relasjon har ordren sin med symmetri?

Hvis en krystall, hvis partikler kunne observeres med det blotte øye, er applikert symmetrioperasjoner (inverter, roter det i forskjellige vinkler, reflekterer det i et plan etc.), vil det bli funnet å forbli intakt i alle dimensjoner av rommet.

Det motsatte skjer for et amorft faststoff, hvorfra forskjellige ordninger oppnås ved å underkaste seg en symmetrioperasjon. I tillegg mangler det strukturelle repetisjonsmønstre, som viser den tilfeldige fordeling av partiklene.

Hva er den minste enheten som utgjør det strukturelle mønsteret? I det øvre bildet er det krystallinske faststoff symmetrisk i rommet, mens den amorfe ikke er.

Hvis du tegner firkanter som omgir oransje sfærer og du bruker symmetrioperasjonene, vil du oppdage at de genererer andre deler av krystallet.

Den forrige tingen gjentas med mindre og mindre firkanter, til du finner den som er asymmetrisk; den som går foran den i størrelse er per definisjon enhetscellen.

Unitær celle

Den enhetlige cellen er det minste strukturelle uttrykket som tillater fullstendig gjengivelse av det krystallinske faststoffet. Fra dette er det mulig å montere krystallet, flytte det i alle retninger av rommet.

Det kan betraktes som en liten skuff (koffert, bøtte, beholder, etc.) der partiklene, representert av kuler, plasseres etter et fyllningsmønster. Dimensjonene og geometriene i denne boksen avhenger av lengdene av aksene (a, b og c), samt vinklene mellom dem (α, β og γ).

Den enkleste av alle enhetens celler er den enkle kubiske strukturen (toppbildet (1)). Her inneholder senterets senter kubeens hjørner, plasserer fire ved sokkelen og fire på taket.

I dette arrangementet okkuperer kulene nesten 52% av kubens totale volum, og siden naturen forvirrer et vakuum, er det ikke mange forbindelser eller elementer som adopterer denne strukturen.

Men hvis sfærene er arrangert i samme terning på en slik måte at man befinner seg i midten (kubikk sentrert på kroppen, bcc), vil en mer kompakt og effektiv emballasje være tilgjengelig (2). Nå er sfærene opptatt av 68% av totalvolumet.

På den annen side er det ingen kule i kubens midtpunkt, men midt i ansiktet, og alle inntar opptil 74% av totalvolumet (kubikk sentrert på ansiktene, ccp).

Således kan det ses at andre arrangementer kan oppnås for samme terning, varierende måten kulene er pakket på (ioner, molekyler, atomer, etc.).

typen

Krystallstrukturer kan klassifiseres i henhold til deres krystallinske systemer eller partikkelens kjemiske natur.

For eksempel er det kubiske systemet det mest vanlige og mange krystallinske faste stoffer styres fra det; Dette samme systemet gjelder imidlertid for både ioniske krystaller og metallkrystaller.

I henhold til det krystallinske systemet

I det forrige bildet er de syv hovedkrystallinske systemene representert. Det kan bemerkes at i virkeligheten er det fjorten av disse, som er produktet av andre former for emballasje for de samme systemene og utgjør Bravais-nettverkene.

Fra (1) til (3) er krystallene med kubiske krystallsystemer. I (2) observeres det (ved de blå stripene) at sfæren mellom senteret og hjørnene sitter sammen med åtte naboer, slik at sfærene har et koordinasjonsnummer på 8. Og i (3) er koordineringsnummeret 12 (for å se det, er det nødvendig å duplisere kuben i hvilken som helst retning).

Elementene (4) og (5) samsvarer med de enkle tetragonale systemene og er sentrert på ansiktene. I motsetning til den kubiske, er c-aksen sin lengre enn a- og b-aksene.

Fra (6) til (9) er orthorhombic systemene: fra det enkle og sentrert på basene (7), til de som er sentrert på kroppen og på ansiktene. I disse α, β og γ er 90º, men alle sider har forskjellige lengder.

Tallene (10) og (11) er de monokliniske krystaller og (12) er triclinic, som presenterer de siste ulikhetene i alle sine vinkler og akser.

Elementet (13) er rhombohedralsystemet, analogt med det kubiske, men med en vinkel γ forskjellig fra 90º. Til slutt er det de sekskantede krystallene

Fordelingen av elementene (14) stammer fra sekskantet prisme sporet av de stiplede linjene av grønt.