JEDNOTKOVÁ BUŇKA: VLASTNOSTI, SÍŤOVÉ KONSTANTY A TYPY - CHEMIE - 2025

Jednotková buňka je imaginární prostor, nebo oblast, která představuje minimální expresi celku; že v případě chemie by celek byl krystal složený z atomů, iontů nebo molekul, které jsou uspořádány podle strukturního vzorce.

Příklady, které ztělesňují tento koncept, lze nalézt v každodenním životě. K tomu je nutné věnovat pozornost objektům nebo povrchům, které vykazují určitý opakující se pořadí jejich prvků. Některé mozaiky, reliéfy, kazetové stropy, listy a tapety mohou obecně zahrnovat to, co je chápáno jednotkovou buňkou.

Papírové celky koček a koz. Zdroj: Hanna Petruschat (WMDE).

Pro jasnější ilustraci máme výše uvedený obrázek, který lze použít jako tapetu. V něm se objevují kočky a kozy se dvěma alternativními smysly; kočky jsou vzpřímené nebo vzhůru nohama a kozy leží dolů směrem nahoru nebo dolů.

Tyto kočky a kozy vytvářejí opakující se strukturální sled. Pro sestavení celého papíru by stačilo mnohokrát reprodukovat jednotkovou buňku po povrchu pomocí translačních pohybů.

Možné jednotkové buňky představují modré, zelené a červené rámečky. K získání role mohl být použit kterýkoli z těchto tří; ale je třeba je imaginativně posunout po povrchu, abychom zjistili, zda reprodukují stejnou sekvenci, jaká byla na obrázku.

Počínaje červeným rámečkem by se ocenilo, že pokud by byly tři sloupce (kočky a kozy) přesunuty doleva, dva kozy by se již neobjevovaly ve spodní části, ale pouze jeden. Proto by to vedlo k další sekvenci a nelze jej považovat za jednotkovou buňku.

Zatímco by imaginativně přemístili dvě krabice, modrou a zelenou, získala by se stejná posloupnost papíru. Oba jsou jednotkové buňky; modrý rámeček se však definice více řídí, protože je menší než zelený rámeček.

Vlastnosti buněčné buňky

Jeho vlastní definice, kromě právě vysvětleného příkladu, objasňuje několik jeho vlastností:

-Pokud se pohybují ve vesmíru, bez ohledu na směr, získá se pevný nebo úplný krystal. Je to proto, že, jak je uvedeno u koček a koz, reprodukují strukturální sled; což se rovná prostorovému rozložení opakujících se jednotek.

- Musí být co nejmenší (nebo zabírat malý objem) ve srovnání s jinými možnými možnostmi buněk.

- Obvykle jsou symetrické. Také jeho symetrie se doslova odráží v krystalech sloučeniny; je-li jednotková buňka soli krychlová, její krystaly budou krychlové. Existují však krystalové struktury, které jsou popsány jako jednotkové buňky se zkreslenými geometriemi.

-Obsahují opakující se jednotky, které mohou být nahrazeny body, které zase tvoří tzv. Mříž ve třech rozměrech. V předchozím příkladu představují kočky a kozy mřížové body při pohledu z vyšší roviny; to znamená, dva rozměry.

Počet opakujících se jednotek

Opakující se jednotky nebo body mřížky jednotkových buněk udržují stejný podíl pevných částic.

Pokud spočítáte počet koček a koz v modrém rámečku, budete mít dvě kočky a kozy. Totéž se stane se zeleným rámečkem a také s červeným rámečkem (i když je již známo, že to není jednotková buňka).

Předpokládejme například, že kočky a kozy jsou atomy G a C (zvláštní zvířecí svar). Protože poměr G k C je 2: 2 nebo 1: 1 v modrém rámečku, lze bezpečně očekávat, že pevná látka bude mít vzorec GC (nebo CG).

Pokud má pevná látka více či méně kompaktní struktury, jako je tomu u solí, kovů, oxidů, sulfidů a slitin, nejsou v jednotkových buňkách žádné celé opakující se jednotky; to znamená, že jsou jejich části nebo části, které sčítají až jednu nebo dvě jednotky.

To však neplatí pro GC. Pokud ano, modrý rámeček „rozdělí“ kočky a kozy na dvě (1 / 2G a 1 / 2C) nebo čtyři části (1 / 4G a 1 / 4C). V následujících sekcích bude vidět, že v těchto jednotkových buňkách jsou retikulární body pohodlně rozděleny tímto a dalšími způsoby.

Jaké síťové konstanty definují jednotkovou buňku?

Jednotkové buňky v příkladu GC jsou dvourozměrné; to však neplatí pro skutečné modely, které berou v úvahu všechny tři dimenze. Čtverce nebo rovnoběžníky se tak transformují na rovnoběžníky. Nyní má výraz „buňka“ větší smysl.

Rozměry těchto buněk nebo rovnoběžnostěn závisí na tom, jak dlouho jsou jejich příslušné strany a úhly.

Na spodním obrázku máme spodní zadní roh rovnoběžky, složený ze stran a, b a c a úhlů α, β a γ.

Parametry jednotkové buňky. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Jak je vidět, a je o něco delší než b a c. Ve středu je tečkovaná kružnice označující úhly α, β a γ mezi ac, cb a ba. Pro každou buňku jednotky mají tyto parametry konstantní hodnoty a definují její symetrii a symetrii zbytku krystalu.

Při opětovné aplikaci nějaké představivosti by obrazové parametry definovaly kostku podobnou buňku nataženou na jejím okraji a. Jednotkové buňky tedy vznikají s různými délkami a úhly jejich okrajů, které lze také klasifikovat do různých typů.

Typy

14 Bravaisových sítí a sedm základních křišťálových systémů. Zdroj: Původním uploaderem byl Angrense na portugalské Wikipedii.

Všimněte si, že na horním obrázku začínají tečkované čáry uvnitř buněk jednotky: označují spodní zadní úhel, jak bylo právě vysvětleno. Je možné položit následující otázku, kde jsou mříže nebo opakující se jednotky? I když vyvolávají nesprávný dojem, že jsou buňky prázdné, odpověď leží na jejich vrcholech.

Tyto buňky jsou generovány nebo vybírány tak, aby se opakující se jednotky (šedivé body obrazu) umístily v jejich vrcholech. V závislosti na hodnotách parametrů stanovených v předchozí sekci, konstantních pro každou jednotkovou buňku, je odvozeno sedm krystalových systémů.

Každý krystalický systém má svou vlastní jednotkovou buňku; druhý definuje první. Na horním obrázku je sedm políček, které odpovídají sedmi krystalovým systémům; nebo v souhrnu krystalické sítě. Tak například kubická jednotková buňka odpovídá jednomu z krystalických systémů, které definují kubickou krystalovou mříž.

Podle obrázku jsou krystalické systémy nebo sítě:

-Krychlový

-Tetragonální

-Otortorombický

- Šestiúhelník

- Monoklinický

-Klinika

-Trigonal

A v těchto krystalických systémech vznikají další, kteří tvoří čtrnáct Bravaisových sítí; že ze všech krystalických sítí jsou nejzákladnější.

Krychlový

V krychli jsou všechny její strany a úhly stejné. Proto v této jednotkové buňce platí následující:

a = β = γ = 90 °

Existují tři krychlové jednotkové buňky: jednoduché nebo primitivní, zaměřené na tělo (bcc) a zaměřené na obličej (fcc). Rozdíly spočívají v rozdělení bodů (atomy, ionty nebo molekuly) a jejich počtu.

Která z těchto buněk je nejkompaktnější? Ten, jehož objem je více obsazen body: krychlový soustředěný na tvářích. Všimněte si, že pokud jsme od začátku nahradili tečky kočkám a kozám, nebyly by omezeny na jednu buňku; oni by patřili a byli by sdíleni několika. Opět by to byly části G nebo C.

Počet jednotek

Kdyby byly kočky nebo kozy na vrcholcích, byly by sdíleny 8 jednotkovými buňkami; to znamená, že každá buňka by měla 1/8 z G nebo C. Připojte se nebo si představte 8 kostek ve dvou sloupcích po dvou řádcích, aby si ji vizualizovaly.

Pokud by na tvářích byly kočky nebo kozy, sdílely by je pouze dvě buněčné buňky. Chcete-li to vidět, stačí dát dohromady dvě kostky.

Na druhou stranu, pokud by kočka nebo koza byla ve středu krychle, patřila by pouze do jedné buněčné buňky; Totéž se stane s rámečky v hlavním obrázku, když byl koncept vyřešen.

S řekl výše, v jednoduchém krychlové buňce je jednotka nebo retikulární bod, protože to má 8 vrcholy (1/8 x 8 = 1). Pro kubickou buňku vystředěnou v těle existuje: 8 vrcholů, které se rovnají jednomu atomu, a bod nebo jednotka ve středu; proto existují dvě jednotky.

A pro kubickou buňku zaměřenou na obličej existují: 8 vrcholů (1) a šest obličejů, kde je sdílena polovina každého bodu nebo jednotky (1/2 x 6 = 3); má tedy čtyři jednotky.

Tetragonální

Podobné poznámky lze učinit, pokud jde o jednotkovou buňku pro čtyřúhelníkový systém. Jeho strukturální parametry jsou následující:

a = β = γ = 90 °

Ortorombický

Parametry pro ortorombickou buňku jsou:

a = β = γ = 90 °

Monoklinické

Parametry pro monoklinickou buňku jsou:

a = y = 90 °; β ≠ 90º

Triclinic

Parametry pro triklinickou buňku jsou:

a ≠ β ≠ γ ≠ 90º

Šestiúhelník

Parametry pro hexagonální buňku jsou:

a = p = 90 °; γ ≠ 120º

Buňka ve skutečnosti představuje jednu třetinu hexagonálního hranolu.

Trigonal

A konečně parametry pro trigonální buňku jsou:

a = β = γ ≠ 90º

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning P 474-477.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Primitivní buňka. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Bryan Stephanie. (2019). Jednotková buňka: Mřížkové parametry a kubické struktury. Studie. Obnoveno z: study.com
5. Akademické informační středisko. (sf). Křišťálové struktury.. Illinois technologický institut. Obnoveno z: web.iit.edu
6. Belford Robert. (7. února 2019). Krystalové mříže a jednotkové buňky. Chemie Libretexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org