KŘIŠŤÁLOVÁ STRUKTURA: STRUKTURA, TYPY A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Krystalická struktura je jednou z pevných látek, které atomy, ionty nebo molekuly mohou přijmou v přírodě, který se vyznačuje tím, že má vysoké prostorové uspořádání. Jinými slovy, je to důkaz „korpuskulární architektury“, která definuje mnoho těl se skelným a lesklým vzhledem.

Co propaguje nebo jaká síla je za tuto symetrii odpovědná? Částice nejsou samy o sobě, ale vzájemně reagují. Tyto interakce spotřebovávají energii a ovlivňují stabilitu pevných látek, takže se částice snaží přizpůsobit, aby minimalizovaly tuto ztrátu energie.

Jejich přirozená povaha je tedy vede k tomu, aby se umístili v nejstabilnějším prostorovém uspořádání. Například to může být ten, kde odpud mezi ionty se stejnými náboji je minimální, nebo kde některé atomy - jako jsou kovové - také zabírají ve svých obalech největší možný objem.

Slovo „krystal“ má chemický význam, který může být pro jiná těla zkreslen. Chemicky se odkazuje na uspořádanou strukturu (mikroskopicky), která může například sestávat z molekul DNA (krystal DNA).

Nicméně, to je populárně zneužívané se odkazovat na nějaký skelný předmět nebo povrch, takový jako zrcadla nebo láhve. Na rozdíl od pravých krystalů sklo sestává z amorfní (neuspořádané) struktury křemičitanů a mnoha dalších přísad.

Struktura

Na obrázku výše jsou znázorněny některé smaragdové drahokamy. Stejně jako tyto, mnoho dalších minerálů, solí, kovů, slitin a diamantů vykazuje krystalickou strukturu; ale jaký vztah má jeho uspořádání se symetrií?

Pokud je krystal, jehož částice lze pozorovat pouhým okem, aplikován symetrickými operacemi (obracejte jej, otáčejte jej v různých úhlech, odrážejte jej v rovině atd.), Pak se zjistí, že zůstává ve všech rozměrech prostoru neporušený.

Opak nastává u amorfní pevné látky, ze které jsou získány různé řády podrobením symetrické operaci. Navíc postrádá strukturní opakující se vzory, což ukazuje náhodnost v distribuci jeho částic.

Jaká je nejmenší jednotka, která tvoří strukturální vzorec? Na horním obrázku je krystalická pevná látka v prostoru symetrická, zatímco amorfní není.

Pokud by byly nakresleny čtverečky k uzavření oranžových koulí a byly na ně aplikovány symetrické operace, bylo by zjištěno, že vytvářejí další části krystalu.

Výše uvedené se opakuje s menšími a menšími čtverci, dokud nenajde ten, který je asymetrický; ten, který mu předchází, je podle definice jednotková buňka.

Jednotková buňka

Jednotková buňka je minimální strukturní exprese, která umožňuje úplnou reprodukci krystalické pevné látky. Z toho je možné sestavit sklo a pohybovat jej ve všech směrech v prostoru.

Lze jej považovat za malou zásuvku (kufr, kbelík, kontejner atd.), Kde jsou částice reprezentované kuličkami umístěny podle vzoru plnění. Rozměry a geometrie této krabice závisí na délkách jejích os (a, b a c), jakož i na úhlech mezi nimi (a, β a γ).

Nejjednodušší ze všech jednotkových buněk je jednoduchá krychlová struktura (horní obrázek (1)). Přitom střed koulí zabírá rohy krychle, čtyři na základně a čtyři na stropě.

V tomto uspořádání koule zabírají pouze 52% z celkového objemu krychle, a protože příroda odlehčuje vakuum, tuto strukturu nepřijímá mnoho sloučenin nebo prvků.

Pokud jsou však koule uspořádány ve stejné krychli tak, že jeden zabírá střed (krychlový centrovaný v těle, bcc), pak bude existovat kompaktnější a účinnější balení (2). Nyní koule zabírají 68% celkového objemu.

Na druhou stranu, v (3) žádná koule nezabírá střed krychle, ale střed jejích tváří ano, a všechny zabírají až 74% z celkového objemu (krychlový střed, cc).

Lze tedy ocenit, že pro stejnou krychli lze získat jiná uspořádání změnou způsobu, jakým jsou koule baleny (ionty, molekuly, atomy atd.).

Typy

Krystalové struktury lze klasifikovat podle jejich krystalických systémů nebo chemické povahy jejich částic.

Například, krychlový systém je nejvíce obyčejný ze všech, a mnoho krystalických pevných látek je řízeno to; stejný systém se však týká jak iontových, tak kovových krystalů.

Podle jeho krystalického systému

Na předchozím obrázku je znázorněno sedm hlavních krystalických systémů. Je třeba poznamenat, že ve skutečnosti jich je čtrnáct, které jsou produktem jiných forem balení pro stejné systémy a tvoří sítě Bravais.

Od (1) do (3) jsou krystaly s kubickými krystalovými systémy. V (2) je pozorováno (modrými pruhy), že koule ve středu a v rozích spolupracují s osmi sousedy, takže koule mají koordinační číslo 8. A v (3) je koordinační číslo 12 (abyste to viděli, musíte kostku duplikovat v libovolném směru).

Prvky (4) a (5) odpovídají jednoduchým a čelním tetragonálním systémům. Na rozdíl od krychlové je její osa c delší než osy aab.

Od (6) do (9) jsou ortorombické systémy: od jednoduchých a soustředěných na základnách (7) po ty, které jsou soustředěny na těle a na tvářích. V těchto α, β a γ jsou 90 °, ale všechny strany mají různou délku.

Obrázky (10) a (11) jsou monoklinické krystaly a (12) jsou triklinické, poslední představuje nerovnosti ve všech jeho úhlech a osách.

Prvek (13) je kosočtvercový systém, analogický kubickému systému, avšak s úhlem γ jiným než 90 °. Konečně existují hexagonální krystaly

Posun prvků (14) pochází ze šestihranného hranolu sledovaného zelenými tečkovanými čarami.

Podle své chemické povahy

- Jsou-li krystaly tvořeny iontů, pak jsou iontové krystaly přítomné v soli (NaCl, CaSO ₄, CuCl ₂, KBr, atd)

- Molekuly jako glukóza tvoří (kdykoli mohou) molekulární krystaly; v tomto případě slavné krystaly cukru.

- Atomy, jejichž vazby jsou v podstatě kovalentní, tvoří kovalentní krystaly. To jsou případy diamantu nebo karbidu křemíku.

- Podobně kovy jako zlato tvoří kompaktní krychlové struktury, které tvoří kovové krystaly.

Příklady

K

NaCl (kubický systém)

ZnS (wurtzite, hexagonální systém)

CuO (monoklinický systém)

Reference

1. Quimitube. (2015). Proč „krystaly“ nejsou krystaly. Citováno z 24. května 2018, z: quimitube.com
2. Tiskové knihy. 10.6 Mřížkové struktury v krystalických pevných látkách. Citováno z 26. května 2018, z: opentextbc.ca
3. Centrum akademických zdrojů Crystal Structures.. Citováno z 24. května 2018, z: web.iit.edu
4. Ming. (2015, 30. června). Typy krystalových struktur. Citováno z 26. května 2018, z: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31. ledna 2018). Druhy krystalů. Citováno z 26. května 2018, z: thinkco.com
6. KHI. (2007). Krystalické struktury. Citováno z 26. května 2018, z: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25. dubna 2016). Drsné smaragdové krystaly z údolí Panjshir Afghánistán.. Citováno z 24. května 2018, z: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26. dubna 2008). Bravais mříže.. Citováno z 26. května 2018, z: commons.wikimedia.org
9. Uživatel: Sbyrnes321. (21. listopadu 2011). Krystalický nebo amorfní.. Citováno z 26. května 2018, z: commons.wikimedia.org