JEDINIČNA ĆELIJA: SVOJSTVA, MREŽNE KONSTANTE I VRSTE - KEMIJA - 2025

Jedinstvena ćelija je imaginarni prostor ili regija koja predstavlja minimalni izraz cjeline; da bi u slučaju kemije cjelina bio kristal sastavljen od atoma, iona ili molekula koji su raspoređeni po strukturnom obrascu.

Primjeri koji utjelovljuju ovaj pojam mogu se naći u svakodnevnom životu. Za to je potrebno obratiti pažnju na predmete ili površine koji pokazuju određeni ponavljajući redoslijed njihovih elemenata. Neki mozaici, reljefi, spušteni stropovi, plahte i tapete mogu općenito obuhvatiti ono što se podrazumijeva pod jedinicom.

Papirne jedinice mačaka i koza. Izvor: Hanna Petruschat (WMDE).

Da bismo to jasnije prikazali, gornju sliku možemo upotrijebiti kao pozadinu. U njemu se pojavljuju mačke i koze s dva alternativna osjetila; mačke su uspravne ili naopačke, a koze leže okrenute prema gore ili dolje.

Ove mačke i koze uspostavljaju ponavljajući strukturni slijed. Da bi se stvorio čitav papir, dovoljno je reproducirati jediničnu ćeliju na površini dovoljan broj puta, koristeći se translacijskim pokretima.

Moguće stanične jedinice predstavljene su plavim, zelenim i crvenim okvirima. Bilo koji od ove tri može se upotrijebiti za dobivanje uloge; ali, potrebno ih je maštovito pomicati po površini kako bi se otkrilo reproduciraju li isti slijed promatran na slici.

Počevši s crvenim okvirom, primijetilo bi se da ako se tri stupca (mačaka i koza) pomaknu s lijeve strane, dvije koze se više ne bi pojavljivale na dnu, već samo jedna. Prema tome, to bi dovelo do drugog slijeda i ne može se smatrati jedinstvenom ćelijom.

Dok bi maštovito pomaknuli dvije kutije, plavu i zelenu, dobio bi se isti slijed papira. Obje su jedinice jedinice; međutim, plava se kutija više pokorava definiciji, jer je manja od zelene kutije.

Svojstva jedinice jedinice

Njegova vlastita definicija, uz upravo objasnjeni primjer, pojašnjava nekoliko njegovih svojstava:

-Ako se kreću u prostoru, bez obzira na smjer, dobit će se kruti ili potpuni kristal. To je zato što, kao što je spomenuto s mačkama i kozama, oni reproduciraju strukturni slijed; koja je jednaka prostornoj raspodjeli jedinica koje se ponavljaju.

- Moraju biti što je moguće manje (ili zauzimati malo volumena) u usporedbi s drugim mogućim staničnim opcijama.

-Obično su simetrični. Također, njegova simetrija doslovno se odražava na kristale spoja; ako je jedinična ćelija soli kubna, njeni kristali bit će kubični. Međutim, postoje kristalne strukture koje su opisane kao jedinične stanice sa iskrivljenom geometrijom.

-Sadrže ponavljajuće jedinice, koje se mogu zamijeniti točkama, koje zauzvrat čine ono što je u tri dimenzije poznato pod nazivom rešetka. U prethodnom primjeru mačke i koze predstavljaju točke rešetke, gledano s više razine; to jest dvije dimenzije.

Broj jedinica koje se ponavljaju

Ponavljajuće jedinice ili rešetke jedinica jedinica održavaju isti udio čvrstih čestica.

Ako brojite mačke i koze unutar plave kutije, imat ćete dvije mačke i koze. Isto se događa i sa zelenim okvirom, kao i sa crvenim okvirom (čak i ako se već zna da to nije jedinična ćelija).

Pretpostavimo na primjer da su mačke i koze atomi G i C (neobičan životinjski zavar). Budući da je omjer G u C 2: 2 ili 1: 1 u plavoj kutiji, može se sa sigurnošću očekivati ​​da će krutina imati formulu GC (ili CG).

Kada kruta tvar ima više ili manje kompaktne strukture, kao što se događa sa solima, metalima, oksidima, sulfidima i legurama, u jediničnim ćelijama nema čitavih ponavljajućih jedinica; to jest, postoje njihovi dijelovi ili njihovi dijelovi, koji se sastoje do jedne ili dvije jedinice.

To nije slučaj za GC. Ako je tako, plava kutija bi "podijelila" mačke i koze na dva dijela (1 / 2G i 1 / 2C) ili na četiri dijela (1 / 4G i 1 / 4C). U sljedećim odjeljcima vidjet će se da su u ovim jediničnim stanicama retikularne točke prikladno podijeljene na ovaj i drugi način.

Koje mrežne konstante definiraju jediničnu ćeliju?

Jedinice u primjeru GC-a su dvodimenzionalne; međutim, to se ne odnosi na stvarne modele koji uzimaju u obzir sve tri dimenzije. Tako se kvadrati ili paralelogrami pretvaraju u paralelepipede. Izraz "ćelija" sada ima više smisla.

Dimenzije ovih ćelija ili paralelepipeda ovise o duljini njihovih strana i kutova.

U donjoj slici imamo donji zadnji kut paralelepipeda, sastavljen od strana a, b i c, i kutova α, β i γ.

Parametri jedinične ćelije. Izvor: Gabriel Bolívar.

Kao što se vidi, a je nešto dulji od b i c. U sredini je isprekidani krug koji označava kutove α, β i γ, između ac, cb i ba. Ovi parametri za svaku jediničnu ćeliju imaju stalne vrijednosti i određuju njegovu simetriju i ostatak kristala.

Primjenjujući opet malo mašte, parametri slike definirali bi stanicu koja je nalik kocki ispružena na njenom rubu a. Tako nastaju jedinične stanice s različitim duljinama i kutovima njihovih rubova, koje se također mogu svrstati u različite vrste.

vrste

14 Bravaisovih mreža i sedam osnovnih kristalnih sustava. Izvor: Izvorni učitavač bio je Angrense iz portugalske Wikipedije.

Za gornju sliku započnite isprekidane crte unutar ćelija jedinice: one označavaju donji stražnji kut, kao što je upravo objašnjeno. Sljedeće pitanje može se postaviti, gdje su točke rešetke ili ponavljajuće jedinice? Iako odaju pogrešan dojam da su stanice prazne, odgovor leži na njihovim vrhovima.

Te ćelije su generirane ili odabrane na takav način da se ponavljajuće jedinice (sivkaste točke slike) nalaze u njihovim vrhovima. Ovisno o vrijednostima parametara utvrđenih u prethodnom odjeljku, konstantnim za svaku jediničnu ćeliju, dobiva se sedam kristalnih sustava.

Svaki kristalni sustav ima svoju jediničnu ćeliju; drugi definira prvi. Na gornjoj slici nalazi se sedam kutija, što odgovara sedam kristalnih sustava; ili, sažetije, kristalne mreže. Tako, na primjer, kubična jedinična stanica odgovara jednom od kristalnih sustava koji definira kubnu rešetku kubne.

Prema slici, kristalni sustavi ili mreže su:

-Cubic

-Tetragonal

-Orthorhombic

-Hexagonal

-Monoclinic

-Triclinic

-Trigonal

A unutar tih kristalnih sustava rađaju se drugi koji čine četrnaest Bravaisovih mreža; da su među svim kristalnim mrežama one najosnovnije.

kubni

U kocki su mu sve strane i kutovi jednaki. Dakle, u ovoj ćeliji jedinice vrijedi sljedeće:

α = β = γ = 90º

Postoje tri kubične jedinične stanice: jednostavne ili primitivne, tjelesne u središtu (bcc) i licem u središtu (fcc). Razlike su u tome kako su točke raspoređene (atomi, ioni ili molekule) i u njihovom broju.

Koja je od ovih stanica najkompaktnija? Onaj čiji je volumen više zauzet bodovima: kubik je centriran na lica. Imajte na umu da ako smo zamijenili točkice za mačke i koze od početka, one se ne bi ograničile na jednu ćeliju; oni bi pripadali i dijelilo bi ih nekoliko. Opet, to bi bili dijelovi G ili C.

Broj jedinica

Da su mačke ili koze bile na vrhovima, dijelilo bi ih 8 jedinica; to jest, svaka ćelija imala bi 1/8 G ili C. Spojite ili zamislite 8 kockica, u dva stupca u dva reda u svakom da biste je vizualizirali.

Ako su na licu bile mačke ili koze, dijelile bi ih samo dvije jedinice. Da biste ga vidjeli, samo stavite dvije kocke.

S druge strane, kad bi mačka ili jarac bili u sredini kocke, oni bi pripadali samo jednoj jedinici ćelije; Isto se događa s kutijama na glavnoj slici, kada je koncept adresiran., Koji ima gore navedeno, u jednostavnom kubične jedinične ćelije ima jedinica ili retikulirani točka, budući da ima 8 vrhova (1/8 x 8 = 1). Za kubičnu ćeliju centriranu u tijelu postoje: 8 vrhova, što je jednako jednom atomu, a točka ili jedinica u sredini; dakle, postoje dvije jedinice.

A za kubnu ćeliju u središtu lica postoje: 8 vrhova (1) i šest lica, gdje se dijeli polovina svake točke ili jedinice (1/2 x 6 = 3); dakle, ima četiri jedinice.

četverokutan

Slični komentari mogu se dati i u odnosu na jediničnu ćeliju tetragonalnog sustava. Njegovi strukturni parametri su sljedeći:

α = β = γ = 90º

rompski

Parametri za ortomatsku ćeliju su:

α = β = γ = 90º

monoklinski

Parametri za monokliničku ćeliju su:

α = γ = 90 °; β ≠ 90º

triklinskoj

Parametri trikliničke ćelije su:

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

heksagonalan

Parametri za šesterokutnu ćeliju su:

α = β = 90 °; γ ≠ 120º

Stanica zapravo predstavlja trećinu šesterokutne prizme.

trokutasti

I na kraju, parametri za trigonalnu ćeliju su:

α = β = γ ≠ 90º

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje P 474-477.
2. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Primitivna ćelija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Bryan Stephanie. (2019). Jedinica: Parametri rešetke i Kubične strukture. Studija. Oporavilo od: study.com
5. Akademski resursni centar. (SF). Kristalne strukture., Illinois Institute of Technology. Oporavak od: web.iit.edu
6. Belford Robert. (7. veljače 2019.). Kristalne rešetke i jedinične stanice. Libreteksti kemije. Oporavak od: chem.libretexts.org