KRISTALNA STRUKTURA: STRUKTURA, VRSTE I PRIMJERI - KEMIJA - 2026

Kristalna struktura je jedna od krutih stanja koje atomi, ioni ili molekule mogu usvojiti u prirodi, koji je naznačen time da ima visoki prostorni redoslijed. Drugim riječima, ovo je dokaz „korpuskularne arhitekture“ koja definira mnoga tijela staklastim i sjajnim izgledom.

Što potiče ili koja sila je odgovorna za ovu simetriju? Čestice nisu same, ali međusobno djeluju. Ove interakcije troše energiju i utječu na stabilnost krutih tvari, tako da se čestice nastoje prilagoditi sebi da minimiziraju ovaj gubitak energije.

Stoga ih njihova unutarnja priroda dovodi do toga da se postave u najstabilniji prostorni raspored. Na primjer, to može biti onaj gdje su odbojnosti između iona s jednakim nabojem minimalne, ili gdje neki atomi - jednako metalni - zauzimaju i najveći mogući volumen u svojoj ambalaži.

Riječ "kristal" ima kemijsko značenje koje se može pogrešno predstaviti za druga tijela. Kemijski se odnosi na uređenu strukturu (mikroskopski) koja se, na primjer, može sastojati od molekula DNA (kristala DNA).

Međutim, popularno se zlouporabljava za označavanje bilo kojeg staklastog predmeta ili površine, poput ogledala ili boca. Za razliku od pravih kristala, staklo se sastoji od amorfne (neuređene) strukture silikata i mnogih drugih aditiva.

Struktura

Na slici su prikazani neki smaragdni dragulji. Baš poput ovih, i mnogi drugi minerali, soli, metali, legure i dijamanti imaju kristalnu strukturu; ali, kakav odnos imaju njegovo uređivanje sa simetrijom?

Ako se na kristal, čije se čestice mogu promatrati golim okom, primjenjuju simetrijske operacije (obrnuti ga, zakrenuti ga pod različitim kutovima, odraziti ga na ravninu itd.), Ustanovit će se da ostaje netaknut u svim dimenzijama prostora.

Suprotno se događa za amorfnu krutu tvar iz koje se dobivaju različiti redovi podvrgavajući je operaciji simetrije. Nadalje, nedostaju mu strukturni obrasci ponavljanja, što pokazuje slučajnost u raspodjeli njegovih čestica.

Koja je najmanja jedinica koja čini strukturni uzorak? Na gornjoj slici kristalna kruta tvar je simetrična u prostoru, dok amorfna nije.

Ako su za crtanje narančastih sfera crtani kvadratići i na njih primijenjene operacije simetrije, otkrilo bi se da stvaraju druge dijelove kristala.

Gore se ponavlja s manjim i manjim kvadratima, dok se ne pronađe onaj koji nije asimetričan; veličina, po definiciji je jedinična ćelija.

Jedinica ćelija

Jedinična ćelija je minimalni strukturni izraz koji omogućuje potpunu reprodukciju kristalne krute tvari. Iz toga je moguće sastaviti čašu, pomičući je u svim smjerovima u prostoru.

Može se smatrati malom ladicom (prtljažnik, kanta, spremnik itd.) U koju se čestice, predstavljene sferima, postavljaju prema obrascu punjenja. Dimenzije i geometrije ovog okvira ovise o duljinama njegovih osovina (a, b i c), kao i kutovima između njih (α, β i γ).

Najjednostavnija od svih jedinica je ona jednostavne kubične strukture (gornja slika (1)). Pri tome središte sfera zauzima kutove kocke, četiri u njihovoj bazi i četiri na stropu.

U ovom rasporedu, sfere zauzimaju samo 52% ukupnog volumena kocke, a budući da priroda podnosi vakuum, nema mnogo spojeva ili elemenata koji usvajaju ovu strukturu.

Međutim, ako su kuglice poredane u istu kocku na način da jedna zauzima središte (kubični centriran u tijelu, bcc), tada će doći do kompaktnijeg i učinkovitijeg pakiranja (2). Sada sfere zauzimaju 68% ukupnog volumena.

S druge strane, u (3) nijedna sfera ne zauzima sredinu kocke, ali središte njezinih lica čini, i sve one zauzimaju do 74% ukupne zapremine (kubik u središtu lica, ccm).

Stoga se može shvatiti da se za istu kocku mogu dobiti i drugi aranžmani, mijenjajući način na koji se pakiraju sfere (ioni, molekule, atomi itd.).

vrste

Kristalne strukture mogu se klasificirati prema njihovim kristalnim sustavima ili prema kemijskoj prirodi njihovih čestica.

Na primjer, kubični sustav je najčešći od svih, a njime upravljaju mnoge kristalne krute tvari; međutim, isti taj sustav primjenjuje se i na ionske i na metalne kristale.

Prema svom kristalnom sustavu

Na prethodnoj slici prikazano je sedam glavnih kristalnih sustava. Može se primijetiti da ih zapravo postoji četrnaest, koji su proizvod ostalih oblika ambalaže za iste sustave i čine Bravaisove mreže.

Od (1) do (3) su kristali s kubnim kristalnim sustavima. U (2) je opaženo (plavim prugama) da sfera u sredini i ugla međusobno djeluje s osam susjeda, tako da sfere imaju koordinacijski broj 8. I u (3) je koordinacijski broj 12 (da biste je vidjeli morate duplicirati kocku u bilo kojem smjeru).

Elementi (4) i (5) odgovaraju jednostavnim tetragonskim sustavima usmjerenim na lice. Za razliku od kubične, njegova c-os je duža od osi a i b.

Od (6) do (9) su ortorombični sustavi: od jednostavnih i usredotočenih na baze (7), do onih usredotočenih na tijelo i lica. U tim α, β i γ su 90º, ali sve su strane različite duljine.

Slike (10) i (11) su monoklinski kristali, a (12) triklinički, posljednji koji predstavlja nejednakosti u svim kutovima i osovinama.

Element (13) je romboedarski sustav analogan kubičnom, ali s kutom γ različitim od 90 °. Konačno tu su i šesterokutni kristali

Pomicanja elemenata (14) potječu od šesterokutne prizme u kojoj se nalaze zelene isprekidane crte.

Prema svojoj kemijskoj prirodi

- Ako su kristali sastavljeni od iona, tada su to ionski kristali prisutni u solima (NaCl, CaSO ₄, CuCl ₂, KBr, itd.)

- Molekule poput glukoze formiraju (kad god mogu) molekularne kristale; u ovom slučaju poznati kristali šećera.

- Atomi čije su veze u osnovi kovalentni oblik kovalentnih kristala. Takvi su slučajevi s dijamantnim ili silicij-karbidom.

- Isto tako, metali poput zlata tvore kompaktne kubične strukture, koje tvore metalne kristale.

Primjeri

K

NaCl (kubični sustav)

ZnS (wurtzit, šesterokutni sustav)

CuO (monoklinski sustav)

Reference

1. Quimitube. (2015). Zašto "kristali" nisu kristali. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: quimitube.com
2. Pressbooks. 10.6 Strukturne rešetke u kristalnim krutinama. Preuzeto 26. svibnja 2018. s: opentextbc.ca
3. Akademski resursni centar kristalnih struktura., Preuzeto 24. svibnja 2018. s: web.iit.edu
4. Ming. (2015., 30. lipnja). Vrste kristalnih struktura. Preuzeto 26. svibnja 2018. godine s: crystalitions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (31. siječnja 2018.). Vrste kristala. Preuzeto 26. svibnja 2018. s: thinkco.com
6. Khi. (2007). Kristalne strukture. Preuzeto 26. svibnja 2018. s: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25. travnja 2016.). Grubi smaragdni kristali iz doline Panjshir u Afganistanu., Preuzeto 24. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26. travnja 2008.). Bravais rešetke., Preuzeto 26. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
9. Korisnik: Sbyrnes321. (21. studenog 2011.). Kristalni ili amorfni., Preuzeto 26. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org