KRYSTALLSTRUKTUR: STRUKTUR, TYPER OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den krystallinske strukturen er en av de faste tilstander som atomer, ioner eller molekyler kan adoptere i naturen, noe som er preget av å ha en høy romlig orden. Dette er med andre ord bevis på den "korpuskulære arkitekturen" som definerer mange kropper med glassaktig og skinnende utseende.

Hva fremmer eller hvilken styrke er ansvarlig for denne symmetrien? Partiklene er ikke alene, men interagerer med hverandre. Disse interaksjonene bruker energi og påvirker stabiliteten til faste stoffer, slik at partiklene prøver å imøtekomme seg for å minimere dette energitapet.

Så deres iboende natur fører til at de plasserer seg i det mest stabile romlige arrangementet. For eksempel kan dette være den der frastøtningen mellom ioner med de samme ladningene er minimal, eller der noen atomer - så som metalliske - også opptar størst mulig volum i deres pakninger.

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

Imidlertid er det populært misbrukt å referere til enhver glassaktig gjenstand eller overflate, for eksempel speil eller flasker. I motsetning til ekte krystaller består glass av en amorf (forstyrret) struktur av silikater og mange andre tilsetningsstoffer.

Struktur

På bildet over er noen smaragdperler illustrert. Akkurat som disse har mange andre mineraler, salter, metaller, legeringer og diamanter en krystallinsk struktur; men hvilket forhold har bestillingen til symmetri?

Hvis en krystall, hvis partikler kan observeres med det blotte øye, blir brukt symmetrioperasjoner (snu den, roter den i forskjellige vinkler, reflekter den i et plan osv.), Vil det bli funnet at den forblir intakt i alle romdimensjoner.

Det motsatte skjer for et amorft fast stoff, hvorfra forskjellige ordrer oppnås ved å utsette det for en symmetrioperasjon. Videre mangler den strukturelle repetisjonsmønstre, som viser tilfeldigheten i fordelingen av partiklene.

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

Hvis firkanter ble tegnet for å omslutte oransje kuler og symmetrioperasjoner ble brukt på dem, vil det være funnet at de genererer andre deler av krystallen.

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

Enhetscelle

Enhetscellen er det minste strukturelle uttrykk som tillater fullstendig reproduksjon av det krystallinske faststoffet. Fra dette er det mulig å sette sammen glasset, bevege det i alle retninger i rommet.

Det kan betraktes som en liten skuff (bagasjerom, bøtte, beholder, etc.) der partiklene, representert av kuler, er plassert etter et fyllingsmønster. Dimensjonene og geometriene til denne boksen avhenger av lengden på aksene (a, b og c), samt vinklene mellom dem (α, β og γ).

Den enkleste av alle enhetscellene er den enkle kubiske strukturen (øvre bilde (1)). I dette opptar sfærenes sentrum hjørnene av kuben, fire ved bunnen og fire i taket.

I dette arrangementet opptar kulene bare 52% av det totale volumet av kuben, og siden naturen avviser et vakuum, tar ikke mange forbindelser eller elementer i bruk denne strukturen.

Imidlertid, hvis kulene er anordnet i samme kube på en slik måte at man opptar sentrum (kubikk sentrert i kroppen, bcc), vil det være en mer kompakt og effektiv pakking (2). Nå opptar kulene 68% av det totale volumet.

På den annen side, i (3), opptar ingen sfære midten av kuben, men midten av ansiktene gjør det, og de opptar alle opptil 74% av det totale volumet (ansiktssentrert kubikk, cc).

Således kan det forstås at for den samme kuben kan andre arrangementer oppnås, som varierer måten sfærene er pakket på (ioner, molekyler, atomer, etc.).

typer

Krystallstrukturer kan klassifiseres i henhold til deres krystallsystemer eller deres kjemiske natur.

For eksempel er det kubiske systemet det vanligste av alle, og mange krystallinske faste stoffer styres av det; Dette samme system gjelder imidlertid både ioniske og metalliske krystaller.

I følge det krystallinske systemet

I det forrige bildet er de syv viktigste krystallsystemene representert. Det kan bemerkes at det faktisk er fjorten av disse, som er produktet av andre former for emballasje for de samme systemene og utgjør Bravais-nettverk.

Fra (1) til (3) er krystaller med kubikkrystallsystemer. I (2) er det observert (av de blå stripene) at sfæren i midten og hjørnene samhandler med åtte naboer, slik at kulene har et koordinasjonsnummer på 8. Og i (3) er koordineringsnummeret 12 (for å se det må du duplisere kuben i alle retninger).

Elementene (4) og (5) tilsvarer enkle og ansiktssentrerte tetragonale systemer. I motsetning til kubikk, er c-aksen lengre enn a- og b-aksene.

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

Figurene 10 og 11 er de monokliniske krystaller, og (12) er den trikliniske, den siste med ulikheter i alle vinkler og akser.

Element (13) er det rhombohedrale systemet, analogt med det kubiske, men med en vinkel y forskjellig fra 90º. Endelig er det de sekskantede krystaller

Forskyvningene av elementene (14) stammer fra det sekskantede prisme som spores av de grønne prikkede linjene.

I henhold til dens kjemiske natur

- Dersom krystallene består av ioner, da de er ioniske krystaller tilstede i salter (NaCl, Caso ₄ , CuCl ₂ , KBr, etc.)

- Molekyler som glukoseformer (når de kan) molekylkrystaller; i dette tilfellet de berømte sukkerkrystallene.

- Atomer hvis bindinger hovedsakelig er kovalente, danner kovalente krystaller. Dette er tilfeller av diamant eller silisiumkarbid.

- I tillegg danner metaller som gull kompakte kubiske strukturer, som utgjør metalliske krystaller.

eksempler

K

NaCl (kubisk system)

ZnS (wurtzite, sekskantet system)

CuO (monoklinisk system)

referanser

1. Quimitube. (2015). Hvorfor "krystaller" ikke er krystaller. Hentet 24. mai 2018, fra: quimitube.com
2. Pressbooks. 10.6 Gitterstrukturer i krystallinske faste stoffer. Hentet 26. mai 2018, fra: opentextbc.ca
3. Crystal Structures Academic Resource Center. . Hentet 24. mai 2018, fra: web.iit.edu
4. Ming. (2015, 30. juni). Typer krystallstrukturer. Hentet 26. mai 2018, fra: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31. januar 2018). Typer av krystaller. Hentet 26. mai 2018, fra: thoughtco.com
6. KHI. (2007). Krystallinske strukturer. Hentet 26. mai 2018, fra: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25. april 2016). Grove smaragdkrystaller fra Panjshir Valley Afghanistan. . Hentet 24. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26. april 2008). Bravais gitter. . Hentet 26. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
9. Bruker: Sbyrnes321. (21. november 2011). Krystallinsk eller amorf. . Hentet 26. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org