Struktur Kristallstruktur, Typen und Beispiele

Die Kristallstruktur Es ist einer der festen Zustände, die Atome, Ionen oder Moleküle in der Natur annehmen können, die durch eine hohe räumliche Anordnung gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten, dies ist ein Beweis für die "korpuskulare Architektur", die viele Körper mit hellen und glasigen Erscheinungen definiert.

Was fördert oder welche Kraft ist für diese Symmetrie verantwortlich? Die Partikel sind nicht alleine, sondern interagieren miteinander. Diese Wechselwirkungen verbrauchen Energie und beeinflussen die Stabilität der Feststoffe, so dass die Partikel versuchen, diesen Energieverlust zu minimieren.

Dann führen sie ihre intrinsische Natur dazu, sich in der stabilsten räumlichen Anordnung zu platzieren. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Abstoßungen zwischen Ionen mit gleichen Ladungen minimal sind oder wo auch einige Atome, wie Metall, das größtmögliche Volumen in ihrer Verpackung einnehmen.

Das Wort "Kristall" hat eine chemische Bedeutung, die anderen Körpern falsch dargestellt werden kann. Chemisch handelt es sich um eine geordnete Struktur (mikroskopisch), die beispielsweise aus DNA-Molekülen (einem DNA-Kristall) bestehen kann.

Es wird jedoch häufig missbraucht, um auf irgendeinen Gegenstand oder eine glasige Oberfläche, wie Spiegel oder Flaschen, Bezug zu nehmen. Im Gegensatz zu echten Kristallen besteht Glas aus einer amorphen (ungeordneten) Struktur von Silikaten und vielen anderen Additiven.

Index

• 1 Struktur
  • 1.1 Einheitszelle
• 2 Arten
  • 2.1 Nach seinem kristallinen System
  • 2.2 Gemäß seiner chemischen Natur
• 3 Beispiele
  • 3.1 K2Cr2O7 (triklines System)
  • 3,2 NaCl (kubisches System)
  • 3.3 ZnS (Wurtzit, hexagonales System)
  • 3.4 CuO (monoklines System)
• 4 Referenzen

Struktur

Das obere Bild zeigt smaragdgrüne Edelsteine. Genau wie diese weisen viele andere Mineralien, Salze, Metalle, Legierungen und Diamanten eine kristalline Struktur auf; Aber wie ist die Beziehung zwischen ihrer Ordnung und Symmetrie?

Wenn ein Kristall, dessen Teilchen mit bloßem Auge beobachtet werden konnten, durch Symmetrieoperationen (Invertieren, Drehen unter verschiedenen Winkeln, Spiegeln in einer Ebene usw.) gebildet wird, dann wird er in allen Dimensionen des Raumes intakt bleiben.

Das Gegenteil tritt bei einem amorphen Festkörper auf, aus dem verschiedene Ordnungen erhalten werden, indem er einer Symmetrieoperation unterworfen wird. Außerdem fehlen ihm strukturelle Wiederholungsmuster, die die zufällige Verteilung seiner Teilchen zeigen.

Was ist die kleinste Einheit, aus der das Strukturmuster besteht? Im oberen Bild ist der kristalline Festkörper im Raum symmetrisch, während der amorphe nicht ist.

Wenn Sie einige Quadrate zeichnen, die orangefarbene Kugeln einschließen, und Sie die Symmetrieoperationen anwenden, werden Sie feststellen, dass sie andere Teile des Kristalls erzeugen.

Das Vorhergehende wird mit immer kleineren Quadraten wiederholt, bis man das Asymmetrische findet; Die Größe, die ihr vorausgeht, ist definitionsgemäß die Einheitszelle.

Einheitliche Zelle

Die Elementarzelle ist der minimale strukturelle Ausdruck, der die vollständige Reproduktion des kristallinen Feststoffs ermöglicht. Daraus ist es möglich, den Kristall zu montieren und in alle Richtungen zu bewegen.

Es kann als eine kleine Schublade (Kofferraum, Eimer, Container usw.) betrachtet werden, in der die Partikel, die durch Kugeln dargestellt sind, nach einem Füllmuster angeordnet sind. Die Abmessungen und Geometrien dieser Box hängen von den Längen ihrer Achsen (a, b und c) sowie den Winkeln zwischen ihnen (α, β und γ) ab.

Die einfachste aller Elementarzellen ist die einfache kubische Struktur (oberes Bild (1)). Die Mitte der Kugeln besetzt dabei die Ecken des Würfels, vier an der Basis und vier am Dach.

In dieser Anordnung nehmen die Kugeln kaum 52% des Gesamtvolumens des Würfels ein, und da die Natur ein Vakuum ablehnt, gibt es nicht viele Verbindungen oder Elemente, die diese Struktur annehmen.

Wenn die Kugeln jedoch im selben Würfel so angeordnet sind, dass einer das Zentrum einnimmt (kubisch zentriert auf den Körper, bcc), dann wird eine kompaktere und effizientere Packung verfügbar sein (2). Jetzt besetzen die Kugeln 68% des Gesamtvolumens.

Auf der anderen Seite besetzt in (3) keine Kugel das Zentrum des Würfels, sondern das Zentrum ihrer Flächen, und alle nehmen bis zu 74% des Gesamtvolumens ein (kubisch zentriert auf den Flächen, ccp).

Es kann somit erkannt werden, dass andere Anordnungen für denselben Würfel erhalten werden können, wobei die Art variiert wird, in der die Kugeln gepackt werden (Ionen, Moleküle, Atome usw.).

Typen

Kristallstrukturen können nach ihren kristallinen Systemen oder der chemischen Natur ihrer Teilchen klassifiziert werden.

Zum Beispiel ist das kubische System das häufigste von allen, und viele kristalline Festkörper werden davon beherrscht; Das gleiche System gilt jedoch sowohl für Ionenkristalle als auch für Metallkristalle.

Nach seinem kristallinen System

Im vorherigen Bild sind die sieben wichtigsten kristallinen Systeme dargestellt.Es ist festzustellen, dass es in Wirklichkeit vierzehn gibt, die das Produkt anderer Verpackungsformen für die gleichen Systeme sind und die Bravais-Netzwerke bilden.

Von (1) bis (3) sind die Kristalle mit kubischen Kristallsystemen. In (2) wird beobachtet (durch die blauen Streifen), dass die Kugel des Zentrums und die der Ecken mit acht Nachbarn wechselwirken, so dass die Kugeln eine Koordinationszahl von 8 haben. Und in (3) ist die Koordinationszahl 12 (um es zu sehen, ist es notwendig, den Würfel in irgendeine Richtung zu duplizieren).

Die Elemente (4) und (5) entsprechen den einfachen und zentrierten tetragonalen Systemen auf den Flächen. Im Gegensatz zum Kubus ist seine c-Achse länger als die a- und b-Achse.

Von (6) bis (9) sind die orthorhombischen Systeme: von einfach und zentriert auf den Basen (7) zu denen, die auf dem Körper und auf den Gesichtern zentriert sind. In diesen sind α, β und γ 90º, aber alle Seiten sind unterschiedlich lang.

Die Figuren (10) und (11) sind die monoklinen Kristalle und (12) ist die Triklinik, die die letzten Ungleichungen in allen ihren Winkeln und Achsen aufweist.

Das Element (13) ist das rhomboedrische System, analog zu dem kubischen, jedoch mit einem von 90º verschiedenen Winkel γ. Endlich gibt es die hexagonalen Kristalle

Die Verschiebungen der Elemente (14) stammen von dem hexagonalen Prisma, das durch die gepunkteten Linien von grün gezeichnet ist.

Gemäß seiner chemischen Natur

- Wenn die Kristalle durch Ionen gebildet werden, dann sind sie ionische Kristalle in den Salzen (NaCl, CaSO 4)₄, CuCl₂, KBr usw.)

- Moleküle wie Glucose bilden (wann immer möglich) Molekülkristalle; in diesem Fall die berühmten Zuckerkristalle.

- Die Atome, deren Bindungen im wesentlichen kovalent sind, bilden kovalente Kristalle. Dies sind die Fälle von Diamant oder Siliciumcarbid.

- Ebenso bilden Metalle wie Gold kompakte kubische Strukturen, die die metallischen Kristalle bilden.

Beispiele

K₂Cr₂O₇ (triklines System)

NaCl (kubisches System)

ZnS (Wurtzit, hexagonales System)

CuO (monoklines System)

Referenzen

1. Quimitube (2015). Warum "Kristalle" keine Kristalle sind. Abgerufen am 24. Mai 2018 von: quimitube.com
2. Pressemappen 10.6 Gitterstrukturen in kristallinen Festkörpern. Abgerufen am 26. Mai 2018 von: opentextbc.ca
3. Kristallstrukturelles akademisches Ressourcenzentrum. [PDF] Abgerufen am 24. Mai 2018 von: web.iit.edu
4. Ming. (30. Juni 2015). Typen Kristallstrukturen. Abgerufen am 26. Mai 2018 von: crystallvisions-film.com
5. Helmenstin, Anne Marie, Ph.D. (31. Januar 2018). Arten von Kristallen. Abgerufen am 26. Mai 2018 von: thinkco.com
6. KHI (2007). Kristalline Strukturen. Abgerufen am 26. Mai 2018 von: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25. April 2016). Raue Smaragdkristalle aus Panjshir Valley Afghanistan. [Abbildung] Abgerufen am 24. Mai 2018 von: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26. April 2008). Bravais Gitter. [Abbildung] Abgerufen am 26. Mai 2018 von: commons.wikimedia.org
9. Benutzer: Sbyrnes321. (21. November 2011). Kristallin oder amorph. [Abbildung] Abgerufen am 26. Mai 2018 von: commons.wikimedia.org