UNITATEA DE CELULE: PROPRIETĂȚI, CONSTANTE DE REȚEA ȘI TIPURI - CHIMIE - 2025

Celula unitate este un spațiu imaginar sau regiune care reprezintă expresia minimă a unui întreg; că în cazul chimiei, întregul ar fi un cristal compus din atomi, ioni sau molecule, care sunt dispuse după un model structural.

Exemple care întruchipează acest concept pot fi găsite în viața de zi cu zi. Pentru aceasta, este necesar să se acorde atenție obiectelor sau suprafețelor care prezintă o anumită ordine repetitivă a elementelor lor. Unele mozaicuri, basoreliefuri, tavane cofrate, foi și imagini de fundal pot cuprinde în termeni generali ceea ce este înțeles prin celula unității.

Unități de hârtie celule de pisici și capre. Sursa: Hanna Petruschat (WMDE).

Pentru a o ilustra mai clar, avem imaginea de mai sus care poate fi folosită ca tapet. În ea apar pisici și capre cu două simțuri alternative; pisicile sunt în poziție verticală sau cu susul în jos, iar caprele sunt culcate în sus sau în jos.

Aceste pisici și capre stabilesc o secvență structurală repetitivă. Pentru a construi întreaga hârtie, ar fi suficient să reproducem celula unității pe suprafață de un număr suficient de ori, folosind mișcări de translație.

Posibile celule de unitate sunt reprezentate de casetele albastre, verzi și roșii. Oricare dintre aceste trei ar putea fi folosită pentru a obține rolul; dar este necesar să le mutați imaginativ de-a lungul suprafeței pentru a afla dacă reproduc aceeași secvență observată în imagine.

Începând cu caseta roșie, ar fi de apreciat că dacă trei coloane (de pisici și capre) ar fi fost mutate spre stânga, două capre nu vor mai apărea în partea de jos, ci doar una. Prin urmare, aceasta ar duce la o altă secvență și nu poate fi considerată ca o unitate de celule.

În timp ce, dacă au mutat imaginativ cele două cutii, albastru și verde, se obține aceeași secvență a hârtiei. Ambele sunt celule unitare; cu toate acestea, caseta albastră se supune mai mult definiției, deoarece este mai mică decât caseta verde.

Proprietățile unității celulelor

Definiția proprie, pe lângă exemplul abia explicat, clarifică mai multe dintre proprietățile sale:

-Dacă se mișcă în spațiu, indiferent de direcție, se va obține cristalul solid sau complet. Acest lucru se datorează faptului că, așa cum s-a menționat cu pisicile și caprele, acestea reproduc secvența structurală; ceea ce este egal cu distribuția spațială a unităților care se repetă.

-Trebuie să fie cât mai mici (sau să ocupe puțin volum) în comparație cu alte opțiuni de celule posibile.

-De obicei sunt simetrice. De asemenea, simetria lui este literalmente reflectată în cristalele compusului; dacă celula unitară a unei sări este cubică, cristalele sale vor fi cubice. Cu toate acestea, există structuri cristaline care sunt descrise ca celule unitare cu geometrii distorsionate.

-Contin unități repetitive, care pot fi înlocuite cu puncte, care la rândul lor alcătuiesc ceea ce este cunoscut sub numele de zăbrele în trei dimensiuni. În exemplul anterior pisicile și caprele reprezintă punctele de zăbrele, văzute dintr-un plan superior; adică două dimensiuni.

Numărul de unități care se repetă

Unitățile sau punctele de rețea ale celulelor unității mențin aceeași proporție de particule solide.

Dacă numeri numărul pisicilor și caprelor din caseta albastră, vei avea două pisici și capre. Același lucru este valabil și pentru căsuța verde și pentru cea roșie (chiar dacă se știe deja că nu este o celulă unitară).

Să presupunem, de exemplu, că pisicile și caprele sunt respectiv atomi de G și C (o sudură de animale ciudată). Deoarece raportul dintre G și C este 2: 2 sau 1: 1 în caseta albastră, se poate aștepta în siguranță ca solidul să aibă formula GC (sau CG).

Când solidul are structuri mai mult sau mai puțin compacte, așa cum se întâmplă cu săruri, metale, oxizi, sulfuri și aliaje, în celulele unitare nu există unități repetitive întregi; adică există porțiuni sau părți din ele, care adaugă până la una sau două unități.

Nu este cazul pentru GC. Dacă da, caseta albastră ar „împărți” pisicile și caprele în două (1 / 2G și 1 / 2C) sau în patru părți (1 / 4G și 1 / 4C). În secțiunile următoare se va vedea că în aceste celule unitare punctele reticulare sunt împărțite în mod convenabil în acest mod și în alte moduri.

Ce constante de retea definesc o celula unitate?

Celulele unitare din exemplul GC sunt bidimensionale; cu toate acestea, acest lucru nu se aplică modelelor reale care iau în considerare toate cele trei dimensiuni. Astfel, pătratele sau paralelogramele sunt transformate în paralelipipede. Acum, termenul „celulă” are mai mult sens.

Dimensiunile acestor celule sau paralelipipede depind de cât timp sunt laturile și unghiurile respective.

În imaginea inferioară avem colțul posterior inferior al paralelepipedului, compus din laturile a, b și c și unghiurile α, β și γ.

Parametrii unei celule unitare. Sursa: Gabriel Bolívar.

După cum se poate observa, a este puțin mai lungă decât b și c. În centru există un cerc punctat pentru a indica unghiurile α, β și γ, între ac, cb și ba, respectiv. Pentru fiecare celulă unitară acești parametri au valori constante și îi definește simetria și cea a restului cristalului.

Aplicând din nou imaginație, parametrii de imagine ar defini o celulă asemănătoare cubului întins pe marginea sa a. Astfel, celulele unitare apar cu lungimi și unghiuri diferite ale marginilor lor, care pot fi, de asemenea, clasificate în diferite tipuri.

Tipuri

Cele 14 rețele Bravais și cele șapte sisteme cristaline de bază. Sursa: Încărcătorul original a fost Angrense la Wikipedia portugheză.

Notă pentru a începe cu imaginea superioară liniile punctate din celulele unității: acestea indică unghiul posterior inferior, așa cum tocmai a fost explicat. Se poate pune următoarea întrebare, unde sunt punctele de rețea sau unitățile care se repetă? Deși dau impresia greșită că celulele sunt goale, răspunsul se află la vârfurile lor.

Aceste celule sunt generate sau alese astfel încât unitățile repetitive (puncte cenușii ale imaginii) să fie localizate la vârfurile lor. În funcție de valorile parametrilor stabiliți în secțiunea anterioară, constant pentru fiecare unitate de celule, sunt derivate șapte sisteme de cristale.

Fiecare sistem de cristal are propria sa celulă; al doilea definește primul. În imaginea superioară sunt șapte cutii, corespunzând celor șapte sisteme cristaline; sau într-un mod mai rezumat, rețelele cristaline. Astfel, de exemplu, o celulă unitară cubică corespunde unuia dintre sistemele cristaline care definește o rețea cristalină cubică.

Conform imaginii, sistemele sau rețelele cristaline sunt:

-Cub

-Tetragonal

-Orthorhombic

-Hexagonal

-Monoclinic

triclinic

-Trigonal

Și în aceste sisteme cristaline apar altele care alcătuiesc cele paisprezece rețele Bravais; că printre toate rețelele cristaline, acestea sunt cele mai de bază.

Cub

Într-un cub toate laturile și unghiurile sale sunt egale. Prin urmare, în această celulă unitară este adevărat:

α = β = γ = 90º

Există trei celule unice cubice: simplă sau primitivă, centrată pe corp (bcc) și centrată pe față (fcc). Diferențele constau în modul în care punctele sunt distribuite (atomi, ioni sau molecule) și în numărul acestora.

Care dintre aceste celule este cea mai compactă? Cel al cărui volum este ocupat mai mult de puncte: cel cubic centrat pe fețe. Rețineți că, dacă am înlocui punctele cu pisicile și caprele de la început, acestea nu ar fi limitate la o singură celulă; ele ar aparține și ar fi împărtășite de mai mulți. Din nou, ar fi porțiuni de G sau C.

Număr de unități

Dacă pisicile sau caprele ar fi la vârfuri, acestea ar fi împărțite de 8 celule unitare; adică fiecare celulă ar avea 1/8 de G sau C. Alăturați-vă sau imaginați 8 cuburi, în două coloane de două rânduri fiecare, pentru a o vizualiza.

Dacă pisicile sau caprele ar fi pe fețe, acestea ar fi împărțite doar de 2 celule unitare. Pentru a vedea, trebuie doar să puneți doi cuburi împreună.

Pe de altă parte, dacă pisica sau capra ar fi în centrul cubului, acestea ar aparține doar unei singure celule; La fel se întâmplă și cu casetele din imaginea principală, când s-a adresat conceptul.

Acestea fiind spuse mai sus, într-o simplă celulă unitară cubică există o unitate sau un punct reticular, deoarece are 8 vârfuri (1/8 x 8 = 1). Pentru celula cubică centrată în corp există: 8 vârfuri, care este egal cu un atom și un punct sau o unitate în centru; prin urmare, există două unități.

Și pentru celula cubică centrată pe față există: 8 vârfuri (1) și șase fețe, unde se împarte jumătate din fiecare punct sau unitate (1/2 x 6 = 3); prin urmare, are patru unități.

tetragonală

Comentarii similare pot fi făcute cu privire la celula unității pentru sistemul tetragonal. Parametrii structurali sunt următorii:

α = β = γ = 90º

ortorombică

Parametrii pentru celula ortorombică sunt:

α = β = γ = 90º

Monoclinic

Parametrii celulei monoclinice sunt:

α = γ = 90 °; β ≠ 90º

triclinic

Parametrii celulei triclinice sunt:

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

Hexagonal

Parametrii celulei hexagonale sunt:

α = β = 90 °; γ ≠ 120º

Celula constituie de fapt o treime dintr-o prismă hexagonală.

trigonal

Și în final, parametrii pentru celula trigonală sunt:

α = β = γ ≠ 90º

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning P 474-477.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2019). Celulă primitivă. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Bryan Stephanie. (2019). Unitatea de celule: Parametri de zăbrele și structuri cubice. Studiu. Recuperat din: studiu.com
5. Centrul de resurse academice. (Sf). Structuri cristaline. . Institutul de Tehnologie din Illinois. Recuperat din: web.iit.edu
6. Belford Robert. (7 februarie 2019). Grilele de cristal și celulele unitare. Chimie Libretexts. Recuperat din: chem.libretexts.org