STRUCTURA CRISTALINĂ: STRUCTURĂ, TIPURI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Structura cristalină este una dintre stările solide pe care atomii, ionii sau moleculele o pot adopta în natură, care se caracterizează prin a avea o ordonare spațială ridicată. Cu alte cuvinte, aceasta este o dovadă a „arhitecturii corpusculare” care definește multe corpuri cu apariții sticloase și strălucitoare.

Ce promovează sau ce forță este responsabilă pentru această simetrie? Particulele nu sunt singure, ci interacționează între ele. Aceste interacțiuni consumă energie și afectează stabilitatea solidelor, astfel încât particulele încearcă să se acomodeze pentru a reduce la minimum această pierdere de energie.

Deci naturile lor intrinseci îi determină să se plaseze în cea mai stabilă amenajare spațială. De exemplu, acesta poate fi cel în care repulsiile dintre ioni cu sarcini egale sunt minime sau când unii atomi - ca și cei metalici - ocupă și cel mai mare volum posibil în ambalajul lor.

Cuvântul „cristal” are o semnificație chimică care poate fi prezentată greșit pentru alte corpuri. Chimic, se referă la o structură ordonată (microscopic) care, de exemplu, poate consta din molecule de ADN (un cristal de ADN).

Cu toate acestea, este utilizat în mod necorespunzător pentru a face referire la orice obiect sau suprafață sticloasă, cum ar fi oglinzi sau sticle. Spre deosebire de cristalele adevărate, sticla constă dintr-o structură amorfă (dezordonată) de silicați și mulți alți aditivi.

Structura

În imaginea de mai sus, sunt ilustrate câteva nestemate de smarald. La fel ca acestea, multe alte minerale, săruri, metale, aliaje și diamante prezintă o structură cristalină; dar, ce relație are ordonarea sa cu simetria?

Dacă un cristal, ale cărui particule ar putea fi observate cu ochiul liber, li se aplică operații de simetrie (inversați-l, rotiți-l în diferite unghiuri, reflectați-l pe un plan etc.), atunci se va constata că acesta rămâne intact în toate dimensiunile spațiului.

Se întâmplă opusul pentru un solid amorf, din care se obțin diferite ordine, supunându-l unei operații de simetrie. Mai mult, îi lipsesc tiparele structurale de repetare, ceea ce arată o aleatorie în distribuția particulelor sale.

Care este cea mai mică unitate care alcătuiește modelul structural? În imaginea superioară, solidul cristalin este simetric în spațiu, în timp ce cel amorf nu este.

Dacă pătratele ar fi desenate sfere portocalii și li s-ar aplica operații de simetrie, s-ar constata că acestea generează alte părți ale cristalului.

Cele de mai sus se repetă cu pătrate mai mici și mai mici, până la găsirea celui care este asimetric; cea care o precedă ca mărime este, prin definiție, celula unitară.

Celula unitară

Celula unitară este expresia structurală minimă care permite reproducerea completă a solidului cristalin. Din aceasta este posibilă asamblarea paharului, deplasându-l în toate direcțiile în spațiu.

Poate fi considerat ca un mic sertar (portbagaj, găleată, recipient etc.) în care particulele, reprezentate de sfere, sunt plasate după un model de umplere. Dimensiunile și geometriile acestei cutii depind de lungimile axelor sale (a, b și c), precum și de unghiurile dintre ele (α, β și γ).

Cea mai simplă dintre toate celulele unitare este cea a structurii cubice simple (imaginea superioară (1)). În aceasta, centrul sferelor ocupă colțurile cubului, patru la baza acestuia și patru la tavan.

În acest aranjament, sferele ocupă doar 52% din volumul total al cubului și, din moment ce natura aberează un vid, nu mulți compuși sau elemente adoptă această structură.

Cu toate acestea, dacă sferele sunt aranjate în același cub, astfel încât unul să ocupe centrul (cubic centrat în corp, cc), atunci va exista o ambalare mai compactă și mai eficientă (2). Acum, sferele ocupă 68% din volumul total.

Pe de altă parte, în (3) nicio sferă nu ocupă centrul cubului, dar centrul fețelor sale o face și toate ocupă până la 74% din volumul total (cubul centrat pe față, cc).

Astfel, se poate aprecia că alte aranjamente pot fi obținute pentru același cub, prin modificarea modului în care sunt ambalate sferele (ioni, molecule, atomi etc.).

Tipuri

Structurile cristaline pot fi clasificate în funcție de sistemele lor cristaline sau de natura chimică a particulelor lor.

De exemplu, sistemul cubic este cel mai obișnuit dintre toate și multe solide cristaline sunt guvernate de acesta; totuși, același sistem se aplică atât cristalelor ionice, cât și celor metalice.

Conform sistemului său cristalin

În imaginea anterioară sunt reprezentate cele șapte sisteme principale de cristal. Se poate remarca faptul că există de fapt paisprezece dintre acestea, care sunt produsul altor forme de ambalare pentru aceleași sisteme și alcătuiesc rețelele Bravais.

De la (1) la (3) sunt cristale cu sisteme cu cristale cubice. În (2) se observă (prin dungi albastre) că sfera din centru și cea a colțurilor interacționează cu opt vecini, astfel încât sferele au un număr de coordonare de 8. Și în (3) numărul de coordonare este 12 (pentru a-l vedea trebuie să dublați cubul în orice direcție).

Elementele (4) și (5) corespund sistemelor tetragonale simple și centrate pe față. Spre deosebire de cubic, axa sa c este mai lungă decât axa a și b.

De la (6) la (9) sunt sistemele ortorombe: de la cele simple și centrate pe baze (7), la cele centrate pe corp și pe fețe. În aceste α, β și γ sunt 90 °, dar toate laturile au lungimi diferite.

Figurile (10) și (11) sunt cristale monoclinice și (12) este cea triclinică, ultima prezentând inegalități în toate unghiurile și axele sale.

Elementul (13) este sistemul romboedric, analog celui cubic, dar cu un unghi γ diferit de 90º. În sfârșit, există cristale hexagonale

Deplasările elementelor (14) au originea prismei hexagonale trasate de liniile punctate verzi.

Conform naturii sale chimice

- Dacă cristalele sunt formate din ioni, atunci sunt cristale ionice prezente în săruri (NaCl, CaSO ₄ , CuCl ₂ , KBr etc.)

- Molecule precum forma glucozei (ori de câte ori pot) cristale moleculare; în acest caz, celebrele cristale de zahăr.

- Atomi ale căror legături sunt în esență forme de cristale covalente. Astfel de cazuri sunt diamante sau carbură de siliciu.

- La fel, metalele precum aurul formează structuri cubice compacte, care constituie cristale metalice.

Exemple

K

NaCl (sistem cubic)

ZnS (wurtzite, sistem hexagonal)

CuO (sistem monoclinic)

Referințe

1. Quimitube. (2015). De ce „cristalele” nu sunt cristale. Preluat pe 24 mai 2018, de pe: quimitube.com
2. Pressbooks. 10.6 Structuri de grilă în solidele cristaline. Preluat pe 26 mai 2018, de pe: opentextbc.ca
3. Crystal Structures Academic Center Resource Center. . Preluat pe 24 mai 2018, de pe: web.iit.edu
4. Ming. (2015, 30 iunie). Tipuri Structuri cristaline. Preluat pe 26 mai 2018, de pe: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (31 ianuarie 2018). Tipuri de cristale. Preluat pe 26 mai 2018, de pe: thinkco.com
6. KHI. (2007). Structuri cristaline. Preluat pe 26 mai 2018, de la: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25 aprilie 2016). Cristale de smarald grosiere din Valea Panjshir Afganistan. . Preluat pe 24 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 aprilie 2008). Zăbrele Bravais. . Preluat pe 26 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org
9. Utilizator: Sbyrnes321. (21 noiembrie 2011). Cristal sau amorf. . Preluat pe 26 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org