الخلية الوحدوية: الخصائص وثوابت الشبكة وأنواعها

الخلية الوحدوية هي مساحة أو منطقة وهمي تمثل الحد الأدنى للتعبير عن الكل ؛ في حالة الكيمياء ، يصبح الكل بلورة تتكون من ذرات أو أيونات أو جزيئات ، مرتبة وفقًا لنمط هيكلي.

في الحياة اليومية ، يمكنك العثور على أمثلة تجسد هذا المفهوم. لهذا من الضروري الانتباه إلى الأشياء أو الأسطح التي تظهر ترتيبًا معينًا متكررًا لعناصرها. يمكن أن تشمل بعض الفسيفساء ، النقوش البارزة ، والسقوف المغطاة بالورق ، والملاءات وورق الحائط ، بعبارات عامة ، ما يُفهم على أنه خلية وحدة.

لتوضيح ذلك بشكل أكثر وضوحًا ، لديك الصورة العليا التي يمكن استخدامها كخلفية. فيه يبدو القطط والماعز مع اثنين من الحواس البديلة ؛ القطط على أقدامهم أو رأسهم ، والماعز مستلقية وهم ينظرون لأعلى أو لأسفل.

هذه القطط والماعز إنشاء تسلسل الهيكلية المتكررة. لبناء كل الورقة ، يكفي تكاثر الخلية الوحدوية عن طريق السطح بعدد كافٍ من المرات ، عن طريق الحركات متعدية.

يتم تمثيل خلايا الوحدة الممكنة بواسطة المربعات الزرقاء والخضراء والحمراء. يمكن استخدام أي من هؤلاء الثلاثة للحصول على الورقة ؛ ولكن ، من الضروري تحريكها بشكل مبدع على طول السطح لمعرفة ما إذا كانت تقوم بإعادة إنتاج نفس التسلسل الملحوظ في الصورة.

بدايةً من المربع الأحمر ، سيكون من المقدر أنه إذا تم نقل ثلاثة أعمدة (من القطط والماعز) إلى اليسار ، فلن يظهر اثنان من الماعز في الجزء السفلي ، ولكن عمود واحد فقط. لذلك ، سوف يؤدي إلى تسلسل آخر ولا يمكن اعتباره خلية وحدة.

إذا تحركوا في المربعات الوهمية ، الأزرق والأخضر ، نعم ، سيتم الحصول على نفس تسلسل الورقة. كلاهما خلايا وحدوية. ومع ذلك ، فإن المربع الأزرق يطيع التعريف أكثر ، لأنه أصغر من المربع الأخضر.

خصائص خلايا الوحدة

يوضح التعريف الخاص به ، بالإضافة إلى المثال الموضح للتو ، العديد من خصائصه:

- إذا تحركوا في الفضاء ، بغض النظر عن الاتجاه ، سيتم الحصول على الزجاج الصلب أو الكامل. هذا لأنه ، كما ذكر مع القطط والماعز ، يعيد إنتاج التسلسل الهيكلي ؛ ما يساوي التوزيع المكاني للوحدات المتكررة.

- يجب أن تكون أصغر ما يمكن (أو تشغل مساحة صغيرة) مقارنة بخيارات الخلايا الممكنة الأخرى.

، هم ، عادة ، متناظرة. وبالمثل ، ينعكس تناظرها حرفيًا في بلورات المركب ؛ إذا كانت خلية وحدة الملح مكعبة ، فستكون بلوراتها مكعبة. ومع ذلك ، هناك هياكل بلورية الموصوفة مع خلايا الوحدة مع هندسة مشوهة.

- احتفظ بوحدات التكرار ، والتي يمكن استبدالها بالنقاط ، والتي بدورها تؤلف ثلاثي الأبعاد ما يُعرف باسم شبكاني. في المثال السابق ، تمثل القطط والماعز نقاط شبكية ، تُرى من طائرة متفوقة ؛ وهذا هو ، بعدين.

عدد الوحدات المتكررة

تحافظ الوحدات المتكررة أو نقاط الشبكة لخلايا الوحدة على نفس النسبة من الجزيئات الصلبة.

إذا قمت بحساب عدد القطط والماعز داخل المربع الأزرق ، فستحصل على قطتين وماعز. يحدث الشيء نفسه مع الصندوق الأخضر ، ومع الصندوق الأحمر أيضًا (حتى إذا كان معروفًا بالفعل أنها ليست خلية وحدوية).

لنفترض على سبيل المثال أن القطط والماعز عبارة عن ذرات G و C ، على التوالي (لحام حيوان غريب). بما أن النسبة بين G و C هي 2: 2 أو 1: 1 في المربع الأزرق ، فمن المتوقع ، بدون أخطاء ، أن يكون للصلب الصيغة GC (أو CG).

عندما تقدم المادة الصلبة هياكل مضغوطة إلى حد ما ، كما يحدث مع الأملاح والمعادن والأكاسيد والكبريتيدات والسبائك ، لا توجد وحدات متكررة في الخلايا الوحدوية ؛ أي أن هناك أجزاء أو أجزاء منه ، والتي تضيف ما يصل إلى وحدة أو وحدتين.

هذا ليس هو الحال بالنسبة ل GC. إذا كان الأمر كذلك ، فسيقوم الصندوق الأزرق "بتقسيم" القطط والماعز في جزئين (1 / 2G و 1 / 2C) أو أربعة أجزاء (1 / 4G و 1 / 4C). في الأقسام التالية ، سيتبين أن نقاط الشبكة في هذه الخلايا مقسمة بشكل ملائم بهذه الطرق وغيرها.

ما هي ثوابت الشبكة التي تحدد خلية الوحدة؟

خلايا الوحدة في مثال GC ثنائية الأبعاد ؛ ومع ذلك ، لا ينطبق هذا على النماذج الحقيقية التي تراعي الأبعاد الثلاثة. وبالتالي ، يتم تحويل المربعات أو متوازي الاضلاع إلى متوازيات متوازية. الآن ، مصطلح "الخلية" أكثر منطقية.

تعتمد أبعاد هذه الخلايا أو موازياتها على طول طول زواياها وزواياها.

في الصورة السفلية لدينا الزاوية الخلفية السفلية من خط الموازي ، وتتألف من الجوانب a و b و c والزوايا α و β و γ.

كما يمكن أن يرى ، أ أطول بقليل من b و c . توجد في الوسط دائرة منقط للإشارة إلى الزوايا α و β و γ ، بين ac و cb و ba ، على التوالي. لكل خلية وحدة هذه المعلمات لها قيم ثابتة ، وتحدد تناظرها وبقية البلورة.

عند تطبيق بعض التخيلات مرة أخرى ، ستحدد معلمات الصورة خلية مشابهة لمكعب ممتد على الحافة أ . وبالتالي ، تنشأ خلايا وحدة ذات أطوال وزوايا مختلفة لحوافها ، والتي يمكن تصنيفها أيضًا في عدة أنواع.

نوع

لاحظ أن تبدأ في الصورة العليا الخطوط المنقطة داخل خلايا الوحدة: فهي تشير إلى الزاوية الخلفية السفلية ، كما هو موضح للتو. يمكن طرح السؤال التالي ، أين هي النقاط الشبكية أو الوحدات المتكررة؟ على الرغم من أنها تعطي الانطباع الخاطئ بأن الخلايا فارغة ، إلا أن الإجابة تكمن في رؤوسها.

يتم إنشاء هذه الخلايا أو اختيارها بطريقة تقع بها الوحدات المتكررة (النقاط الرمادية في الصورة) في رؤوسها. اعتمادًا على قيم المعلمات المحددة في القسم السابق ، الثوابت لكل خلية وحدة ، يتم اشتقاق سبعة أنظمة بلورية.

يحتوي كل نظام بلوري على خلية وحدة خاصة به ؛ والثاني يعرف الأول. يوجد في الصورة العلوية سبعة صناديق ، تتوافق مع الأنظمة البلورية السبعة ؛ أو بطريقة أكثر تلخيصًا قليلاً ، الشبكات البلورية. وهكذا ، على سبيل المثال ، تتطابق خلية الوحدة المكعبة مع أحد الأنظمة البلورية التي تعرف على الشبكة البلورية المكعبة.

وفقًا للصورة ، فإن الأنظمة أو الشبكات البلورية هي:

-Cúbica

-Tetragonal

-Ortorrómbica

-Hexagonal

-Monoclínica

-Triclínica

-Trigonal

وداخل هذه الأنظمة البلورية تنشأ أنظمة أخرى تشكل شبكات Bravais الأربعة عشر ؛ أنه من بين جميع الشبكات البلورية ، فهي الأكثر أساسية.

تكعيبي

في المكعب ، كل الجوانب والزوايا متساوية. لذلك ، في خلية الوحدة التالية:

أ = ب = ج

α = β = γ = 90º

هناك ثلاث خلايا وحدة مكعب: بسيطة أو بدائية ، تركزت على الجسم (مخفية) ، وتركز على الوجوه (fcc). تكمن الاختلافات في كيفية توزيع النقاط (الذرات أو الأيونات أو الجزيئات) وعددها.

أي من هذه الخلايا هو الأكثر ضغطًا؟ هذا الذي يشغل حجمه أكثر بالنقاط: المكعب يتركز على الوجوه. لاحظ أننا إذا قمنا باستبدال النقاط الخاصة بالقطط والماعز في البداية ، فلن يتم حصرها في خلية واحدة ؛ سوف ينتمون ويشاركهم العديد. مرة أخرى ، ستكون أجزاء من G أو C.

عدد الوحدات

إذا كانت القطط أو الماعز في القمم ، فسيتم مشاركتها بواسطة 8 خلايا وحدوية ؛ أي أن كل خلية لديها 1/8 من G أو C. اجمع أو تخيل 8 مكعبات ، في عمودين من صفين لكل منهما ، لتصور ذلك.

إذا كانت القطط أو الماعز على الوجوه ، فستتم مشاركتها فقط بواسطة خليتين وحدة. لرؤيتها ، ببساطة إضافة مكعبين.

من ناحية أخرى ، إذا كانت القطة أو الماعز في وسط المكعب ، فإنها ستنتمي فقط إلى خلية وحدوية واحدة ؛ يحدث الشيء نفسه مع مربعات الصورة الرئيسية ، عندما تم تناول المفهوم.

قل الشيء السابق ، داخل خلية وحدة مكعبة مفردة ، تحتوي على وحدة أو نقطة شبكية ، حيث تحتوي على 8 رؤوس (1/8 × 8 = 1). بالنسبة للخلية المكعبة المتمركزة على الجسم لدينا: 8 رؤوس ، أي ما يعادل ذرة ، ونقطة أو وحدة في المركز ؛ لذلك ، هناك وحدتان.

وللخلية المكعبة المتمركزة على الوجوه لدينا: 8 رؤوس (1) وستة وجوه ، حيث يتم مشاركة نصف كل نقطة أو وحدة (1/2 × 6 = 3) ؛ لذلك ، لديها أربع وحدات.

رباعي الزوايا

يمكن إجراء تعليقات مماثلة فيما يتعلق بخلية الوحدة الخاصة بنظام رباعي الزوايا. معالمه الهيكلية هي:

a = bc

α = β = γ = 90º

معيني متعامد المحاور

المعلمات للخلية تقويم العظام هي:

abc

α = β = γ = 90º

أحادي الميلان

المعلمات للخلية أحادي هي:

abc

α = γ = 90º ؛ ≠ ≠ 90º

triclinic

المعلمات للخلية triclinic هي:

abc

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

مسدس الشكل

المعلمات للخلية سداسية هي:

a = bc

α = β = 90º ؛ γ ≠ 120º

في الواقع الخلية هي الجزء الثالث من المنشور سداسية.

ثلاثي الزوايا

وأخيراً ، فإن المعلمات للخلية المثلثية هي:

أ = ب = ج

α = β = γ ≠ 90º