هيكل الكريستال: هيكل ، أنواع وأمثلة

التركيب البلوري هو أحد الحالات الصلبة التي يمكن أن تتبناها الذرات أو الأيونات أو الجزيئات في الطبيعة ، والتي تتميز بوجود ترتيب مكاني عالي. بعبارة أخرى ، هذا دليل على "العمارة الجسيمية" التي تعرف العديد من الأجسام بمظاهر زجاجية ورائعة.

ما الذي يشجع أو ما هي القوة المسؤولة عن هذا التناظر؟ الجزيئات ليست وحدها ، ولكنها تتفاعل مع بعضها البعض. تستهلك هذه التفاعلات الطاقة وتؤثر على ثبات المواد الصلبة ، بحيث تسعى الجزيئات لاستيعابها لتقليل فقد الطاقة.

ثم ، فإن طبيعتهم الذاتية تدفعهم إلى وضع أنفسهم في الترتيب المكاني الأكثر استقرارًا. على سبيل المثال ، قد يكون هذا هو الحد الأدنى للتناثر بين الأيونات ذات الشحنات المتساوية ، أو عندما تشغل بعض الذرات ، مثل المعادن ، أكبر حجم ممكن في عبواتها.

كلمة "بلورة" لها معنى كيميائي يمكن تحريفه للهيئات الأخرى. كيميائيا ، يشير إلى بنية مرتبة (مجهريا) والتي ، على سبيل المثال ، يمكن أن تتكون من جزيئات الحمض النووي (بلورة DNA).

ومع ذلك ، يُساء استخدامه بشكل شائع للإشارة إلى أي كائن أو سطح زجاجي ، مثل المرايا أو الزجاجات. على عكس البلورات الحقيقية ، يتكون الزجاج من هيكل غير متبلور (فوضوي) من السيليكات والعديد من المواد المضافة الأخرى.

هيكل

في الصورة العلوية بعض الجواهر من الزمرد موضحة. مثل هذه ، العديد من المعادن الأخرى والأملاح والمعادن والسبائك والماس تظهر بنية بلورية. ولكن ، ما علاقة نظامها بالتماثل؟

إذا تم استخدام البلورة ، التي يمكن ملاحظة جزيئاتها بالعين المجردة ، في عمليات التناظر (عكس ، تدويرها في زوايا مختلفة ، تعكسها في مستو ، وما إلى ذلك) ، ثم سوف تبقى سليمة في جميع أبعاد الفضاء.

يحدث العكس لعنصر صلب غير متبلور ، يتم الحصول منه على أوامر مختلفة من خلال تعريضه لعملية تناظر. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يفتقر إلى أنماط التكرار الهيكلي ، مما يوضح التوزيع العشوائي لجزيئاته.

ما هي أصغر وحدة تشكل النموذج الهيكلي؟ في الصورة العليا ، تكون المادة البلورية صلبة في الفضاء ، في حين أن المادة غير المتبلورة ليست كذلك.

إذا قمت برسم مربعات تحتوي على كرات برتقالية وقمت بتطبيق عمليات التناظر ، فستجد أنها تنشئ أجزاء أخرى من البلورة.

يتم تكرار الشيء السابق مع مربعات أصغر وأصغر ، حتى يتم العثور على المربعات غير المتماثلة ؛ الذي يسبقه في الحجم هو ، بحكم تعريفه ، خلية الوحدة.

خلية وحدوية

الخلية الوحدوية هي الحد الأدنى للتعبير الهيكلي الذي يسمح بالتكامل التام للمادة الصلبة البلورية. من هذا ، يمكن تجميع البلورة ونقلها في كل اتجاهات الفضاء.

يمكن اعتباره درجًا صغيرًا (جذع ، دلو ، حاوية ، إلخ) حيث يتم وضع الجزيئات ، الممثلة بالكرات ، على نمط الملء. تعتمد الأبعاد والهندسة في هذا المربع على أطوال محاورها (أ ، ب ، ج) ، وكذلك الزوايا بينهما (α و β و γ).

إن أبسط خلايا الوحدة هي تلك الخاصة بالبنية المكعبة البسيطة (الصورة العليا (1)). في هذا المركز ، يحتل وسط الكرات زوايا المكعب ، ووضع أربعة في قاعدته وأربعة على السطح.

في هذا الترتيب ، بالكاد تشغل المجالات 52 ٪ من الحجم الكلي للمكعب ، وبما أن الطبيعة تمقت الفراغ ، فلا توجد العديد من المركبات أو العناصر التي تعتمد هذا الهيكل.

ومع ذلك ، إذا تم ترتيب الكرات في نفس المكعب بحيث يشغل المرء المركز (مكعب متمركز على الجسم ، مخفية) ، فستتوفر عبوة أكثر إحكاما وفعالية (2). الآن تشغل المجالات 68 ٪ من الحجم الكلي.

من ناحية أخرى ، في (3) لا تشغل كرة مركز المكعب ، ولكن وسط وجوهها ، وتشغل جميعها ما يصل إلى 74 ٪ من الحجم الكلي (مكعب يتركز على الوجوه ، ccp).

وبالتالي ، يمكن ملاحظة أنه يمكن الحصول على ترتيبات أخرى لنفس المكعب ، مع تغيير الطريقة التي يتم بها تعبئة الكرات (أيونات ، جزيئات ، ذرات ، إلخ).

نوع

يمكن تصنيف الهياكل البلورية وفقًا لنظمها البلورية أو الطبيعة الكيميائية لجزيئاتها.

على سبيل المثال ، يعد النظام التكعيبي هو الأكثر شيوعًا ، حيث يتم التحكم في العديد من المواد الصلبة البلورية ؛ ومع ذلك ، ينطبق هذا النظام نفسه على كل من البلورات الأيونية والبلورات المعدنية.

وفقا لنظامها البلوري

في الصورة السابقة ، يتم تمثيل النظم البلورية السبعة الرئيسية. يمكن ملاحظة أنه في الواقع هناك أربعة عشر من هذه ، والتي هي نتاج أشكال أخرى من التعبئة والتغليف لنفس الأنظمة وتشكيل شبكات Bravais.

من (1) إلى (3) هي البلورات مع أنظمة الكريستال مكعب. في (2) يلاحظ (من خلال الخطوط الزرقاء) أن مجال الوسط وزوايا الزوايا يتفاعلان مع ثمانية من الجيران ، بحيث يكون للكرات عدد تنسيق 8. وفي (3) يكون رقم التنسيق هو 12 (لرؤيتها ، من الضروري تكرار المكعب في أي اتجاه).

العناصر (4) و (5) تتوافق مع أنظمة رباعيات بسيطة وتركز على الوجوه. على عكس المكعب ، يكون محور c أطول من المحورين a و b.

من (6) إلى (9) هي أنظمة تقويم العظام: من البسيط والمركز على القواعد (7) ، إلى تلك التي تركز على الجسم وعلى الوجوه. في هذه α و β و γ تساوي 90º ، لكن كل الجوانب ذات أطوال مختلفة.

الأشكال (10) و (11) هي بلورات أحادية الميل و (12) هي triclinic ، وتقدم آخر التفاوتات في جميع زواياها ومحاورها.

العنصر (13) هو نظام rhombohedral ، يشبه المكعب ولكن بزاوية γ مختلفة عن 90º. وأخيرا هناك بلورات سداسية

تنبع العناصر (14) من منشور سداسية تتبعها الخطوط المنقطة باللون الأخضر.