Struttura Struttura di cristallo, tipi ed esempi

il struttura cristallina È uno degli stati solidi che gli atomi, gli ioni o le molecole possono adottare in natura, che è caratterizzato da un'elevata disposizione spaziale. In altre parole, questa è la prova della "architettura corpuscolare" che definisce molti corpi con aspetti luminosi e vitrei.

Che cosa promuove o quale forza è responsabile di questa simmetria? Le particelle non sono sole, ma interagiscono tra loro. Queste interazioni consumano energia e influenzano la stabilità dei solidi, in modo che le particelle cerchino di adattarsi per minimizzare questa perdita di energia.

Quindi, la loro natura intrinseca li porta a posizionarsi nella disposizione spaziale più stabile. Ad esempio, questo può essere il caso in cui le repulsioni tra ioni con le stesse cariche sono minime, o dove anche alcuni atomi, come il metallo, occupano il maggior volume possibile nella loro confezione.

La parola "cristallo" ha un significato chimico che può essere travisato in altri corpi. Chimicamente, si riferisce a una struttura ordinata (microscopicamente) che, per esempio, può essere costituita da molecole di DNA (un cristallo di DNA).

Tuttavia, è comunemente usato in modo abusivo riferirsi a qualsiasi oggetto o superficie vetrosa, come specchi o bottiglie. A differenza dei veri cristalli, il vetro è costituito da una struttura amorfa (disordinata) di silicati e molti altri additivi.

indice

• 1 struttura
  • 1.1 Cella unitaria
• 2 tipi
  • 2.1 Secondo il suo sistema cristallino
  • 2.2 Secondo la sua natura chimica
• 3 esempi
  • 3.1 K2Cr2O7 (sistema triclinico)
  • 3.2 NaCl (sistema cubico)
  • 3.3 ZnS (wurtzite, sistema esagonale)
  • 3.4 CuO (sistema monoclino)
• 4 riferimenti

struttura

L'immagine in alto mostra gemme di smeraldo. Proprio come questi, molti altri minerali, sali, metalli, leghe e diamanti mostrano una struttura cristallina; Ma qual è la relazione tra il suo ordinamento e la sua simmetria?

Se un cristallo, le cui particelle possono essere osservate ad occhio nudo, vengono applicate le operazioni di simmetria (invertite, ruotate a differenti angoli, riflettendole in un piano, ecc.), Quindi si troverà a rimanere intatto in tutte le dimensioni dello spazio.

L'opposto si verifica per un solido amorfo, dal quale si ottengono ordinamenti diversi sottoponendolo a un'operazione di simmetria. Inoltre, manca di schemi di ripetizione strutturali, che dimostrano la distribuzione casuale delle sue particelle.

Qual è l'unità più piccola che costituisce il modello strutturale? Nell'immagine in alto il solido cristallino è simmetrico nello spazio, mentre l'amorfo non lo è.

Se disegni dei quadrati che racchiudono sfere arancioni e applichi le operazioni di simmetria, scoprirai che generano altre parti del cristallo.

La cosa precedente viene ripetuta con quadrati sempre più piccoli, fino a trovare quello che è asimmetrico; quello che lo precede in termini di dimensioni è, per definizione, la cella unitaria.

Cella unitaria

La cella unitaria è l'espressione strutturale minima che consente la riproduzione completa del solido cristallino. Da questo è possibile assemblare il cristallo, spostandolo in tutte le direzioni dello spazio.

Può essere considerato un piccolo cassetto (baule, secchio, contenitore, ecc.) In cui le particelle, rappresentate da sfere, vengono posizionate seguendo un motivo di riempimento. Le dimensioni e le geometrie di questa scatola dipendono dalle lunghezze dei suoi assi (a, b e c), nonché dagli angoli tra loro (α, β e γ).

La più semplice di tutte le celle unitarie è quella della struttura cubica semplice (immagine in alto (1)). In questo il centro delle sfere occupa gli angoli del cubo, posizionandone quattro alla base e quattro sul tetto.

In questa disposizione, le sfere occupano a malapena il 52% del volume totale del cubo e, poiché la natura aborre il vuoto, non ci sono molti composti o elementi che adottano questa struttura.

Tuttavia, se le sfere sono disposte nello stesso cubo in modo tale da occupare il centro (cubico centrato sul corpo, bcc), sarà disponibile un imballaggio più compatto ed efficiente (2). Ora le sfere occupano il 68% del volume totale.

D'altra parte, in (3) nessuna sfera occupa il centro del cubo, ma il centro dei loro volti, e tutti occupano fino al 74% del volume totale (cubico centrato sulle facce, ccp).

Quindi, si può apprezzare che si possono ottenere altri arrangiamenti per lo stesso cubo, variando il modo in cui le sfere sono imballate (ioni, molecole, atomi, ecc.).

tipo

Le strutture cristalline possono essere classificate in base al loro sistema cristallino o alla natura chimica delle loro particelle.

Ad esempio, il sistema cubico è il più comune di tutti e molti solidi cristallini sono governati da esso; tuttavia, questo stesso sistema si applica sia a cristalli ionici che a cristalli di metallo.

Secondo il suo sistema cristallino

Nell'immagine precedente sono rappresentati i sette principali sistemi cristallini.Si può notare che in realtà ce ne sono quattordici, che sono il prodotto di altre forme di packaging per gli stessi sistemi e costituiscono le reti Bravais.

Da (1) a (3) sono i cristalli con sistemi di cristallo cubico. In (2) si osserva (dalle strisce blu) che la sfera del centro e quella degli angoli interagiscono con otto vicini, in modo che le sfere abbiano un numero di coordinamento di 8. E in (3) il numero di coordinazione è 12 (per vederlo è necessario duplicare il cubo in qualsiasi direzione).

Gli elementi (4) e (5) corrispondono ai sistemi tetragonali semplici e centrati sui volti. A differenza del cubo, il suo asse c è più lungo degli assi a e b.

Da (6) a (9) sono i sistemi ortorombici: da semplici e centrati sulle basi (7), a quelli centrati sul corpo e sui volti. In questi α, β e γ sono 90º, ma tutti i lati hanno lunghezze diverse.

Le figure (10) e (11) sono i cristalli monoclino e (12) è il triclino, che presenta le ultime disuguaglianze in tutti i suoi angoli e assi.

L'elemento (13) è il sistema romboedrico, analogo al cubo ma con un angolo γ diverso da 90º. Finalmente ci sono i cristalli esagonali

Gli spostamenti degli elementi (14) originano il prisma esagonale tracciato dalle linee tratteggiate di verde.

Secondo la sua natura chimica

- Se i cristalli sono formati da ioni, allora sono cristalli ionici presenti nei sali (NaCl, CaSO₄, CuCl₂, KBr, ecc.)

- Molecole come cristalli molecolari di glucosio (quando possibile); in questo caso, i famosi cristalli di zucchero.

- Gli atomi i cui legami sono essenzialmente covalenti e formano cristalli covalenti. Tali sono i casi di diamante o di carburo di silicio.

- Allo stesso modo, metalli come l'oro formano strutture cubiche compatte, che costituiscono i cristalli metallici.

Esempi

K₂Cr₂O₇ (sistema triclinico)

NaCl (sistema cubico)

ZnS (wurtzite, sistema esagonale)

CuO (sistema monoclino)

riferimenti

1. Quimitube. (2015). Perché i "cristalli" non sono cristalli. Estratto il 24 maggio 2018 da: quimitube.com
2. Pressbook. 10.6 Strutture a reticolo in solidi cristallini. Estratto il 26 maggio 2018 da: opentextbc.ca
3. Centro risorse accademiche Crystal Structures. [PDF]. Estratto il 24 maggio 2018 da: web.iit.edu
4. Ming. (30 giugno 2015). Tipi di strutture di cristallo. Estratto il 26 maggio 2018 da: crystalvisions-film.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 gennaio 2018). Tipi di cristalli. Estratto il 26 maggio 2018 da: thoughtco.com
6. KHI. (2007). Strutture cristalline. Estratto il 26 maggio 2018 da: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25 aprile 2016). Grezzi cristalli smeraldo dalla Valle Panjshir Afghanistan. [Figura]. Estratto il 24 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 aprile 2008). Reticoli di Bravais [Figura]. Estratto il 26 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
9. Utente: Sbyrnes321. (21 novembre 2011). Cristallino o amorfo. [Figura]. Estratto il 26 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org