תא יחידה: מאפיינים, קבועי רשת וסוגים - כִּימִיָה - 2025

התא היחיד הוא מרחב מדומיין או באזור המייצג את הביטוי המינימאלי של שלמה; שבמקרה של כימיה, השלם יהיה גביש המורכב מאטומים, יונים או מולקולות, המסודרים לפי תבנית מבנית.

דוגמאות המגלמות מושג זה ניתן למצוא בחיי היומיום. לשם כך, יש לשים לב לחפצים או משטחים המציגים סדר חוזר מסוים של האלמנטים שלהם. פסיפסים מסוימים, תבליטי בסיס, תקרות מקופצות, סדינים וטפטים יכולים להקיף באופן כללי את מה שמובן לתא היחידה.

תאי יחידת נייר של חתולים ועיזים. מקור: חנה פטרושאט (WMDE).

כדי להמחיש זאת בצורה ברורה יותר, יש לנו את התמונה למעלה שתוכל לשמש כטפטים. בתוכה מופיעים חתולים ועיזים עם שני חושים אלטרנטיביים; חתולים עומדים זקופים או הפוכים, ועזים שוכבות כשהן פונות כלפי מעלה או מטה.

חתולים ועיזים אלה מבססים רצף מבני החוזר על עצמו. כדי לבנות את הנייר כולו, די יהיה בכדי לשחזר את תא היחידה על פני השטח מספר מספיק פעמים, תוך שימוש בתנועות תרגומיות.

תאי יחידה אפשריים מיוצגים על ידי התיבות הכחולות, הירוקות והאדומות. ניתן להשתמש בכל אחד משלושת אלה כדי לקבל את התפקיד; אך יש צורך להזיז אותם באופן דמיוני לאורך השטח כדי לגלות אם הם משחזרים את אותו רצף שנצפה בתמונה.

החל מהקופסה האדומה, ניתן יהיה להעריך שאם שלוש עמודים (של חתולים ועיזים) היו מועברים שמאלה, שתי עזים כבר לא היו מופיעות בתחתית אלא רק אחת. לכן זה יוביל לרצף אחר ולא ניתן להחשיבו כתא יחידה.

בעוד שאם הם היו מניחים בדמיון את שתי התיבות, כחול וירוק, היה מתקבל אותו רצף של הנייר. שניהם תאי יחידה; עם זאת, התיבה הכחולה מצייתת להגדרה יותר, מכיוון שהיא קטנה יותר מהתיבה הירוקה.

מאפייני תא יחידתי

ההגדרה שלה עצמה, בנוסף לדוגמה שהוסברה זה עתה, מבהירה כמה מתכונותיה:

אם הם נעים בחלל, ללא קשר לכיוון, יתקבל הגביש המוצק או השלם. הסיבה לכך היא שכאמור אצל חתולים ועיזים הם משחזרים את הרצף המבני; וזה שווה לפיזור המרחבי של היחידות החוזרות.

עליהם להיות קטנים ככל האפשר (או לתפוס נפח קטן) בהשוואה לאפשרויות תא אפשריות אחרות.

בדרך כלל הם סימטריים. כמו כן, הסימטריה שלה באה לידי ביטוי ממש בגבישים של המתחם; אם תא היחידה של המלח הוא מעוקב, הגבישים שלו יהיו מעוקבים. עם זאת, ישנם מבני קריסטל המתוארים כתאי יחידות עם גיאומטריות מעוותות.

הם מכילים יחידות שחוזרות על עצמן, אותן ניתן להחליף בנקודות, אשר בתורן מהוות את מה שמכונה סריג בשלושה ממדים. בדוגמה הקודמת החתולים והעזים מייצגים את נקודות הסריג הנראות ממישור גבוה יותר; כלומר שני ממדים.

מספר יחידות חוזרות

היחידות החוזרות או נקודות הסריג של תאי היחידה שומרות על אותו פרופורציה של החלקיקים המוצקים.

אם אתה סופר את מספר החתולים והעזים בתוך התיבה הכחולה, יהיו לך שני חתולים ועיזים. אותו דבר קורה גם עם התיבה הירוקה וגם עם התיבה האדומה (גם אם כבר ידוע שהיא לא תא יחידה).

נניח למשל שחתולים ועיזים הם אטומי G ו- C, בהתאמה (רתכת בעלי חיים מוזרה). מכיוון שהיחס בין G ל- C הוא 2: 2 או 1: 1 בתיבה הכחולה, ניתן לצפות בבטחה כי למוצק תהיה הפורמולה GC (או CG).

כאשר למוצק יש מבנים קומפקטיים פחות או יותר, כמו שקורה במלחים, מתכות, תחמוצות, סולפידים וסגסוגות, בתאי יחידות אין יחידות שלמות שחוזרות על עצמן; כלומר, יש חלקים או חלקים מהם, שמסתכמים ביחידה אחת או שתיים.

זה לא המקרה עבור GC. אם כן, הקופסה הכחולה "תפצלה" את החתולים והעיזים לשניים (1 / 2G ו- 1 / 2C) או בארבעה חלקים (1 / 4G ו- 1 / 4C). בסעיפים הבאים נראה כי בתאי יחידה אלה נקודות הרשתית מחולקות בנוחות בדרכים זו ואחרות.

אילו קבועי רשת מגדירים תא יחידה?

תאי היחידה בדוגמת ה- GC הם דו-ממדיים; עם זאת, הדבר אינו חל על דגמים אמיתיים הרואים את שלושת הממדים. לפיכך, הריבועים או המקבילים, הופכים לצינורות מקבילים. כעת, המונח "תא" הגיוני יותר.

הממדים של תאים אלה או מקבילות מקבילות מקבילות תלויים בכמה זמן הצדדים והזוויות שלהם.

בתמונה התחתונה יש לנו את הפינה האחורית התחתונה של מקבילי הצוואר, המורכבת מהצדדים a, b ו- c, והזוויות α, β ו- γ.

פרמטרים של תא יחידה. מקור: גבריאל בוליבר.

כפי שניתן לראות, א 'מעט ארוך יותר מ- b ו- c. במרכז יש מעגל מנוקד לציון הזוויות α, β ו- γ, בין ac, cb ו- ba, בהתאמה. לכל תא של יחידה יש ​​לפרמטרים אלה ערכים קבועים, והם מגדירים את הסימטריה שלה ושל שאר הגביש.

אם ישתמשו שוב בדמיון כלשהו, ​​פרמטרי התמונה יגדירו תא דמוי קובייה המתפרש על שוליו. כך, תאי יחידות מתעוררים באורכים וזוויות שונים של קצוותיהם, אותם ניתן גם לסווג לסוגים שונים.

סוגים

14 רשתות Bravais ושבע מערכות הגביש הבסיסיות. מקור: המעלה המקורי היה Angrense בוויקיפדיה הפורטוגזית.

שים לב ראשית בתמונה העליונה את הקווים המנוקדים בתאי היחידה: הם מציינים את הזווית האחורית התחתונה, כפי שהוסבר זה עתה. ניתן לשאול את השאלה הבאה, היכן נקודות הסריג או היחידות החוזרות על עצמן? למרות שהם נותנים רושם שגוי שהתאים ריקים, התשובה נעוצה בקודקודים שלהם.

תאים אלה נוצרים או נבחרים בצורה כזו שהיחידות החוזרות על עצמן (נקודות אפרפרות של התמונה) ממוקמות בקודקודיהם. בהתאם לערכי הפרמטרים שנקבעו בסעיף הקודם, קבועים עבור כל תא יחידה, נגזרות שבע מערכות גביש.

לכל מערכת גביש יש תא יחידה משלה; השני מגדיר את הראשון. בתמונה העליונה ישנם שבעה תיבות, המתאימות לשבע מערכות הקריסטל; או בצורה מסוכמת יותר, רשתות גבישיות. כך, למשל, תא יחידת מעוקב תואם את אחת ממערכות הקריסטל המגדירה סריג גביש מעוקב.

על פי הדימוי, המערכות או הרשתות הגבישיות הן:

-מְעוּקָב

-טטרגון

-אורטהומבי

-מְשׁוּשֶׁה

-מונוקלין

טריקלין

טריגונל

ובתוך מערכות גבישיות אלה מתעוררות אחרות המרכיבות את ארבע עשרה רשתות בראווה; כי מבין כל הרשתות הגבישות, הן הבסיסיות ביותר.

מְעוּקָב

בקוביה כל הצדדים והזוויות שלה שווים. לפיכך, בתא יחידה זה הדברים הבאים נכונים:

α = β = γ = 90º

ישנם שלושה תאי יחידות מעוקבים: פשוטים או פרימיטיביים, מרוכזים בגוף (bcc) ומרכזי פנים (fcc). ההבדלים נעוצים באופן חלוקת הנקודות (אטומים, יונים או מולקולות) ובמספרם.

מי מהתאים האלה הוא הקומפקטי ביותר? זה שעוצמתו תפוסה יותר בנקודות: מעוקב שבמרכזו הפנים. שים לב שאם החלפנו את הנקודות לחתולים ולעזים מההתחלה, הם לא היו מוגבלים לתא אחד; הם היו שייכים ויחלקו אותם על ידי כמה. שוב, יהיו אלה חלקים מ- G או C.

מספר יחידות

אם חתולים או עזים היו בקודקודם, הם היו משותפים ל 8 תאי יחידות; כלומר, לכל תא היו 1/8 מ- G או C. הצטרף או דמיין 8 קוביות, בשתי עמודות של שתי שורות כל אחת, כדי לדמיין אותה.

אם חתולים או עזים היו על הפנים, הם היו משותפים רק לשני תאי יחידות. כדי לראות זאת פשוט הרכיבו שתי קוביות זו לזו.

לעומת זאת, אם החתול או העז היו במרכז הקוביה, הם היו שייכים רק לתא יחידה אחד; אותו דבר קורה עם התיבות בתמונה הראשית, כאשר טופלו למושג.

אחרי שלא ספר אמורים לעיל, בתוך תא יחיד מעוקב פשוט יש יחידה או נקודה רשתי, שכן יש 8 קודקודים (1/8 x 8 = 1). לתא המעוקב שבמרכזו ישנם: 8 קודקודים, השווים לאטום אחד, ונקודה או יחידה במרכז; לכן יש שתי יחידות.

ולגבי התא המעוקב שבמרכזו יש: 8 קודקודים (1) ושש פנים, כאשר מחצית מכל נקודה או יחידה משותפת (1/2 x 6 = 3); לכן יש לו ארבע יחידות.

טטרגון

ניתן להעיר הערות דומות ביחס לתא היחידה למערכת הטטרגון. הפרמטרים המבניים שלו הם הבאים:

α = β = γ = 90º

אורתורהומבי

הפרמטרים לתא האורתורומבי הם:

α = β = γ = 90º

מונוקלין

הפרמטרים לתא המונוקליני הם:

α = γ = 90 °; ß ≠ 90º

טריקליניק

הפרמטרים לתא הטריקליני הם:

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

מְשׁוּשֶׁה

הפרמטרים לתא המשושה הם:

α = β = 90 °; γ ≠ 120 מעלות

התא מהווה למעשה שליש מהפריזמה המשושה.

טריגונל

ולבסוף, הפרמטרים לתא הטריגונאלי הם:

α = β = γ ≠ 90º

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE עמ '474-477.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. ויקיפדיה. (2019). תא פרימיטיבי. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. בריאן סטפני. (2019). תא יחידה: פרמטרים סריג ומבנים מעוקבים. לימוד. התאושש מ: study.com
5. מרכז משאבים אקדמי. (sf). מבני קריסטל. . מכון טכנולוגי באילינוי. התאושש מ: web.iit.edu
6. בלפורד רוברט. (7 בפברואר, 2019). סריג גביש ותאי יחידה. ליברטקס כימיה. התאושש מ: chem.libretexts.org