מבנה גביש: מבנה, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

המבנה הגבישי הוא אחת המדינות המוצקות כי אטומים, יונים או מולקולות יכולים לאמץ בטבע, אשר מאופיין על ידי בעל סידור מרחבים גבוה. במילים אחרות, זו עדות ל"ארכיטקטורה גופנית "המגדירה גופים רבים במראה מזוגג ומבריק.

מה מקדם או איזה כוח אחראי לסימטריה זו? החלקיקים אינם לבד, אלא מתקשרים זה בזה. אינטראקציות אלו צורכות אנרגיה ומשפיעות על יציבות המוצקים, כך שהחלקיקים מבקשים להכיל את עצמם כדי למזער את אובדן האנרגיה הזה.

כך שטבעם המהותי מוביל אותם למקם את עצמם בסידור המרחבי הכי יציב. לדוגמא, זה יכול להיות זה שבו הדחיות בין יונים עם מטענים שווים הם מינימליים, או כאשר חלק מהאטומים - כמו מתכיים - תופסים גם הם את הנפח הגדול ביותר האפשרי באריזה שלהם.

למילה "גביש" יש משמעות כימית הניתנת לייצוג שגוי לגופים אחרים. מבחינה כימית, הכוונה היא למבנה מסודר (מיקרוסקופי) שיכול, למשל, להיות מורכב ממולקולות DNA (גביש DNA).

עם זאת, נעשה שימוש לרעה בדרך כלל להתייחס לכל חפץ או משטח זכוכית, כמו מראות או בקבוקים. שלא כמו גבישים אמיתיים, זכוכית מורכבת ממבנה אמורפי (לא מופרע) של סיליקט ותוספים רבים אחרים.

מִבְנֶה

בתמונה לעיל, כמה אבני אמרלד מאוירות. ממש כמו אלה, מינרלים, מלחים, מתכות, סגסוגות ויהלומים רבים אחרים מראים על מבנה גבישי; אבל, איזה קשר יש לסדר שלה עם סימטריה?

אם קריסטל, שחלקיקיו ניתנים לצפייה בעין בלתי מזוינת, מיושם בפעולות סימטריה (הפוך אותו, סובב אותו בזוויות שונות, משקף אותו במישור וכו '), נמצא שהוא נשאר שלם בכל ממדי החלל.

ההפך מתרחש עבור מוצק אמורפי, ממנו מתקבלות הזמנות שונות על ידי כפיפותו לפעולת סימטריה. יתר על כן, הוא חסר דפוסי חזרה מבניים, המראים את האקראיות בהתפלגות החלקיקים שלה.

מהי היחידה הקטנה ביותר שמרכיבה את התבנית המבנית? בתמונה העליונה המוצק הגבישי הוא סימטרי בחלל, ואילו האמורפי אינו.

אם נמשכו ריבועים לתוחם כדורים כתומים והופעלו עליהם פעולות סימטריה, נמצא כי הם מייצרים חלקים אחרים מהגביש.

האמור לעיל חוזר על עצמו בכיכרות קטנות וקטנות יותר, עד למציאת זה שהוא לא סימטרי; זה שקודם לו בגודל הוא, בהגדרה, תא היחידה.

תא יחידה

תא היחידה הוא הביטוי המבני המינימלי המאפשר רבייה מלאה של המוצק הגבישי. מכאן ניתן להרכיב את הזכוכית, להזיז אותה לכל הכיוונים בחלל.

זה יכול להיחשב כמגירה קטנה (תא מטען, דלי, מיכל וכו ') שבו החלקיקים, המיוצגים על ידי כדוריים, ממוקמים על פי תבנית מילוי. הממדים והגיאומטריות של תיבה זו תלויים באורכי הצירים שלה (a, b ו- c), כמו גם בזוויות שביניהם (α, β ו- γ).

הפשוט ביותר מבין כל תאי היחידה הוא של המבנה המעוקב הפשוט (תמונה עליונה (1)). בכך מרכז הכדורים את פינות הקוביה, ארבע בבסיסה וארבע בתקרה.

בסידור זה הכדורים תופסים רק 52% מהנפח הכולל של הקוביה, ומכיוון שהטבע שונא ואקום, לא הרבה תרכובות או אלמנטים מאמצים מבנה זה.

עם זאת, אם הכדוריות מסודרות באותה קוביה בצורה כזו שתופס את המרכז (מעוקב שבמרכזו גוף, bcc), תהיה אריזה קומפקטית ויעילה יותר (2). כעת התחומים תופסים 68% מהנפח הכולל.

לעומת זאת, ב (3) שום כדור לא תופס את מרכז הקוביה, אך מרכז פניה כן, וכולם תופסים עד 74% מהנפח הכולל (מעוקב פנים מעוקב, סמ"ק).

לפיכך, ניתן להבין כי ניתן להשיג סידורים אחרים לאותה קוביה, על ידי שינוי האופן בו ארוזות הכדורים (יונים, מולקולות, אטומים וכו ').

סוגים

ניתן לסווג מבני קריסטל לפי מערכות הגביש שלהם או הטבע הכימי של חלקיקיהם.

לדוגמא, המערכת הקובית היא הנפוצה מכולן, ומוצקים גבישיים רבים נשלטים על ידה; עם זאת, אותה מערכת חלה על גבישים יוניים ומתכתיים כאחד.

על פי המערכת הגבישית שלה

בתמונה הקודמת מיוצגות שבע מערכות הקריסטל העיקריות. ניתן לציין כי ישנם למעשה ארבעה עשר כאלה, שהם תוצר של צורות אריזה אחרות עבור אותן מערכות ומרכיבות את רשתות Bravais.

מ (1) עד (3) הם גבישים עם מערכות גביש מעוקב. ב (2) נצפה (על ידי הפסים הכחולים) כי הכדור במרכז וזו של הפינות אינטראקציה עם שמונה שכנים, כך שלתחומים יש מספר קואורדינציה של 8. וב- (3) מספר התיאום הוא 12 (כדי לראות אותה אתה צריך לשכפל את הקוביה לכל כיוון).

המרכיבים (4) ו- (5) תואמים מערכות פשוטות ומרוכזות פנים. בניגוד למעוקב, ציר ה- c שלו ארוך יותר מצירי ה- a ו- b.

מ (6) עד (9) נמצאות המערכות האורתורומביות: מהפשוטות וממוקדות בבסיסים (7), לאלו שבמרכזן הגוף ועל הפנים. ב- α, β ו- γ אלה 90º, אך כל הצדדים באורכים שונים.

הדמויות (10) ו- (11) הם הגבישים המונוקליניים ו (12) הוא זה הטריקליני, האחרון המציג אי-שוויון בכל זוויותיו וציריו.

האלמנט (13) הוא המערכת הרומבודית, המקבילה לקוביה אך עם זווית γ השונה מ- 90 מעלות. סוף סוף יש את הגבישים המשושים

העקירות של היסודות (14) מקורן בפריזמה המשושה, שנמצאת על ידי הקווים המנוקדים הירוקים.

לפי אופיו הכימי

- אם הגבישים מורכבים מיונים, אז הם גבישים יוניים המצויים במלחים (NaCl, CaSO ₄ , CuCl ₂ , KBr וכו ')

- מולקולות כמו צורת גלוקוז (בכל פעם שהם יכולים) גבישים מולקולריים; במקרה זה, גבישי הסוכר המפורסמים.

- אטומים שקשריהם קשורים בעיקרם לגבישים קוולנטים. כאלה הם המקרים של יהלום או סיליקון קרביד.

- באופן דומה מתכות כמו זהב יוצרות מבנים מעוקבים קומפקטיים, המהווים גבישים מתכתיים.

דוגמאות

ק

NaCl (מערכת מעוקבת)

ZnS (אורציט, מערכת משושה)

CuO (מערכת מונוקלינית)

הפניות

1. קווימיטוב. (2015). מדוע "קריסטלים" אינם גבישים. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: quimitube.com
2. ספרי עיתונות. 10.6 מבני סריג במוצקים גבישיים. הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: opentextbc.ca
3. מרכז משאבים אקדמי גביש מבנים. . הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: web.iit.edu
4. מינג. (2015, 30 ביוני). סוגים מבני קריסטל. הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: crystalvisions-film.com
5. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (31 בינואר 2018). סוגי קריסטלים. הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: thoughtco.com
6. KHI. (2007). מבנים קריסטליים. הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: folk.ntnu.no
7. פאוול מליצ'אק. (25 באפריל 2016). גבישי אמרלד מחוספסים מעמק Panjshir באפגניסטן. . הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 באפריל, 2008). סריגי בראווה. . הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: commons.wikimedia.org
9. משתמש: Sbyrnes321. (21 בנובמבר 2011). גבישי או אמורפי. . הוחזר ב -26 במאי 2018, מ: commons.wikimedia.org