的结晶结构是固体指出的原子,离子或分子可以在自然界,其特点是具有高的空间排序采用之一。换句话说,这是“物体结构”的证据,该结构定义了许多具有玻璃光泽外观的物体。
是什么推动力或作用力是这种对称性的原因?粒子并不孤单,而是彼此相互作用。这些相互作用会消耗能量并影响固体的稳定性,因此颗粒会设法使其自身适应以最大程度地减少这种能量损失。
因此,它们的内在本质使它们处于最稳定的空间排列中。例如,这可以是具有相等电荷的离子之间的排斥力最小的一种,也可以是某些原子(例如金属原子)在其包装中占据最大可能体积的分子。
“晶体”一词的化学含义可能会误用于其他物体。化学上,它是指一种有序结构(微观上),例如可以由DNA分子(DNA晶体)组成。
但是,通常滥用指代任何玻璃状物体或表面,例如镜子或瓶子。与真正的晶体不同,玻璃由硅酸盐和许多其他添加剂的无定形(无序)结构组成。
结构体
在上图中,显示了一些翡翠宝石。就像这些一样,许多其他矿物,盐,金属,合金和钻石也具有晶体结构。但是,其顺序与对称有什么关系?
如果对晶体(可以用肉眼观察到的粒子)进行对称操作(将其反转,以不同角度旋转,在平面中反射等),则将发现它在所有空间尺寸中均保持完整。
对于无定形固体,情况恰好相反,通过对其进行对称操作可以得到不同的阶数。此外,它缺乏结构重复模式,这显示了其颗粒分布的随机性。
组成结构图案的最小单位是多少?在上图中,结晶固体在空间上是对称的,而非晶固体则不是。
如果绘制正方形以包围橙色球体并对其进行对称操作,则会发现它们会生成晶体的其他部分。
用越来越小的正方形重复上述步骤,直到找到不对称的正方形为止。根据定义,大小前面的单位是晶胞。
晶胞
晶胞是允许晶体固体完全复制的最小结构表达。由此可以组装玻璃,使其在空间的所有方向上移动。
它可以看作是一个小抽屉(大桶,水桶,容器等),其中以球形表示的颗粒按照填充方式放置。此盒子的尺寸和几何形状取决于其轴线的长度(a,b和c)以及它们之间的角度(α,β和γ)。
所有晶胞中最简单的是简单立方结构的晶胞(上图(1))。在这种情况下,球体的中心占据了立方体的角,四个在其底部,四个在顶部。
在这种布置中,球体仅占立方体总体积的52%,并且由于自然界讨厌真空,因此没有多少化合物或元素采用这种结构。
但是,如果球体以这样的方式排列在同一个立方体中,即一个球占据了中心(立方体在身体中居中,密件抄送),那么包装将更加紧凑和有效(2)。现在,球体占总体积的68%。
另一方面,在(3)中,没有球占据立方体的中心,但是占据其面的中心,并且它们都占据了总体积的74%(面心立方,cc)。
因此,可以理解,通过改变球体(离子,分子,原子等)的堆积方式,可以为同一立方体获得其他布置。
种类
可以根据晶体结构或颗粒的化学性质对晶体结构进行分类。
例如,立方晶系是所有晶系中最常见的,许多晶状固体都受它控制。但是,该系统适用于离子晶体和金属晶体。
根据其晶体系统
在上一个图像中,显示了七个主要的晶体系统。可以注意到,实际上有14种是相同系统的其他包装形式的产品,它们构成了Bravais网络。
从(1)到(3)是具有立方晶体系统的晶体。在(2)中,观察到(通过蓝色条纹)中心的球体和角部的球体与八个邻居相互作用,因此这些球体的协调数为8。在(3)中,协调数为12(要看到它,您需要在任何方向上复制多维数据集)。
元素(4)和(5)对应于简单且以面心为中心的四边形系统。与三次方不同,其c轴长于a和b轴。
从(6)到(9)是正交的系统:从简单的中心在基部(7)到中心在身体和面部的基体。在这些α,β和γ为90º中,但所有边的长度都不同。
图(10)和(11)是单斜晶体,而(12)是斜晶晶体,最后一个在所有角度和轴上均显示不等式。
元素(13)是菱面体系统,类似于三次方系统,但角度γ与90º不同。最后是六角形晶体
元件(14)的位移产生由绿色虚线描绘的六边形棱柱。
根据其化学性质
-如果晶体由离子组成,则它们是盐(NaCl,CaSO 4,CuCl 2,KBr等)中存在的离子晶体
-像葡萄糖一样的分子(只要可能)形成分子晶体;在这种情况下,著名的糖晶体。
-其键基本为共价键的原子形成共价晶体。金刚石或碳化硅就是这种情况。
-类似地,诸如金的金属形成致密的立方结构,其构成金属晶体。
例子
ķ
氯化钠(立方系统)
ZnS(纤锌矿,六方晶系)
CuO(单斜晶系)
参考文献
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