خلية الوحدة: الخصائص وثوابت الشبكة وأنواعها - كيمياء - 2026

و حدة الخلية هي مساحة وهمية أو المنطقة التي تمثل الحد الأدنى من التعبير عن الكل. أنه في حالة الكيمياء ، سيكون الكل عبارة عن بلورة مكونة من ذرات أو أيونات أو جزيئات مرتبة وفقًا لنمط هيكلي.

يمكن العثور على الأمثلة التي تجسد هذا المفهوم في الحياة اليومية. لهذا ، من الضروري الانتباه إلى الأشياء أو الأسطح التي تظهر ترتيبًا متكررًا معينًا لعناصرها. يمكن أن تشمل بعض الفسيفساء ، والنقوش البارزة ، والسقوف ذات التجاويف ، والألواح والخلفيات ، بعبارات عامة ما تفهمه خلية الوحدة.

وحدة ورقية من خلايا القطط والماعز. المصدر: Hanna Petruschat (WMDE).

لتوضيح ذلك بشكل أكثر وضوحًا ، لدينا الصورة أعلاه التي يمكن استخدامها كخلفية. تظهر فيه القطط والماعز بحاستين بديلتين ؛ القطط منتصبة أو مقلوبة والماعز مستلقية لأعلى أو لأسفل.

تؤسس هذه القطط والماعز تسلسل هيكلي متكرر. لبناء الورقة بأكملها ، سيكون كافيًا إعادة إنتاج خلية الوحدة عبر السطح بعدد كافٍ من المرات ، باستخدام الحركات متعدية.

يتم تمثيل خلايا الوحدة المحتملة بالمربعات الزرقاء والخضراء والحمراء. يمكن استخدام أي من هؤلاء الثلاثة للحصول على الدور ؛ ولكن من الضروري تحريكها بشكل تخيلي على طول السطح لمعرفة ما إذا كانت تعيد إنتاج نفس التسلسل الذي لوحظ في الصورة.

بدءًا من المربع الأحمر ، سيكون موضع تقدير أنه إذا تم نقل ثلاثة أعمدة (من القطط والماعز) إلى اليسار ، فلن يظهر اثنان من الماعز في الأسفل ولكن واحد فقط. لذلك ، سيؤدي إلى تسلسل آخر ولا يمكن اعتباره خلية وحدة.

في حين أنهم إذا نقلوا الصندوقين بشكل خيالي ، الأزرق والأخضر ، فسيتم الحصول على نفس تسلسل الورق. كلاهما خلايا وحدة ؛ ومع ذلك ، فإن الصندوق الأزرق يخضع للتعريف أكثر ، لأنه أصغر من المربع الأخضر.

خصائص خلية الوحدة

يوضح تعريفه الخاص ، بالإضافة إلى المثال الموضح للتو ، العديد من خصائصه:

- إذا تحركوا في الفضاء ، بغض النظر عن الاتجاه ، فسيتم الحصول على البلورة الصلبة أو الكاملة. هذا لأنه ، كما ذكر مع القطط والماعز ، يعيدون إنتاج التسلسل الهيكلي ؛ وهو ما يساوي التوزيع المكاني لوحدات التكرار.

-يجب أن تكون صغيرة قدر الإمكان (أو تشغل حجمًا صغيرًا) مقارنة بخيارات الخلايا الأخرى الممكنة.

-عادة ما تكون متناظرة. أيضًا ، ينعكس تناسقه حرفياً في بلورات المركب ؛ إذا كانت خلية وحدة الملح مكعبًا ، فإن بلوراتها ستكون مكعبًا. ومع ذلك ، هناك هياكل بلورية توصف بأنها خلايا وحدة ذات أشكال هندسية مشوهة.

- تحتوي على وحدات متكررة يمكن استبدالها بنقاط تشكل بدورها ما يعرف بالشبكة ثلاثية الأبعاد. في المثال السابق ، تمثل القطط والماعز النقاط الشبكية التي تُرى من مستوى أعلى ؛ هذا هو ، بعدين.

عدد الوحدات المكررة

تحافظ الوحدات المتكررة أو النقاط الشبكية لخلايا الوحدة على نفس نسبة الجسيمات الصلبة.

إذا قمت بحساب عدد القطط والماعز داخل المربع الأزرق ، سيكون لديك قطتان وماعز. يحدث الشيء نفسه مع المربع الأخضر ، وكذلك مع المربع الأحمر (حتى لو كان معروفًا بالفعل أنه ليس خلية وحدة).

لنفترض على سبيل المثال أن القطط والماعز عبارة عن ذرات G و C على التوالي (لحام حيوان غريب). نظرًا لأن نسبة G إلى C هي 2: 2 أو 1: 1 في المربع الأزرق ، فمن المتوقع بأمان أن يكون للمادة الصلبة الصيغة GC (أو CG).

عندما تحتوي المادة الصلبة على هياكل مضغوطة إلى حد ما ، كما يحدث مع الأملاح والمعادن والأكاسيد والكبريتيدات والسبائك ، لا توجد وحدات متكررة كاملة في خلايا الوحدة ؛ أي أن هناك أجزاء أو أجزاء منها تصل إلى وحدة أو وحدتين.

هذا ليس هو الحال بالنسبة GC. إذا كان الأمر كذلك ، فإن الصندوق الأزرق سوف "يقسم" القطط والماعز إلى قسمين (1 / 2G و 1 / 2C) أو أربعة (1 / 4G و 1 / 4C). في الأقسام المستقبلية ، سيتبين أنه في خلايا الوحدة هذه ، يتم تقسيم النقاط الشبكية بشكل ملائم بهذه الطريقة وغيرها.

ما هي ثوابت الشبكة التي تحدد خلية الوحدة؟

خلايا الوحدة في مثال GC ثنائية الأبعاد ؛ ومع ذلك ، هذا لا ينطبق على النماذج الحقيقية التي تأخذ في الاعتبار جميع الأبعاد الثلاثة. وهكذا ، يتم تحويل المربعات أو متوازي الأضلاع إلى خطوط متوازية. الآن ، مصطلح "خلية" أكثر منطقية.

تعتمد أبعاد هذه الخلايا أو الخطوط المتوازية على طول جوانبها وزواياها.

في الصورة السفلية لدينا الزاوية الخلفية السفلية للخط المتوازي ، وتتكون من الجوانب أ ، ب ، ج ، والزوايا α ، و γ.

معلمات خلية وحدة. المصدر: غابرييل بوليفار.

كما يتضح ، a أطول قليلاً من b و c. يوجد في المركز دائرة منقطة للإشارة إلى الزوايا α و β و γ بين ac و cb و ba على التوالي. لكل خلية وحدة ، تحتوي هذه المعلمات على قيم ثابتة ، وتحدد تناظرها وتماثلها مع باقي البلورة.

بتطبيق بعض الخيال مرة أخرى ، ستحدد معلمات الصورة خلية تشبه المكعب ممتدة على حافتها أ. وبالتالي ، تنشأ خلايا الوحدة بأطوال وزوايا مختلفة من حوافها ، والتي يمكن أيضًا تصنيفها إلى أنواع مختلفة.

أنواع

14 شبكات Bravais والأنظمة البلورية السبعة الأساسية. المصدر: القائم بالتحميل كان Angrense في ويكيبيديا البرتغالية.

لاحظ أن تبدأ في الصورة العليا بالخطوط المنقطة داخل خلايا الوحدة: فهي تشير إلى الزاوية الخلفية السفلية ، كما هو موضح للتو. يمكن طرح السؤال التالي ، أين النقاط الشبكية أو وحدات التكرار؟ على الرغم من أنها تعطي انطباعًا خاطئًا بأن الخلايا فارغة ، إلا أن الإجابة تكمن في رؤوسها.

يتم إنشاء هذه الخلايا أو اختيارها بطريقة تجعل الوحدات المتكررة (النقاط الرمادية للصورة) موجودة في قممها. اعتمادًا على قيم المعلمات المحددة في القسم السابق ، ثابت لكل خلية وحدة ، يتم اشتقاق سبعة أنظمة بلورية.

كل نظام بلوري له خلية وحدة خاصة به ؛ الثاني يحدد الأول. يوجد في الصورة العلوية سبعة مربعات تتوافق مع الأنظمة البلورية السبعة ؛ أو بطريقة أكثر تلخيصًا ، الشبكات البلورية. وهكذا ، على سبيل المثال ، تتوافق خلية الوحدة المكعبة مع أحد الأنظمة البلورية التي تحدد الشبكة البلورية المكعبة.

وفقًا للصورة ، فإن الأنظمة أو الشبكات البلورية هي:

-مكعب

-رباعي الزوايا

-ورثورهومبيك

-سداسي الشكل

- العيادة

-ثلاثي الميل

-ثلاثي الزوايا

وضمن هذه الأنظمة البلورية تنشأ أنظمة أخرى تشكل شبكات Bravais الأربعة عشر. أنه من بين جميع الشبكات البلورية ، هم الأكثر أساسية.

مكعب

في المكعب جميع جوانبه وزواياه متساوية. لذلك ، في خلية الوحدة هذه ، يكون ما يلي صحيحًا:

α = β = γ = 90º

هناك ثلاث خلايا مكعبة: بسيطة أو بدائية ، تتمحور حول الجسم (bcc) ، وتركز على الوجه (fcc). تكمن الاختلافات في كيفية توزيع النقاط (الذرات أو الأيونات أو الجزيئات) وفي عددها.

أي من هذه الخلايا هو الأكثر إحكاما؟ الشخص الذي يكون حجمه مشغولاً بالنقاط: المكعب المتمركز على الوجوه. لاحظ أنه إذا استبدلنا النقاط بالقطط والماعز من البداية ، فلن يتم حصرها في خلية واحدة ؛ سوف ينتمون وسوف يتقاسمها العديد. مرة أخرى ، ستكون أجزاء من G أو C.

عدد الوحدات

إذا كانت القطط أو الماعز في القمم ، فسيتم تقاسمها بواسطة 8 خلايا ؛ أي أن كل خلية تحتوي على 1/8 من G أو C. قم بربط أو تخيل 8 مكعبات ، في عمودين من صفين لكل منهما ، لتصور ذلك.

إذا كانت القطط أو الماعز على الوجوه ، فسيتم مشاركتها من خلال خليتين فقط. لرؤيتها ، فقط ضع مكعبين معًا.

من ناحية أخرى ، إذا كان القط أو الماعز في وسط المكعب ، فإنهما ينتميان إلى خلية واحدة فقط ؛ يحدث الشيء نفسه مع المربعات الموجودة في الصورة الرئيسية ، عند تناول المفهوم.

وبعد أن قال ما سبق، داخل الخلية وحدة مكعب بسيطة هناك و حدة أو نقطة شبكي، لأنه يحتوي على 8 القمم (1/8 × 8 = 1). للخلية المكعبة المتمركزة في الجسم: 8 رؤوس ، أي ما يعادل ذرة واحدة ، ونقطة أو وحدة في المركز ؛ وبالتالي، هناك اثنين من وحدات.

وللخلية المكعبة المتمركزة على الوجه: 8 رؤوس (1) وستة وجوه ، حيث يتم مشاركة نصف كل نقطة أو وحدة (1/2 × 6 = 3) ؛ لذلك ، لديها أربع وحدات.

رباعي الزوايا

يمكن إبداء تعليقات مماثلة بشأن خلية الوحدة لنظام رباعي الزوايا. المعلمات الهيكلية هي كما يلي:

α = β = γ = 90º

تقويم العظام

معلمات خلية تقويم العظام هي:

α = β = γ = 90º

أحادي الميل

معلمات الخلية أحادية الميل هي:

α = γ = 90 درجة ؛ β ≠ 90º

ثلاثي الميل

معلمات الخلية الثلاثية هي:

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º

سداسي الشكل

معلمات الخلية السداسية هي:

α = β = 90 درجة ؛ γ ≠ 120º

تشكل الخلية في الواقع ثلث المنشور السداسي.

ثلاثي الزوايا

وأخيرًا ، معلمات الخلية المثلثية هي:

α = β = γ ≠ 90º

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE Learning ص 474-477.
2. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
3. ويكيبيديا. (2019). خلية بدائية. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. بريان ستيفاني. (2019). خلية الوحدة: معلمات شعرية وهياكل مكعبة. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
5. مركز الموارد الأكاديمية. (سادس). الهياكل البلورية.. معهد إلينوي للتكنولوجيا. تم الاسترجاع من: web.iit.edu
6. بلفورد روبرت. (7 فبراير 2019). المشابك البلورية وخلايا الوحدة. نصوص الكيمياء. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org