الهيكل البلوري: الهيكل والأنواع والأمثلة - كيمياء - 2026

في بنية البلورية هي واحدة من الدول القوية التي الذرات أو الأيونات أو الجزيئات يمكن أن تعتمد في طبيعتها، والتي تتميز جود ترتيب مكانية عالية. بعبارة أخرى ، هذا دليل على "العمارة الجسدية" التي تحدد العديد من الأجسام بمظهر زجاجي ولامع.

ما الذي يعزز أو ما هي القوة المسؤولة عن هذا التناظر؟ الجسيمات ليست وحدها ، لكنها تتفاعل مع بعضها البعض. تستهلك هذه التفاعلات الطاقة وتؤثر على استقرار المواد الصلبة ، بحيث تسعى الجسيمات إلى التكيف مع نفسها لتقليل فقد الطاقة هذا.

لذا فإن طبيعتهم الجوهرية تقودهم إلى وضع أنفسهم في الترتيب المكاني الأكثر استقرارًا. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون هذا هو المكان الذي يكون فيه التنافر بين الأيونات ذات الشحنات المتساوية ضئيلًا ، أو حيث تحتل بعض الذرات - مثل الذرات المعدنية - أيضًا أكبر حجم ممكن في عبواتها.

كلمة "بلورة" لها معنى كيميائي يمكن أن يحرف عن أجسام أخرى. كيميائيًا ، يشير إلى بنية مرتبة (مجهريًا) يمكن أن تتكون ، على سبيل المثال ، من جزيئات DNA (بلورة DNA).

ومع ذلك ، يُساء استخدامها بشكل شائع للإشارة إلى أي جسم أو سطح زجاجي ، مثل المرايا أو الزجاجات. على عكس البلورات الحقيقية ، يتكون الزجاج من هيكل غير متبلور (غير منظم) من السيليكات والعديد من الإضافات الأخرى.

بناء

في الصورة أعلاه ، تم توضيح بعض أحجار الزمرد. تمامًا مثل هذه ، تظهر العديد من المعادن والأملاح والمعادن والسبائك والماس الأخرى بنية بلورية ؛ ولكن ، ما علاقة ترتيبها بالتناظر؟

إذا كانت البلورة ، التي يمكن ملاحظة جزيئاتها بالعين المجردة ، تطبق عمليات تناظر (اقلبها ، وأدرها بزوايا مختلفة ، وعكسها في مستوى ، وما إلى ذلك) ، فسيتبين أنها تظل سليمة في جميع أبعاد الفضاء.

يحدث العكس بالنسبة للمادة الصلبة غير المتبلورة ، والتي يتم الحصول منها على أوامر مختلفة عن طريق إخضاعها لعملية تناظر. علاوة على ذلك ، يفتقر إلى أنماط التكرار البنيوية ، مما يدل على العشوائية في توزيع جزيئاته.

ما هي أصغر وحدة مكونة للنمط الهيكلي؟ في الصورة العلوية ، المادة الصلبة المتبلورة متماثلة في الفضاء ، بينما المادة غير المتبلورة ليست كذلك.

إذا تم رسم المربعات لإحاطة الكرات البرتقالية وتم تطبيق عمليات التناظر عليها ، فسنجد أنها تولد أجزاء أخرى من البلورة.

يتكرر ما سبق مع مربعات أصغر وأصغر ، حتى يتم إيجاد المربع غير المتماثل ؛ الخلية التي تسبقها في الحجم هي ، بالتعريف ، خلية الوحدة.

وحدة الخلية

خلية الوحدة هي التعبير الهيكلي الأدنى الذي يسمح بالتكاثر الكامل للمادة الصلبة البلورية. من هذا يمكن تجميع الزجاج ، وتحريكه في جميع الاتجاهات في الفضاء.

يمكن اعتباره درجًا صغيرًا (صندوق ، دلو ، حاوية ، إلخ) حيث يتم وضع الجسيمات ، ممثلة بالكرات ، باتباع نمط التعبئة. تعتمد الأبعاد والأشكال الهندسية لهذا الصندوق على أطوال محاوره (أ ، ب ، ج) ، وكذلك الزوايا بينها (α ، و γ).

أبسط جميع خلايا الوحدة هو الهيكل المكعب البسيط (الصورة العلوية (1)). في هذا ، يحتل مركز الكرات زوايا المكعب ، أربعة في قاعدته وأربعة في السقف.

في هذا الترتيب ، تشغل الكرات 52٪ فقط من الحجم الكلي للمكعب ، وبما أن الطبيعة تكره الفراغ ، فلا توجد العديد من المركبات أو العناصر التي تتبنى هذا الهيكل.

ومع ذلك ، إذا تم ترتيب الكرات في نفس المكعب بطريقة تشغل المركز (مكعب متمركز في الجسم ، bcc) ، فسيكون هناك تغليف أكثر إحكاما وفعالية (2). الآن الكرات تحتل 68٪ من الحجم الإجمالي.

من ناحية أخرى ، في (3) لا يوجد كرة تحتل مركز المكعب ، لكن مركز وجوهها يحتل ، وكلها تشغل ما يصل إلى 74٪ من الحجم الكلي (مكعب محوره الوجه ، سم مكعب).

وبالتالي ، يمكن إدراك أنه يمكن الحصول على ترتيبات أخرى لنفس المكعب ، وتغيير الطريقة التي يتم بها تعبئة الكرات (أيونات ، وجزيئات ، وذرات ، وما إلى ذلك).

أنواع

يمكن تصنيف الهياكل البلورية وفقًا لأنظمتها البلورية أو الطبيعة الكيميائية لجزيئاتها.

على سبيل المثال ، النظام التكعيبي هو الأكثر شيوعًا على الإطلاق ، والعديد من المواد الصلبة البلورية تحكمه ؛ ومع ذلك ، فإن هذا النظام نفسه ينطبق على كل من البلورات الأيونية والمعدنية.

حسب نظامها البلوري

في الصورة السابقة ، يتم تمثيل الأنظمة البلورية السبعة الرئيسية. يمكن ملاحظة أن هناك بالفعل أربعة عشر من هذه المنتجات ، وهي نتاج أشكال أخرى من التغليف لنفس الأنظمة وتشكل شبكات Bravais.

من (1) إلى (3) بلورات ذات أنظمة بلورية مكعبة. في (2) لوحظ (من خلال الخطوط الزرقاء) أن الكرة في المركز والكرة في الزوايا تتفاعل مع ثمانية جيران ، وبالتالي فإن الكرات لها رقم تنسيق 8. وفي (3) يكون رقم التنسيق هو 12 (لرؤيتها تحتاج إلى تكرار المكعب في أي اتجاه).

تتوافق العناصر (4) و (5) مع أنظمة رباعية الزوايا بسيطة ومرتكزة على الوجه. على عكس المكعب ، فإن المحور c أطول من المحورين a و b.

من (6) إلى (9) توجد أنظمة تقويم العظام: من البسيطة والمتمركزة على القواعد (7) ، إلى تلك المتمركزة على الجسم وعلى الوجوه. في هذه α و و تساوي 90 درجة ، لكن جميع الجوانب بأطوال مختلفة.

الشكلان (10) و (11) عبارة عن بلورات أحادية الميل و (12) تمثل الشكل ثلاثي الميل ، وآخرها يظهر عدم المساواة في جميع زواياها ومحاورها.

العنصر (13) هو النظام المعيني الشكل ، وهو مشابه للنظام المكعب ولكن بزاوية γ تختلف عن 90 درجة. أخيرًا هناك بلورات سداسية

ينتج عن إزاحة العناصر (14) المنشور السداسي الذي تتبعه الخطوط المنقطة الخضراء.

حسب طبيعته الكيميائية

- إذا كانت البلورات مكونة من أيونات ، فهي بلورات أيونية موجودة في الأملاح (NaCl ، CaSO ₄ ، CuCl ₂ ، KBr ، إلخ.)

- جزيئات مثل الجلوكوز (كلما أمكن ذلك) على شكل بلورات جزيئية ؛ في هذه الحالة ، بلورات السكر الشهيرة.

- الذرات التي تكون روابطها أساسًا تساهمية تشكل بلورات تساهمية. هذه هي حالات الماس أو كربيد السيليكون.

- وبالمثل ، تشكل المعادن مثل الذهب هياكل مكعبة مدمجة تشكل بلورات معدنية.

أمثلة

ك

كلوريد الصوديوم (نظام مكعب)

ZnS (Wurtzite ، نظام سداسي)

CuO (نظام أحادي الميل)

المراجع

1. Quimitube. (2015). لماذا "البلورات" ليست بلورات. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 ، من: quimitube.com
2. الكتب الصحفية. 10.6 الهياكل الشبكية في المواد الصلبة البلورية. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 من: opentextbc.ca
3. مركز الموارد الأكاديمية للإنشاءات الكريستالية.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: web.iit.edu
4. مينغ. (2015 ، 30 يونيو). أنواع الهياكل البلورية. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 ، من: crystalvisions-film.com
5. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (31 يناير 2018). أنواع البلورات. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 ، من: thinkco.com
6. KHI. (2007). الهياكل البلورية. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 من: folk.ntnu.no
7. Paweł Maliszczak. (25 أبريل 2016). بلورات الزمرد الخام من وادي بنجشير بأفغانستان.. تم الاسترجاع في 24 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
8. Napy1kenobi. (26 أبريل 2008). المشابك Bravais.. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
9. المستخدم: Sbyrnes321. (21 نوفمبر 2011). بلوري أو غير متبلور.. تم الاسترجاع في 26 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org