Кубичен кристален систем

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето

Во кристалографијата, кубниот (или изометриски) кристален систем е кристален систем каде што единицата ќелија е во форма на коцка. Ова е една од најчестите и наједноставни форми пронајдени во кристали и минерали.

Постојат три главни видови на овие кристали:

Примитивна кубика (скратена cP и алтернативно наречена едноставна кубна)

Кубично центрирано куќиште (скратено cI или bcc)

Лицецентрично кубично (скратено cF или fcc, и алтернативно наречено кубично затворено или ccp)

Секој е поделен на други варијанти наведени подолу. Имајте на ум дека иако единечната ќелија во овие кристали е конвенционално прифатена како коцка, примитивната единечна ќелија често не е.

Bravais решетки[уреди | уреди извор]

Трите Bravais решетки во кубниот кристален систем се:

Примитивниот кубичен систем (cP) се состои од една решетка на секој агол на коцката. Секој атом на точка на решетка потоа подеднакво се дели меѓу осум соседни коцки, а единицата ќе содржи вкупно еден атом (1/8 × 8).

Кубичниот систем центриран во телото (cI) има една решетка точка во центарот на единицата, покрај осумте агли точки. Таа има нето вкупно 2 решетки по единица клетка (1/8 × 8 + 1).

Лицецентричниот кубичен систем (cF) има точки на решетките на лицата на коцката, кои секој дава точно половина придонес, покрај точките од аголната решетка, давајќи вкупно 4 точки на решетка по единечна ќелија (1/8 × 8 од аглите плус 1/2 × 6 од лицата). Секоја сфера во cF решетка има координатен број 12. Координативниот број е бројот на најблиските соседи на централниот атом во структурата.

Кубниот систем во центарот на центарот е тесно поврзан со хексагоналниот затворени (hcp) систем, каде што два системи се разликуваат само во релативните пласмани на нивните хексагонални слоеви. Плочата [111] на кубичен систем центрирано во центарот е хексагонална решетка.

Обидот да се создаде кубен кристален систем центриран во C (т.е. ставање дополнителна решетка во центарот на секое хоризонтално лице) ќе резултира со едноставна тетрагонална решетка на Bravais.

Простор во единицата ќелија[уреди | уреди извор]

Едноставна кубна единица ќелија има една кубна празнина во центарот.

Единица која се наоѓа на телото има шест октаедрични празнини кои се наоѓаат во центарот на секое лице на единицата, а дванаесет други се поставени на средината на секој раб од истата ќелија, за вкупно шест нето октаедрични празнини. Дополнително, постојат 24 тетрахерални празнини кои се наоѓаат во квадратен простор околу секоја октаедарна празнина, за вкупно дванаесет тетрахерални празнини. Овие тетрахерални празнини не се локални максимуми и не се технички празнини, но повремено се појавуваат во повеќејатурни единици.

Клената клеточна единица во центарот на лицето има осум тетрахерални празнини што се наоѓаат на половина пат помеѓу секој агол и центарот на единицата, за вкупно осум тетрахерални празнини. Дополнително, постојат дванаесет октаедрични празнини лоцирани на средните точки на рабовите на единицата ќелија, како и една октаедрична дупка во самиот центар на ќелијата, за вкупно четири нето октаедрични празнини.

Една важна карактеристика на кристалната структура е нејзиниот атомски фактор за пакување. Ова се пресметува со претпоставка дека сите атоми се идентични сфери, со радиус доволно голем што секоја сфера се приближува кон следниот. Факторот на атомски пакување е процентот на просторот пополнет од овие сфери.

Претпоставувајќи еден атом по точка на решетка, во примитивна кубична решетка со должина на коцка а, сферичниот радиус би бил а2 и факторот на пакување на атомот ќе биде околу 0,524 (што е сосема ниско). Слично на тоа, во BCC решетка, факторот за пакување на атоми е 0,680, а во fcc е 0,740. Вредноста на fcc е највисока теоретски можна вредност за било која решетка, иако постојат и други решетки кои исто така ја постигнуваат истата вредност, како што е хексагонално затворено (hcp) и една верзија на тетраедарна bcc.

Како по правило, со оглед на тоа што атомите во цврстата се привлекуваат едни со други, поцврсто спакуваните аранжмани на атомите имаат тенденција да бидат почести. Меѓутоа, прилично осакатените аранжмани се случуваат, на пример, ако орбиталната хибридизација бара одредени агли на поврзување. Според тоа, примитивната кубна структура, со особено низок атомски фактор на пакување, е ретка по природа, но се наоѓа во полониум. ЦЦЦ и ФЦЦ, со нивните повисоки густини, се доста чести во природата. Примери за Bcc вклучуваат железо, хром, волфрам и ниобиум. Примери за fcc вклучуваат алуминиум, бакар, злато и сребро.

Мулти-елементи[уреди | уреди извор]

Соединенијата што се состојат од повеќе од еден елемент (на пример, бинарни соединенија) често имаат кристални структури врз основа на кубен кристален систем. Некои од почестите се наведени овде.

Структура на цезиум хлорид[уреди | уреди извор]

Простолната група на структурата на цезиум хлорид (CsCl) се нарекува Pm3m (во нотација на Херман-Маугин), или "221" (во Меѓународните табели за кристалографија). Ознаката Strukturbericht е "Б2".

Една структура е структурата на "проникнувачка примитивна кубика", исто така наречена структура на цезиум хлорид. Секој од двата типа атоми формира посебна примитивна кубична решетка, со атом од еден тип во центарот на секоја коцка од друг тип. Целосно, аранжманот на атомите е ист како кубен центар, но со наизменични типови на атоми на различни мрежи на решетки (видете ја сликата тука). Алтернативно, може да се гледа оваа решетка како едноставна кубна структура со секундарен атом во својата кубна празнина.

Покрај самиот цезиум хлорид, структурата се појавува и кај некои други алкални халиди кога се подготвува при ниски температури или високи притисоци. Општо земено, оваа структура е поверојатно да се формира од два елементи чии јони се со приближно иста големина (на пример, јонски радиус на Cs + = 167 и Cl- = 181 часот).

Координативниот број на секој атом во структурата е 8: централниот катјон е координиран на 8 анјони на аглите на коцка, како што е прикажано, и слично, централниот анјон е координиран до 8 катјони на аглите на коцка.

Други соединенија кои покажуваат структура на цезиум хлорид се CsBr, CsI, RbCl, AlCo, AgZn, BeCu, MgCe, RuAl и SrTl.

Рок-сол структура[уреди | уреди извор]

Просторна група на структурата на камен-сол (NaCl) се нарекува Fm3m (во Hermann-Mauguin нотација), или "225" (во Меѓународните табели за кристалографија). Ознаката Strukturbericht е "Б1".

Во камена сол или натриум хлорид (халитна) структура, секој од двата типа на атоми формира посебна кубична решетка со центри во центарот, при што двете решетки се испреплетуваат за да формираат шаблон за 3D шаблони. Наизменично, оваа структура може да се гледа како кубична структура со средно лице со секундарни атоми во неговите октаедрични дупки.

Примери на соединенија со оваа структура се самиот натриум хлорид, заедно со скоро сите други алкални халиди и "многу бивалентни метални оксиди, сулфиди, селениди и телуриди". Поопшто, оваа структура е поверојатно да се формира ако катјонoт е малку помал од анјонoт(однос на катјон / анјон радиус од 0,414 до 0,732).

Координативниот број на секој атом во оваа структура е 6: секој катјон е координиран на 6 анјони во вертикалите на октаедар, и на сличен начин, секој анјон е координиран на 6 катјони во вертикалите на октаедар.

Меѓуатомското растојание (растојание помеѓу катјон и анјон, или половина од должината на единицата на клетката a) во некои кристали на камена сол се: 2,3 Å (2,3 × 10-10 m) за NaF, 2,8 Å за NaCl и 3,2 Å SnTe.

Други соединенија кои покажуваат камена сол како структура се LiF, LiCl, LiBr, LiI, NaF, NaBr, NaI, KF, KCl, KBr, KI, RbF, RbCl, RbBr, RbI, CsF, MgO, PbS, AgF, AgCl, AgBr и ScN.

Структура на цинкбленте[уреди | уреди извор]

Просторна група на структурата на Цинкбленде се нарекува F43m (во нотација на Херман-Маугин), или 216. Структуралната ознака е "Б3".

Структурата на Zincblende (исто така напишана "цинк мешавина") е именувана по минерал цинкбленде (сфалерит), една форма на цинк сулфид (β-ZnS). Како и во структурата на карпестите соли, двата типа на атоми формираат две проникнувачки кубни решетки центрирани во центарот. Сепак, се разликува од структурата на карпестите соли во тоа како двете решетки се поставени релативно една на друга. Структурата на цинкбленд има тетраэдрична координација: Најблиските соседи на секој атом се состојат од четири атоми од спротивен тип, позиционирани како четирите вертикали на редовен тетраедар. Севкупно, распоредот на атоми во цинкблендната структура е ист како дијамантната кубна структура, но со наизменични типови на атоми на различни мрежни решетки.

Примери на соединенија со оваа структура вклучуваат самиот цинкбленд, олово (II) нитрат, многу соединети полупроводници (како што се галиум арсенид и кадмиум телурид) и широк спектар на други бинарни соединенија.

Други соединенија кои ја покажуваат структура на сливот на цинк се α-AgI, β-BN, дијамант, CuBr, β-CdS, BP и BAs.

Weaire-Phelan структура[уреди | уреди извор]

Структурата на Weaire-Phelan има Pm3n (223) симетрија.

Таа има 3 ориентации на наредени тетрадекаедрони со пиритоедарски клетки во празнините. Се наоѓа како кристална структура во хемијата, каде што е обично позната како "Клатратна структура од тип I". Гасните хидрати формирани од метан, пропан и јаглерод диоксид на ниски температури имаат структура во која молекулите на водата лежат на јазлите на структурата на Weaire-Phelan и се поврзани со водород заедно, а поголемите молекули на гасот се заглавени во полиедралните кафези.