Struktura kryształów

Na podstawie różnic stałych sieciowych kryształy dzieli się na 7 grup, zwanych układami krystalograficznymi. Układy te mają następujące nazwy: trójskośny, jednoskośny, rombowy, tetragonalny, heksagonalny, trygonalny i regularny.

Układ współrzędnych i 7 układów krystalograficznych.

W układzie trójskośnym osie współrzędnych tworzą między sobą kąty różne od 90°. Krawędzie równoległościanu elementarnego są również różne: a ≠ b ≠ c. Układ trójskośny jest zatem określany przez kąty α, β, γ i odstępy sieciowe a, b, c.

W układzie jednoskośnym dwa kąty między osiami są równe: a = γ = 90°, a krawędzie równoległościanu są różne: a ≠ b ≠ c. Układ jednoskośny jest zatem określony przez kąt β i odstępy sieciowe a, b, c.

W układzie rombowym wszystkie kąty między osiami są proste (układ prostokątny). Krawędzie równoległościanu elementarnego są różne: a ≠ b ≠ c. Układ rombowy jest zatem określony przez odstępy sieciowe a, b, c.

Układ tetragonalny jest także układem prostokątnym — wszystkie kąty między osiami są proste. Dwie krawędzie równoległościanu elementarnego a i b są równe, trzecia zaś c jest od nich krótsza lub dłuższa. Układ tetragonalny jest zatem określony przez odstępy sieciowe a i c.

W układzie heksagonalnym występują słupy sześcioboczne, w których można wyróżnić oś z oraz trzy osie do niej prostopadłe, przecinające się pod kątami 120°. Kąt między osiami x i y wynosi 120°; oś z jest do nich prostopadła. Odstępy sieciowe na osiach x i y są równe, a odstęp na osi z jest od nich różny: krótszy lub dłuższy. Układ heksagonalny jest zatem określony przez odstępy sieciowe a i c.

Bardzo zbliżony do heksagonalnego jest układ trygonalny, zwany romboedrycznym, mający trzy równe osie, tworzące ze sobą kąty α. Układ ten określony jest przez kąt α i odstęp sieciowy a.

Układ regularny jest układem prostokątnym, w którym wszystkie kąty między osiami są proste. Odstępy sieciowe są równe: a = b = c. Układ ten jet zatem określony przez odcinek a.

Prymitywna sieć przestrzenna składa się z równoległościanów elementarnych, w których atomy, jony lub cząsteczki znajdują się jedynie w narożach. W bardziej złożonych sieciach przestrzennych elementy te mogą znajdować się także w środku ścian lub w środku równoległościanów. Na podstawie badań różnych możliwych sposobów rozmieszczenia w kryształach ich najmniejszych identycznych cząsteczek stwierdzono istnienie 14 rodzajów sieci przestrzennych. Od francuskiego krystalografa, który je wyprowadził w połowie XIX w., nazywane są one sieciami Bravais’go.

W układzie trójskośnym występuje tylko sieć prosta, w której naroża są obsadzone punktami. W układzie jednoskośnym oprócz sieci prostej występuje sieć z obsadzoną podstawą. W układzie rombowym występuje sieć prosta oraz sieć z obsadzoną podstawą, sieć z obsadzonymi wszystkimi bokami oraz sieć z obsadzonym środkiem przestrzennym równoległościanu. W układzie tetragonalnym oprócz sieci prostej występuje sieć z obsadzonym środkiem równoległościanu. Sieć heksagonalna przedstawiona jest przez słup sześcioboczny o obsadzonych podstawach. Równoległościanem elementarnym w sieci romboedrycznej jest romboedr o jednakowych kątach między krawędziami ii obsadzonych narożach. W układzie regularnym oprócz sieci prostej jest możliwa sieć o obsadzonym środku i obsadzonych bokach.

Czternaście typów równoległościanów elementarnych sieci Bravais’go.

Czternaście rodzajów sieci przestrzennych wyczerpuje wszystkie możliwości rozmieszczenia identycznych punktów w przestrzeni. Wszystkie struktury można wyprowadzić z opisanych typów sieci prostych, wyobrażając sobie kilka jednakowych sieci wstawionych jedna w drugą.

Własności chemiczne i fizyczne ciał krystalicznych zależą od rodzaju i stosunków ilościowych budujących je atomów, sposobu ich rozmieszczenia w przestrzeni oraz rodzaju łączących je wiązań chemicznych. Najważniejsze dla świata minerałów są wiązania jonowe, będące wiązaniami między jonami o odmiennym ładunku, tj. między kationami i anionami, oraz wiązania atomowe, występujące między atomami. Stąd wyróżnia się sieci jonowe i atomowe oraz sieci mieszane, w których występują oba rodzaje wiązań. Minerały mają najczęściej mieszany typ wiązań jonowo-atomowych z przewagą wiązań jonowych.

Składniki sieci przestrzennej — atomy i jony — mają pewne wymiary i możemy wyobrazić je sobie jako kule o określonym j promieniu, przedstawiającym strefę oddziaływania atomu czy jonu j na sąsiednie składniki sieci przestrzennej. Wymiary promieni jonowych wynoszą 0,02—0,1 nm.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *