Estrutura de cristal - Crystal structure


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A (3-D) estrutura de cristal de H 2 O gelo Ih (c) consiste em bases de H 2 O moléculas de gelo (b) localizado em treliça pontos dentro da (2-D) de espaço hexagonal da estrutura (a). Os valores para o ângulo e O-H distância H-O-H ter vindo de Física de gelo com incertezas de ± 1,5 ° e ± 0,005  Å , respectivamente. A caixa branca em (c) é a célula unitária definida por Bernal e Fowler

Em cristalografia , estrutura cristalina é uma descrição do arranjo ordenado de átomos , iões ou moléculas em um material cristalino . Estruturas ordenadas ocorrer a partir da natureza intrínseca das partículas constituintes para formar padrões simétricos que se repetem ao longo das direcções principais de espaço tridimensional em questão.

O grupo mais pequeno de partículas no material que constitui o padrão de repetição é a célula unitária da estrutura. A célula unitária define completamente a simetria e a estrutura de toda a rede cristalina, que é construída por repetitivo tradução da célula unitária ao longo dos seus eixos principais. Os padrões de repetição são disse a ser localizadas nos pontos da rede Bravais .

Os comprimentos dos eixos principais, ou arestas, da célula unitária e os ângulos entre elas são as constantes de rede , também chamados parâmetros de rede . Os simetria propriedades do cristal são descritos pelo conceito de grupos espaciais . Todos os possíveis arranjos simétricos de partículas no espaço tridimensional pode ser descrito pelos 230 grupos espaciais .

A estrutura de cristal e a simetria desempenha um papel fundamental na determinação muitas propriedades físicas, tais como clivagem , teoria de bandas , e a transparência óptica .

célula unitária

A estrutura de cristal é descrito em termos da geometria do arranjo de partículas na célula unitária. A célula de unidade é definida como a unidade de repetição mais pequena possuindo a simetria completa da estrutura de cristal. A geometria da célula unitária é definido como um paralelepípedo , proporcionando seis parâmetros de rede tomadas como os comprimentos das arestas de células ( um , b , c ) e os ângulos entre elas (α, β, y). As posições das partículas no interior da célula unitária são descritos pelas coordenadas fraccionais ( x i , y i , z i ) ao longo dos bordos da pilha, medido a partir de um ponto de referência. É necessário apenas para relatar as coordenadas de um subconjunto menor de partículas assimétricas. Este grupo de partículas pode ser escolhido de modo que ele ocupa o espaço físico menor, o que significa que nem todas as partículas precisam ser fisicamente localizado dentro dos limites dados pelos parâmetros de rede. Todas as outras partículas da célula unitária são gerados pelas operações de simetria que caracterizam a simetria da célula unitária. A colecção de operações de simetria da célula unitária é expressa formalmente como o grupo espacial da estrutura de cristal.

índices de Miller

Planos com diferentes índices de Miller em cristais cúbicos

Vectores e planos em uma estrutura de cristal são descritos pela três valor de índice de Miller notação. Esta sintaxe utiliza os índices , m , e n como direccionais parâmetros ortogonais, os quais são separados por 90 °.

Por definição, a sintaxe ( ℓmn ) indica um plano que intercepta os três pontos de um 1 / l , um 2 / m , e uma 3 / n , ou alguns dos seus múltiplos. Ou seja, os índices de Miller são proporcionais aos inversos dos intercepta do plano com a célula unitária (em função dos vetores de treliça). Se um ou mais dos índices é zero, isso significa que os aviões não se cruzam que o eixo (ou seja, a interceptação é "no infinito"). Um plano contendo um eixo de coordenadas é traduzido de forma que já não contém o eixo antes de os seus índices de Miller são determinados. Os índices de Miller para os aviões são inteiros sem fatores comuns. Índices negativos são indicadas com barras horizontais, como em (1 2 3). Em um sistema de coordenadas ortogonal para uma célula cúbica, os índices de Miller de um avião são os componentes cartesianas de um vector normal ao plano.

Considerando apenas ( ℓmn ) planos que se intersectam de um ou mais pontos da rede (os planos de rede ), a distância d entre planos da rede adjacentes é relacionada com o (menor) recíproco treliça ortogonal vector para os aviões pela fórmula

Planos e direções

As direcções cristalográf iças são geométricas linhas que ligam os nós ( átomos , iões ou moléculas ) de um cristal. Da mesma forma, os cristalográficas aviões são geométricas aviões que ligam os nós. Algumas orientações e aviões têm uma maior densidade de nós. Estes planos de alta densidade tem uma influência sobre o comportamento do cristal como se segue:

  • Propriedades ópticas : índice de refracção está directamente relacionada com a densidade (ou flutuações periódicas densidade).
  • Adsorção e reactividade : adsorção física e reacções químicas ocorrem em ou perto de átomos ou moléculas de superfície. Estes fenómenos são, portanto, sensíveis à densidade de nodos.
  • Tensão superficial : A condensação de um material significa que os átomos, iões ou moléculas são mais estáveis se eles estão rodeados por outras espécies semelhantes. A tensão superficial de uma interface varia, assim, de acordo com a densidade na superfície.
planos cristalográficos densas
  • Microestruturais defeitos : poros e cristais tendem a ter limites de grão rectas seguintes planos de densidade mais elevada.
  • Clivagem : Normalmente, isto ocorre, preferencialmente, paralelamente a planos de densidade mais elevada.
  • A deformação plástica : Deslocamento deslize ocorre preferencialmente em paralelo aos planos de densidade mais elevada. A perturbação realizado pelo deslocamento ( Burgers vector ) é ao longo de uma direcção densa. O deslocamento de um nó numa direcção mais densa requer uma menor distorção da matriz cristalina.

Algumas instruções e aviões são definidos por simetria do sistema cristal. Em sistemas monoclínicos, romboédrica, tetragonal, e trigonais / hexagonais existe um eixo único (algumas vezes chamado o eixo principal ), que tem maior simetria rotacional do que os outros dois eixos. O plano basal é o plano perpendicular ao eixo principal nestes sistemas cristalinos. Para os sistemas de cristal triclínicos, ortorrômbicos, e cúbicas a designação eixo é arbitrária e não existe eixo principal.

estruturas cúbicos

Para o caso especial de cristais cúbicos simples, os vectores de rede são ortogonais e de igual comprimento (usualmente representada uma ); de forma semelhante para a rede recíproca. Assim, neste caso comum, a índices de Miller ( ℓmn ) e [ ℓmn ] tanto simplesmente denotar Normais / direcções em coordenadas cartesianas . Para cristais cúbicos com constante de rede um , o espaçamento d entre adjacentes (ℓmn) planos de rede é (a partir de cima):

Devido à simetria de cristais cúbicos, é possível mudar o lugar e sinal dos números inteiros e ter orientações e planos equivalentes:

  • Coordenadas em suportes angulares , tais como ⟨100⟩ denotar uma família de instruções que são equivalentes devido a operações de simetria, tais como [100], [010], [001] ou o negativo de uma dessas direcções.
  • Coordenadas em chaves ou chaves , tais como {100} denotar uma família de normais planas que são equivalentes devido a operações de simetria, tanto os suportes angulares maneira denotar uma família de instruções.

Para de face centrada cúbicos (FCC) e de corpo centrado cúbicos reticulados (BCC), os vectores de rede primitivos não são ortogonais. No entanto, nestes casos, os índices de Miller são convencionalmente definidos em relação aos vectores de rede da cúbico super célula e, consequentemente, são de novo simplesmente as instruções cartesianas .

espaçamento interplanar

O espaçamento d entre adjacentes ( hkl ) planos de rede é dada por:

  • Cúbico:
  • Tetragonal:
  • Hexagonal:
  • rhombohedral:
  • orthorhombic:
  • monoclinic:
  • triclinic:

Classificação por simetria

A propriedade definidora de um cristal é inerente a sua simetria, o que queremos dizer que, em certas operações de '' o cristal permanece inalterada. Todos os cristais têm simetria translacional em três direções, mas alguns têm outros elementos de simetria também. Por exemplo, girando o cristal de 180 ° em torno de um determinado eixo podem resultar numa configuração atómica que é idêntica à configuração original. O cristal é então diz-se que uma simetria rotacional dupla em torno deste eixo. Além simetrias de rotação como este, um cristal pode ter simetrias na forma de planos de espelhos e simetrias traducionais , e também os chamados "simetrias compostos", que são uma combinação de translação e rotação / espelho simetrias. Uma classificação total de um cristal é conseguida quando todos estes simetrias inerentes do cristal são identificados.

sistemas de treliça

Estes sistemas de rede são de um agrupamento de estruturas de cristal de acordo com o sistema axial usado para descrever a sua estrutura. Cada sistema de treliça é constituída por um conjunto de três eixos numa disposição geométrica especial. Há sete sistemas de treliça. Eles são semelhantes aos, mas não exatamente o mesmo que os sete sistemas de cristal .

família de cristal sistema de treliça Schönflies 14 Reticulados Bravais
Primitivo centrado base- de corpo centrado de face centrada
triclinic C i triclinic
monoclinic C 2h Monoclinic, simples Monoclínico, centrado
orthorhombic D 2h Orthorhombic, simples Ortorrômbica, centrada na base de Ortorrômbica, de corpo centrado Ortorrômbica, de face centrada
tetragonal D 4h Tetragonal, simples Tetragonal, de corpo centrado
hexagonal rhombohedral D 3d rhombohedral
hexagonal D 6h Hexagonal
cúbico O h Cúbico, simples Cúbico, de corpo centrado Cúbico, de face centrada

O mais simples e mais simétrico, a cúbico sistema (ou isométrica), tem a simetria de um cubo , que é, ele apresenta quatro eixos de rotação orientados tríplices em 109,5 ° (o ângulo tetraédrico ) com respeito ao outro. Estes eixos tríplice se situam ao longo das diagonais do corpo do cubo. As outras seis sistemas de rede, são hexagonal , tetragonal , romboédrico (muitas vezes confundida com o sistema de cristal trigonal ), ortorrbica , monoclica e triclínico .

redes de Bravais

Redes de Bravais, também referidos como látices espaço , descrever o arranjo geométrico dos pontos da rede, e, por conseguinte, a simetria de translação do cristal. As três dimensões do espaço proporcionar 14 redes de Bravais distintos descrevem a simetria de translação. Todos os materiais cristalinos reconhecidos hoje, não incluindo quasicristais , próprios em um desses arranjos. As treliças 1403-dimensionais, classificadas pelo sistema retículo, estão apresentados acima.

A estrutura cristalina consiste no mesmo grupo de átomos, a base , posicionadas em torno de cada ponto da rede. Este grupo de átomos, por conseguinte, se repete indefinidamente em três dimensões de acordo com o arranjo de uma das redes de Bravais. A rotação do espelho e simetrias característicos da célula unitária é descrito pelo seu grupo de pontos de cristalográfica .

sistemas de cristal

Um sistema de cristal é um conjunto de grupos de pontos em que os grupos de pontos de si e os seus grupos espaciais correspondentes são atribuídas a um sistema de treliça. De entre os grupos de pontos de 32 que existem em três dimensões, a maioria é atribuído a um único sistema de rede, caso em que o sistema de cristal e sistema reticulado ambos têm o mesmo nome. No entanto, cinco grupos de pontos são atribuídos a dois sistemas de rede, romboédrica e hexagonal, porque os dois sistemas de rede exibem tripla simetria rotacional. Estes grupos de pontos são designados para o sistema de cristal trigonal.

família de cristal sistema de cristal Grupo de pontos / classe de cristal Schönflies simetria ponto Ordem Resumo grupo
triclinic pedial C 1 enantiomórfico polar 1 trivial
pinacoidal C i (S 2 ) centrossimétrico 2 cíclico
monoclinic sphenoidal C 2 enantiomórfico polar 2 cíclico
domatic C s (C, 1h ) polar 2 cíclico
prismático C 2h centrossimétrico 4 Klein quatro
orthorhombic rômbico-disphenoidal D 2 (V) enantiomórfico 4 Klein quatro
rhombic- piramidal C 2v polar 4 Klein quatro
rhombic- dipyramidal D 2h (V H ) centrossimétrico 8
tetragonal tetragonal-piramidal C 4 enantiomórfico polar 4 cíclico
tetragonal-disphenoidal S 4 não-centrossimétrica 4 cíclico
tetragonal-dipyramidal C 4h centrossimétrico 8
tetragonal-trapezohedral D 4 enantiomórfico 8 diedro
ditetragonal-piramidal C 4v polar 8 diedro
tetragonal-escalenoédrica D 2d (V d ) não-centrossimétrica 8 diedro
ditetragonal-dipyramidal D 4h centrossimétrico 16
hexagonal trigonal trigonal-piramidal C 3 enantiomórfico polar 3 cíclico
rhombohedral C 3i (S 6 ) centrossimétrico 6 cíclico
trigonal-trapezohedral D 3 enantiomórfico 6 diedro
ditrigonal-piramidal C 3v polar 6 diedro
ditrigonal-escalenoédrica D 3d centrossimétrico 12 diedro
hexagonal hexagonal-piramidal C 6 enantiomórfico polar 6 cíclico
trigonal-dipyramidal C 3h não-centrossimétrica 6 cíclico
hexagonal-dipyramidal C 6h centrossimétrico 12
hexagonal-trapezohedral D 6 enantiomórfico 12 diedro
dihexagonal-piramidal C 6v polar 12 diedro
ditrigonal-dipyramidal D 3h não-centrossimétrica 12 diedro
dihexagonal-dipyramidal D 6h centrossimétrico 24
cúbico tetartoidal T enantiomórfico 12 alterno
diploidal T h centrossimétrico 24
gyroidal O enantiomórfico 24 simétrico
hextetrahedral T d não-centrossimétrica 24 simétrico
Hexoctahedral O h centrossimétrico 48

No total, há sete sistemas de cristal: triclínicos, monoclínica, ortorrômbica, tetragonais, trigonal, hexagonais e cúbicos.

grupos de pontos

O grupo de pontos ou cristalográfica classe cristal é o grupo matemático que compreende as operações de simetria que deixam, pelo menos, um ponto imóvel e que deixam o aparecimento da estrutura cristalina inalterada. Estas operações de simetria incluem

  • Reflexão , o que reflete a estrutura através de um plano de reflexão
  • Rotação , o que faz rodar a estrutura de uma porção específica de um círculo em torno de um eixo de rotação
  • Inversão , que muda o sinal da coordenada de cada ponto em relação a um centro de simetria ou inversão de ponto
  • Rotação indevido , que consiste de uma rotação em torno de um eixo, seguida por uma inversão.

Eixos de rotação (próprias e impróprias), aviões de reflexão, e centros de simetria são chamados coletivamente de elementos de simetria . Existem 32 classes de cristal possíveis. Cada um pode ser classificada em um dos sistemas de cristal sete.

grupos espaciais

Além das operações do grupo de pontos, o grupo de espaço da estrutura de cristal contém operações de simetria de translação. Esses incluem:

  • Pure traduções , que se movem de um ponto ao longo de um vector
  • Parafuso eixos , que rodam um ponto em torno de um eixo durante a tradução paralelo ao eixo.
  • Deslizam aviões , que reflectem um ponto através de um avião, enquanto traduzindo-o paralelo ao plano.

Existem 230 grupos espaciais distintas.

coordenação Atomic

Ao considerar o arranjo dos átomos em relação ao outro, os seus números de coordenação (ou número de vizinhos mais próximos), as distâncias inter-atómicas, os tipos de ligação, etc, é possível formar uma vista geral das estruturas e formas alternativas de visualizando-os.

Fechar embalagem

A estrutura hcp (esquerda) e a rede FCC (à direita)

Os princípios envolvidos pode ser compreendido considerando o modo mais eficiente de embalagem juntamente esferas de igual tamanho e empilhamento estreitamente comprimidas planos atómicos em três dimensões. Por exemplo, se o plano A encontra-se sob o plano B, há dois modos possíveis de colocar um átomo adicional no topo da camada B. Se uma camada adicional foi colocada directamente sobre o plano A, isto iria dar origem à seguinte série:

... ABABABAB ...

Este arranjo de átomos numa estrutura de cristal é conhecido como embalagem hexagonal (HCP) .

Se, no entanto, todos os três planos são escalonados uns em relação aos outros e que não é até que a quarta camada é posicionada directamente sobre o plano A que a sequência repete-se, em seguida, a seguinte sequência surge:

... abcabcabc ...

Este tipo de arranjo estrutural é conhecido como embalagem perto cúbico (CCP) .

A célula unitária de um arranjo de átomos de CCP, é a célula unitária cúbica de face centrada (FCC). Este não é imediatamente óbvio que as camadas estreitamente empacotadas são paralelos aos planos {111} da célula de unidade de FCC. Há quatro orientações diferentes das camadas repleto de perto.

A eficiência de embalagem pode ser trabalhado por meio do cálculo do volume total das esferas e dividindo pelo volume da célula como se segue:

A eficiência de embalagem 74% é a densidade máxima possível em células unidades construídos de esferas de apenas um tamanho. A maioria das formas cristalinas de elementos metálicos são HCP, FCC, ou BCC (cúbica de corpo centrado). O número de coordenação de átomos em estruturas de HCP e FCC é 12 e a sua atómica factor de embalagem (APF) é o número acima referido, 0,74. Isto pode ser comparado com os APF de uma estrutura de BCC, o que é 0,68.

Limites de grãos

Limites de grão são interfaces onde os cristais de diferentes orientações encontram. Um limite de grão é uma interface de fase única, com cristais de cada lado da fronteira sendo idênticos excepto em orientação. O termo "fronteira crystallite" é, por vezes, embora raramente, usada. Áreas de fronteira de grãos contêm esses átomos que foram perturbadas de seus locais originais de treliça, luxações e impurezas que migraram para o contorno de grão de energia mais baixo.

O tratamento de um limite de grão geometricamente como uma interface de um único cristal do corte em duas partes, uma das quais é rodada, vemos que há cinco variáveis ​​necessários para definir um limite de grão. Os primeiros dois números vêm a partir do vector unidade que especifica um eixo de rotação. O terceiro número designa o ângulo de rotação do grão. Os dois números finais especificar o plano do limite de grão (ou um vector de unidade que é normal para este plano).

Limites de grão interromper o movimento de deslocações através de um material, de modo que reduzindo o tamanho dos cristalitos é uma forma comum de melhorar a força, tal como descrito pelo Hall-Petch relação. Uma vez que os limites de grão são defeitos na estrutura de cristal que tende a diminuir a eléctrica e a condutividade térmica do material. A energia interfacial elevada e de ligação relativamente fraca na maioria dos limites de grão frequentemente torna-os sítios preferidos para o início da corrosão e para a precipitação de novas fases a partir do sólido. Eles também são importantes para muitos dos mecanismos de fluência .

Limites de grão são, em geral apenas alguns nanômetros de largura. Em materiais comuns, cristalitos são grandes o suficiente para que os limites de grão representam uma pequena fracção do material. No entanto, muito pequenos tamanhos de grãos são realizáveis. Em sólidos nanocristalinos, limites de grãos tornam-se uma fracção de volume significativo de material, com efeitos profundos sobre a propriedades tais como a difusão e plasticidade . No limite de pequenos cristalitos, como a fracção de volume de limites de grão se aproxima de 100%, o material deixa de ter qualquer carácter cristalino, e, assim, torna-se um sólido amorfo .

Defeitos e impurezas

Cristais reais apresentam defeitos ou irregularidades nas disposições ideais descritos acima e que são estes defeitos que determinam criticamente muitas das propriedades eléctricas e mecânicas dos materiais reais. Quando um átomo de substitutos para um dos principais componentes atómicos dentro da estrutura cristalina, a alteração nas propriedades eléctricas e térmicas do material pode resultar. As impurezas podem também manifestar-se como impurezas rotação em certos materiais. A investigação sobre as impurezas magnéticas demonstra que a alteração substancial de certas propriedades, tais como o calor específico pode ser afectado por pequenas concentrações de uma impureza, como por exemplo impurezas no semicondutor ferromagnéticos ligas podem conduzir a diferentes propriedades como primeiro previstos na década de 1960. Deslocamentos na matriz cristalina permite que cisalhamento a tensão mais baixa do que o necessário para uma estrutura de cristal perfeito.

Previsão de estrutura

A estrutura de cristal de cloreto de sódio (sal de cozinha)

A dificuldade de prever estruturas cristalinas estáveis com base no conhecimento apenas da composição química tem sido um obstáculo no caminho para totalmente computacional concepção de materiais. Agora, com algoritmos mais poderosos e computação de alto desempenho, as estruturas de meio de complexidade pode ser prevista usando tais abordagens como algoritmos evolutivos , amostragem aleatória, ou metadynamics.

As estruturas cristalinas de sólidos iônicos simples (por exemplo, NaCl ou sal de mesa) têm sido racionalizados em termos de regras de Pauling , primeiro estabelecidos em 1929 por Linus Pauling , referido por muitos desde como o "pai da ligação química". Pauling também considerada a natureza das forças interatómicas em metais, e concluiu que cerca de metade dos cinco d-orbitais nos metais de transição estão envolvidos na ligação, com os restantes não ligantes orbitais d ser responsável pelas propriedades magnéticas. Ele, portanto, foi capaz de correlacionar o número de orbitais d na formação da ligação com o comprimento de ligação, bem como muitas das propriedades físicas da substância. Em seguida, ele introduziu o metálico orbital, um orbital adicional necessário para permitir a ressonância desinibida de ligações de valência entre as várias estruturas electrónicas.

Na ligação de valência de ressonância , os factores que determinam a escolha de uma de entre estruturas cristalinas alternativas de um composto de metal ou intermetálico giram em torno da energia de ressonância de ligações entre as posições atómicas. É claro que alguns modos de ressonância iria fazer contribuições maiores (ser mecanicamente mais estável do que outros), e que, em particular, uma relação simples do número de ligações para o número de posições seria excepcional. O princípio é que a resultante uma estabilidade especial está associado com os rácios mais simples ou "números de títulos": 1 / 2 , 1 / 3 , 2 / 3 , 1 / 4 , 3 / 4 , etc. A escolha de estrutura e o valor da razão axial (que determina a comprimentos de ligação relativa) são, portanto, um resultado do esforço de um átomo de usar a sua valência para a formação de ligações estáveis com os números fraccionários títulos simples.

Após postulação de uma correlação directa entre a concentração de electrões e a estrutura de cristal em ligas de fase beta, Hume-Rothery analisadas as tendências em pontos de fusão, compressibilidade e comprimentos de ligação como uma função do número de grupo na tabela periódica, a fim de estabelecer um sistema de valências de os elementos de transição em estado metálico. Este tratamento enfatizado assim o aumento da resistência de ligação em função do número do grupo. A operação de forças direccionais foram enfatizados em um artigo sobre a relação entre os híbridos de ligação e das estruturas metálicas. A correlação entre as estruturas electrónicas resultante e cristalino é resumida por um único parâmetro, o peso de d-electrões por metálico hibridada orbitais. O "d-peso" calcula para 0,5, 0,7 e 0,9 para o FCC, HCP e estruturas cco respectivamente. A relação entre D-electrões e estrutura cristalina torna-se assim evidente.

Em previsões de estrutura de cristal / simulações, a periodicidade é normalmente aplicada, uma vez que o sistema é imaginado como ilimitado grande em todas as direcções. Começando a partir de uma estrutura triclínico sem mais qualquer propriedade de simetria assumida, o sistema pode ser accionado para mostrar algumas propriedades de simetria adicionais aplicando a segunda Lei de Newton em partículas na célula unitária e uma equação dinâmica recentemente desenvolvido para os vectores período sistema (parâmetros de rede incluindo ângulos ), mesmo se o sistema está sujeito ao estresse externo.

Polimorfismo

Quartzo é um dos vários cristalinas formas de sílica , SiO 2 . As formas mais importantes de sílica incluem: α-quartzo , β-quartzo , tridimite , cristobalita , coesite , e stishovite .

O polimorfismo é a ocorrência de várias formas cristalinas de um material. Pode ser encontrada em muitos materiais cristalinos, incluindo polímeros , minerais e metais . De acordo com as regras de equilíbrio de fases de Gibbs, estas fases cristalinas únicas são dependentes variáveis intensivos, tais como pressão e temperatura. Polimorfismo está relacionada com allotropy , que refere-se a sólidos elementares . A morfologia completa de um material é descrito por polimorfismo e outras variáveis tais como o hábito cristalino , fracção amorfa ou defeitos cristalogricos . Os polimorfos têm diferentes estabilidades e pode espontaneamente converter de uma forma metastável (ou forma termodinamicamente instável) para o estável forma a uma temperatura particular. Eles também apresentam diferentes pontos de fusão , solubilidades, e difração de raios-X padrões.

Um bom exemplo disto é o quartzo forma de dióxido de silício , ou SiO 2 . Na grande maioria de silicatos , o átomo de Si mostra coordenação tetraédrica por 4 átomos de oxigénio. Todos, mas uma das formas cristalinas envolvem {SiO tetraédricos 4 } unidades ligadas entre si por vértices compartilhados em arranjos diferentes. Em diferentes minerais os tetraedros mostram diferentes graus de rede e de polimerização. Por exemplo, eles ocorrem de forma isolada, unidos entre si aos pares, em aglomerados maiores finitos incluindo anéis, em cadeias, cadeias duplas, folhas e estruturas tridimensionais. Os minerais são classificados em grupos com base nessas estruturas. Em cada um dos 7 formas cristalinas termodinamicamente estáveis ou polimorfos de quartzo cristalino, apenas 2 de 4 de cada um dos bordos da {SiO 4 } tetraedros são partilhadas com outros, obtendo-se a fórmula química líquido para gel: SiO 2 .

Outro exemplo é elementar estanho (Sn), que é maleável perto de temperaturas ambiente, mas é quebradiço quando arrefecida. Esta mudança nas propriedades mecânicas devido à existência das suas duas principais formas alotrópicas , α- e β-estanho. As duas formas alotrópicas que são encontradas à pressão normal e temperatura, α-estanho e β-estanho, são mais vulgarmente conhecido como estanho cinza e estanho branco respectivamente. Mais duas formas alotrópicas, γ e σ, existe a temperaturas acima de 161 ° C e pressões acima de vários GPa. Estanho branco é metálico, e é a forma cristalina estável a ou acima da temperatura ambiente. Abaixo de 13,2 ° C, o estanho existe na forma cinzento, que tem um cúbico diamante estrutura cristalina, semelhante a diamante , silício ou germânio . Estanho cinza não tem propriedades metálicas de todo, é um material em pó cinzento baço, e tem alguns usos, com excepção de alguns especializados semicondutores aplicações. Embora a temperatura de transformação α-β de estanho é, nominalmente, 13,2 ° C, as impurezas (por exemplo, Al, Zn, etc.) diminuir a temperatura de transição bem abaixo de 0 ° C, e após a adição de Sb ou Bi a transformação não pode ocorrer de todo.

Propriedades físicas

Vinte das classes de cristais 32 são piezoeléctrico , e cristais pertencentes a uma destas classes (grupos pontuais) visor Piezeletricidade . Todas as classes piezoeléctricos falta um centro de simetria. Qualquer material desenvolve um dieléctrico polarização quando um campo eléctrico é aplicado, mas uma substância que tem uma separação de cargas tal natural, mesmo na ausência de um campo é chamado um material polar. Seja ou não um material é polar é determinada somente pela sua estrutura de cristal. Apenas 10 dos 32 grupos de pontos são polar . Todos os cristais polares são piroeltrico , de modo que as 10 classes de cristal polares são muitas vezes referidas como as classes piroeléctricos.

Há algumas estruturas cristalinas, nomeadamente a estrutura de perovskite , os quais exibem ferroeléctrica comportamento. Isto é análogo a ferromagnetismo , em que, na ausência de um campo eléctrico durante a produção, o cristal ferroeléctrica não exibem uma polarização. Após a aplicação de um campo elétrico de magnitude suficiente, o cristal se torna permanentemente polarizada. Esta polarização pode ser invertida por um suficientemente grande contra-carga, da mesma forma que um ferromagnete pode ser invertida. No entanto, embora eles são chamados ferroeléctricos, o efeito é devido à estrutura de cristal (não a presença de um metal ferroso).

Veja também

Referências

links externos

Meios relacionados a estrutura de cristal no Wikimedia Commons