Back to chapter

11.14:

מבנים של מוצקים

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Structures of Solids

Languages

Share

מוצקים מסווגים כאמורפיים או גבישיים על בסיס המבנה התלת ממדי פנימי שלהם. למוצקים אמורפיים כמו זכוכית סיליקה מותכת אין סדר פנימי בחלקיקים המרכיבים אותם, ואילו המרכיבים של מוצקים גבישיים כמו קוורץ מסודרים בדפוס תלת ממדי החוזר על עצמו לאורך המוצק. המבנה של מוצקים גבישיים מיוצג על ידי תא יחידה, שהוא היחידה החוזרת על עצמה הקטנה ביותר של המבנה הגבישי השומרת על הסימטריה של המבנה.הדפוס התלת ממדי הכולל מכונה סריג גביש, והוא מורכב מנקודות סריג ומווקטורי סריג. וקטורי הסריג תוחמים את הקצוות של תא היחידה, ונקודות הסריג יכולות להיות בפינות, מעל פני השטח או במרכז של תא היחידה. מערכות סריג מוגדרות לפי הממדים של תא היחידה.יש שבעה סוגים של מערכות סריג:קובייתית, משולשת, אורתורומבית, מעוינת, מונוקלינית, טריקלינית והקסגונלית. מיקומי האטומים בתא יחידה אינם זהים בהכרח לאלה של נקודות הסריג. דפוס האטומים, או המוטיב, בתא היחידה, מוגדר לעיתים קרובות במונחים של מיקומי האטומים יחסית לנקודת סריג נתונות.מספר האטומים בתא יחידה משקף את יעילות האריזה של המוצק, כלומר את הנפח התפוס על ידי אטומים ולא הרווח ביניהם. מספר גבוה יותר של אטומים בתא היחידה בדרך כלל תואם ליעילות אריזה גבוהה יותר. אטומים של תא יחידה אינם בהכרח נמצאים לחלוטין בתוך התא.דרך אחת לספור אטומים חלקיים אלה היא לחשב כל אטום פינתי כשמינית אטום וכל אטום על פני השטח כמחצית אטום. לחלופין, אם בתא יחידה יש אטום בכל פינה, אחד משויך לתא היחידה ומהשבעה האחרים מתעלמים. אם לתא יחידה יש אטום בכל אחד משני הצדדים של פני השטח, אחד משויך ליחידה התא ומהשני מתעלמים.

11.14:

מבנים של מוצקים

Solids in which the atoms, ions, or molecules are arranged in a definite repeating pattern are known as crystalline solids. Metals and ionic compounds typically form ordered, crystalline solids. A crystalline solid has a precise melting temperature because each atom or molecule of the same type is held in place with the same forces or energy. Amorphous solids or non-crystalline solids (or, sometimes, glasses) which lack an ordered internal structure and are randomly arranged. Substances that consist of large molecules, or a mixture of molecules whose movements are more restricted, often form amorphous solids. Amorphous material undergoes gradual softening, over a range of temperatures, due to the structural non-equivalence of the molecules. When an amorphous material is heated, the weakest intermolecular attractions break first. As the temperature is increased further, the stronger attractions are broken.

Unit Cell

The structure of a crystalline solid is best described by its simplest repeating unit, referred to as its unit cell. The unit cell consists of lattice points that represent the locations of atoms or ions. The entire structure then consists of this unit cell repeating in three dimensions, as illustrated in Figure 1.

Image1

Figure 1. Unit cell and crystal lattice with lattice points indicated in red.

In general, a unit cell is defined by the lengths of three axes (a, b, and c) and the angles (α, β, and γ) between them as shown in Figure 2. The axes are defined as being the lengths between points in the space lattice.

Image2

Figure 2. Unit cell is defined by its axes (a, b, and c), and angles (α, β, and γ)

There are seven different lattice systems, some of which have more than one type of lattice, for a total of fourteen different unit cells.

Systems Angles Axes
Cubic α = β = γ = 90°   a = b = c  
Tetragonal α = β = γ = 90° a = bc
  Orthorhombic   α= β = γ = 90° a bc
Monoclinic   α = γ = 90°;  β ≠ 90°   a bc
Triclinic αβ γ ≠ 90° a bc

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.