Estrutura Estrutura de cristal, tipos e exemplos



O estrutura cristalina É um dos estados sólidos que átomos, íons ou moléculas podem adotar na natureza, que é caracterizado por ter um alto arranjo espacial. Em outras palavras, isso é evidência da "arquitetura corpuscular" que define muitos corpos com aparências brilhantes e vítreas.

O que promove ou que força é responsável por esta simetria? As partículas não estão sozinhas, mas interagem umas com as outras. Essas interações consomem energia e afetam a estabilidade dos sólidos, de modo que as partículas procuram acomodar para minimizar essa perda de energia.

Então, suas naturezas intrínsecas os levam a se colocar no arranjo espacial mais estável. Por exemplo, pode ser onde as repulsões entre íons com cargas iguais são mínimas, ou onde também alguns átomos, como o metal, ocupam o maior volume possível em suas embalagens.

A palavra "cristal" tem um significado químico que pode ser deturpado para outros corpos. Quimicamente, refere-se a uma estrutura ordenada (microscopicamente) que, por exemplo, pode consistir de moléculas de DNA (um cristal de DNA).

No entanto, é popularmente usado para se referir a qualquer objeto ou superfície vítrea, como espelhos ou garrafas. Ao contrário dos verdadeiros cristais, o vidro consiste de uma estrutura amorfa (desordenada) de silicatos e muitos outros aditivos.

Índice

  • 1 estrutura
    • 1.1 célula unitária
  • 2 tipos
    • 2.1 De acordo com o seu sistema cristalino
    • 2.2 De acordo com a sua natureza química
  • 3 exemplos
    • 3.1 K2Cr2O7 (sistema triclínico)
    • 3.2 NaCl (sistema cúbico)
    • 3.3 ZnS (wurtzite, sistema hexagonal)
    • 3,4 CuO (sistema monoclínico)
  • 4 referências

Estrutura

A imagem superior mostra pedras preciosas de esmeralda. Assim como esses, muitos outros minerais, sais, metais, ligas e diamantes exibem uma estrutura cristalina; Mas qual é a relação entre sua ordenação e simetria?

Se um cristal, cujas partículas pudessem ser observadas a olho nu, for aplicado operações de simetria (invertê-lo, girá-lo em diferentes ângulos, refleti-lo em um plano etc.), ele permanecerá intacto em todas as dimensões do espaço.

O oposto ocorre para um sólido amorfo, do qual diferentes ordenamentos são obtidos submetendo-o a uma operação de simetria. Além disso, falta padrões de repetição estrutural, o que demonstra a distribuição aleatória de suas partículas.

Qual é a menor unidade que compõe o padrão estrutural? Na imagem superior, o sólido cristalino é simétrico no espaço, enquanto o amorfo não é.

Se você desenhar alguns quadrados que incluem esferas laranja e aplicar as operações de simetria, você descobrirá que elas geram outras partes do cristal.

O anterior se repete com quadrados cada vez menores, até encontrar aquele que é assimétrico; aquele que o precede em tamanho é, por definição, a célula unitária.

Célula unitária

A célula unitária é a expressão estrutural mínima que permite a reprodução completa do sólido cristalino. A partir disso é possível montar o cristal, movendo-o em todas as direções do espaço.

Pode ser considerado como uma pequena gaveta (tronco, balde, recipiente, etc.) onde as partículas, representadas pelas esferas, são colocadas seguindo um padrão de enchimento. As dimensões e geometrias desta caixa dependem dos comprimentos de seus eixos (a, b e c), bem como dos ângulos entre eles (α, β e γ).

A mais simples de todas as células unitárias é a da estrutura cúbica simples (imagem superior (1)). Neste o centro das esferas ocupa os cantos do cubo, colocando quatro na sua base e quatro no telhado.

Nesse arranjo, as esferas mal ocupam 52% do volume total do cubo, e como a natureza detesta o vácuo, não há muitos compostos ou elementos que adotem essa estrutura.

Entretanto, se as esferas estiverem dispostas no mesmo cubo de tal forma que uma delas ocupe o centro (cubic centrado no corpo, bcc), então uma embalagem mais compacta e eficiente estará disponível (2). Agora as esferas ocupam 68% do volume total.

Por outro lado, em (3) nenhuma esfera ocupa o centro do cubo, mas o centro de seus rostos, e todos ocupam até 74% do volume total (cúbico centrado nos rostos, ccp).

Assim, pode-se perceber que outros arranjos podem ser obtidos para o mesmo cubo, variando a maneira como as esferas são empacotadas (íons, moléculas, átomos, etc.).

Tipos

Estruturas cristalinas podem ser classificadas de acordo com seus sistemas cristalinos ou a natureza química de suas partículas.

Por exemplo, o sistema cúbico é o mais comum de todos e muitos sólidos cristalinos são governados a partir dele; no entanto, esse mesmo sistema se aplica tanto a cristais iônicos quanto a cristais de metal.

De acordo com o seu sistema cristalino

Na imagem anterior, os sete principais sistemas cristalinos são representados.Pode-se notar que, na realidade, há catorze destes, que são o produto de outras formas de embalagem para os mesmos sistemas e compõem as redes de Bravais.

De (1) a (3) são os cristais com sistemas de cristal cúbicos. Em (2) observa-se (pelas listras azuis) que a esfera do centro e a dos cantos interagem com oito vizinhos, de modo que as esferas têm um número de coordenação de 8. E em (3) o número de coordenação é 12 (para ver isto é necessário duplicar o cubo em qualquer direção).

Os elementos (4) e (5) correspondem aos sistemas tetragonais simples e centralizados nas faces. Ao contrário do cúbico, o seu eixo c é maior que os eixos aeb.

De (6) a (9) são os sistemas ortorrômbicos: de simples e centrados nas bases (7), para aqueles centrados no corpo e nas faces. Nestes α, β e γ são 90º, mas todos os lados são de diferentes comprimentos.

As figuras (10) e (11) são os cristais monoclínicos e (12) é o triclínico, apresentando as últimas desigualdades em todos os seus ângulos e eixos.

O elemento (13) é o sistema romboédrico, análogo ao cúbico mas com um ângulo γ diferente de 90º. Finalmente, há os cristais hexagonais

Os deslocamentos dos elementos (14) originam o prisma hexagonal traçado pelas linhas pontilhadas de verde.

De acordo com sua natureza química

- Se os cristais são formados por íons, então eles são cristais iônicos presentes nos sais (NaCl, CaSO4CuCl2, KBr, etc.)

- Moléculas como a forma de glicose (sempre que possível), cristais moleculares; neste caso, os famosos cristais de açúcar.

- Os átomos cujas ligações são essencialmente covalentes formam cristais covalentes. Tais são os casos de diamante ou carboneto de silício.

- Da mesma forma, metais como o ouro formam estruturas cúbicas compactas, que constituem os cristais metálicos.

Exemplos

K2Cr2O7 (sistema triclínico)

NaCl (sistema cúbico)

ZnS (wurtzite, sistema hexagonal)

CuO (sistema monoclínico)

Referências

  1. Quimitube (2015). Por que "cristais" não são cristais. Retirado em 24 de maio de 2018, de: quimitube.com
  2. Pressbooks 10.6 Estruturas de Malha em Sólidos Cristalinos. Retirado em 26 de maio de 2018, de: opentextbc.ca
  3. Centro de Recursos Acadêmicos da Crystal Structures. [PDF] Retirado em 24 de maio de 2018, de: web.iit.edu
  4. Ming (30 de junho de 2015). Tipos de estruturas de cristal. Retirado em 26 de maio de 2018, de: crystalvisions-film.com
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 de janeiro de 2018). Tipos de cristais. Retirado em 26 de maio de 2018, de: thoughtco.com
  6. KHI (2007). Estruturas Cristalinas. Retirado em 26 de maio de 2018, de: folk.ntnu.no
  7. Paweł Maliszczak. (25 de abril de 2016). Cristais de esmeralda em bruto do Vale do Panjshir Afeganistão. [Figura] Retirado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  8. Napy1kenobi. (26 de abril de 2008). Redes de Bravais. [Figura] Retirado em 26 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  9. Usuário: Sbyrnes321. (21 de novembro de 2011). Cristalino ou amorfo. [Figura] Retirado em 26 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org