Kristalna struktura: Razlika med redakcijama
Izbrisana vsebina Dodana vsebina
pravopis |
m pp |
||
Vrstica 155:
Realni kristali imajo [[Kristalna napaka|defekte]] oziroma nepravilnosti, zato odstopajo od opisanih idealnih struktur. Defekti v kristalni strukturi so "šibke točke" kristala, ki lahko odločilno spremenijo mnoge mehanske, električne in termične lastnosti realnih snovi.<ref>Nikola Kallay (2000) [http://books.google.com/books?id=ZXsBk20WO1sC&printsec=frontcover ''Interfacial Dynamics''], CRC Press, ISBN 0824700066</ref>
Točkovni defekti so umanjkanje anionov ali kationov iz njihovih mest v kristalni strukturi (Schottkyjev defekt), premestitev aniona ali kationa z njegovega mesta v strukturi v intersticijsko praznino (Frenkelov defekt) in defekti zaradi primesi (nečistoč), se pravi umestitev tujega atoma ali iona na mesto katerega od atomov, ki gradijo kristal, ali v intersticijske praznine. V tem primeru se seveda spremeni tudi kemična sestava kristala. Nečistoče tudi pod mejo detekcije bistveno vplivajo na fizikalne lastnosti kristalov, na primer na [[barva|barvo]],<ref name = "Dobnikar" /> [[specifična toplota|specifično toploto]], [[električna prevodnost|električno prevodnost]] in magnetne lastnosti.<ref>{{cite journal|doi = 10.1103/PhysRev.188.870|title = Density of States of an Insulating Ferromagnetic Alloy|year = 1969|author = Hogan, C. M.|journal = Physical Review|volume = 188|pages = 870}}</ref><ref>{{cite journal|doi = 10.1103/PhysRevA.32.2530|title = Spin-wave-related period doublings and chaos under transverse pumping|year = 1985|author = Zhang, X. Y.|journal = Physical Review a|volume = 32|pages = 2530|pmid = 9896377
==Napovedovanje strukture==
Vrstica 163:
Kristalne strukture enostavnih ionskih spojin, na primer natrijevega klorida, so poznane že dolgo časa in so narejene na osnovi petih pravil, ki jih je leta 1929 postavil [[Linus Pauling]], "oče kemijske vezi".<ref name="Paulingsrules">{{cite journal|author= [[Linus Pauling|L. Pauling]]|year = 1929|title = The principles determining the structure of complex ionic crystals|journal =[J. Am. Chem. Soc.|volume = 51|issue = 4|pages= 1010–1026|doi= 10.1021/ja01379a006}}</ref> Puling je preučeval tudi lastnosti medatomskih sil v kovinah in ugotovil, da je v kemijske vezi vključena približno polovica od petih d-orbital prehodnih kovin, preostale nevezne d-orbitale pa določajo magnetne lastnosti. Na tej osnovi je lahko ugotavljal vzajemno zvezo med številom d-orbital, udeleženih v tvorbi vezi, in dolžino kemijske vezi, pa tudi mnoge druge fizikalne lastnosti snovi. Kasneje je uvedel tudi pojem kovinske orbitale, posebne orbitale, ki je dopuščala neovirano resonanco valenčnih vezi med različnimi elektronskimi strukturami.<ref>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRev.54.899|title=The Nature of the Interatomic Forces in Metals|year=1938|last1=Pauling|first1=Linus|journal=Physical Review|volume=54|pages=899}}</ref>
V teoriji resonančne valenčne vezi se faktorji, ki določajo izbiro ene od alternativnih kristalnih stuktur kovinskih ali medkovinski spojin, sučejo okrog resonančne energije vezi med medatomskimi položaji. Jasno je, da lahko nekatere oblike resonance prispevajo večji delež, se pravi, da so mehansko bolj stabilne kot druge, in da je enostavno razmerjo med številom vezi in številom položajev izjemno. Rezultat tega načela je, da je posebna stabilnost povezana z najbolj enostavnimi razmerji ali "veznimi števili": ½, ⅓, ⅔,¼, ¾ itd. Izbira strukture in vrednosti aksialnega razmerja, ki določa relativne dolžine vezi, je torej rezultat težnje atoma, da uporabi svojo valenco v tvorbi stabilnih vezi z enostavnimi ulomljenimi veznimi števili.<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ja01195a024|title=Atomic Radii and Interatomic Distances in Metals|year=1947|last1=Pauling|first1=Linus|journal=Journal of the American Chemical Society|volume=69|pages=542}}</ref><ref>{{cite journal|doi=10.1098/rspa.1949.0032|title=A Resonating-Valence-Bond Theory of Metals and Intermetallic Compounds|year=1949|last1=Pauling|first1=L.|journal=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences (1934-1990)|volume=196|pages=343}}</ref>
Britanski [[metalurg]] Hume-Rothery je po predpostavki, da obstoja med koncentracijo elektronov in kristalno strukturo v beta-faznih zlitinah neposredna zveza, analiziral trende tališč, stisljivosti in dolžine vezi kot funkcijo skupine periodnega sistema in poskušal ugotoviti sistem valenc prehodnih elementov v kovinskem stanju. Njegove raziskave so pokazale, da jakost vezi z naraščajočo skupino raste.<ref>{{cite journal|doi=10.1098/rspa.1951.0172|title=The Valencies of the Transition Elements in the Metallic State|year=1951|last1=Hume-
==Polimorfizem==
Vrstica 175:
Lep primer polimorfizma so silikati, katerih osnova je [[silicijev dioksid]] (SiO<sub>2</sub>). [[Silicij]]ev atom ima v veliki večini silikatov tetraedrično koordinacijo s štirimi atomi [[kisik]]a. Vse kristalne strukture, razen ene, so med seboj povezane v različnih razporeditvah preko kisikovih atomov na vrhovih tetraedrov. Enote so lahko posamične, vezane v parih, velikih končnih klastrih, obročih, enojnih in dvojnih verigak, plasteh in prostorskih zamreženih strukturah. Silikati se razvrščajo ravno po teh značilnostih v ''otočne silikate'', v katerih so tetraedri izolirani od ostalih tetraedrov (olivin X<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>, granati X<sup>2+</sup><sub>3</sub>Y<sup>3+</sup><sub>2</sub>(SiO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>), ''skupinske silikate'' z dvema tetraedroma (hemimorfit Zn<sub>4</sub>(Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)(OH)<sub>2</sub>·H<sub>2</sub>O, epidot Ca<sub>2</sub>(Fe<sup>3+</sup>,Al)Al<sub>2</sub>O(SiO<sub>4</sub>)(Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)OH), ''obročaste silikate'' (benitoit BaTi(Si<sub>3</sub>O<sub>9</sub>) - tričlenski obroč, aksinit Ca<sub>3</sub>Al<sub>2</sub>(BO)<sub>3</sub>(Si<sub>4</sub>O<sub>12</sub>)OH - štiričlenski obroč, turmalin NaMg<sub>3</sub>Al<sub>6</sub>(BO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>(Si<sub>6</sub>O<sub>18</sub>)(OH)<sub>4</sub> - šestčlenski obroč), ''nitaste silikate z enojimi nitmi'' (pirokseni X<sup>2+</sup>SiO<sub>3</sub> ali W<sup>+</sup>Y<sup>3+(</sup>SiO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>), ''nitaste silikate z dvojnimi nitmi'' (amfibola tremolit Ca<sub>2</sub>Mg<sub>2</sub>Si<sub>8</sub>O<sub>22</sub>(OH)<sub>2</sub> in feroaktinolit Ca<sub>2</sub>Fe<sub>5</sub>Si<sub>8</sub>O<sub>22</sub>(OH)<sub>2</sub>), ''plastnate silikate'' (lojevec Mg<sub>3</sub>(Si<sub>4</sub>O<sub>10</sub>)(OH)<sub>2</sub>, pirofilit Al<sub>2</sub>(Si<sub>4</sub>O<sub>10</sub>)(OH)<sub>2</sub> in muskovit KAl<sub>2</sub>(AlSi<sub>3</sub>O<sub>10</sub>)(OH)<sub>2</sub>) in tridimenzionalne ''paličaste silikate'' (glinenci albit Na(AlSi<sub>3</sub>O<sub>8</sub>) - 25 % tetraedrov zaseda Al<sup>3+</sup>, anortit Ca(Al<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>8</sub>) - 50 % tetraedrov zaseda Al<sup>3+</sup> in ortoklaz K(AlSi<sub>3</sub>O<sub>8</sub>)).<ref name="Dobnikar"/>
Drug primer je elementarni [[kositer]] (Sn), ki je pri sobni temperaturi koven, pri nizki temperaturi pa krhek. Pri normalni temperaturi in tlaku naletimo na njegova glavna alotropa α- in β-kositer, bolj znana kot sivi in beli kositer. Pri temperaturah nad 161 °C in tlakih preko nekaj Gpa obstojata tudi alotropa γ- in σ-.<ref>{{cite journal|
==Fizikalne lastnosti==
Dvajset od 32 kristalnih razredov ima [[piezoelektričnost|piezoelektrične]] lastnosti, se pravi da pri mehanski obremenitvi generirajo električno polje oziroma električni potencial.<ref>{{cite book |title=Principles of Instrumental Analysis |edition=6th |year=2007 |
Nekatere kristalne strukture, predvsem perovskitne, imajo feroelektrične lastnosti. Pojav je analogen [[feromagnetizem|feromagnetizmu]] v tem, da v odsotnosti električnega polja med nastajanjem feroelektrični kristal ni polaren. Kasneje se kristal v dovolj velikem električnem polju permanentno polarizira. Polarizacija se z dovolj velikim nasprotnim nabojem kasneje lahko obrne, tako kot se lahko obrne polarnost feromagneta. Pri tem je treba poudariti, da se snovi sicer imenujejo feroeklektrične, vendar je pojav posledica njihove kristalne strukture in ne prisotnosti [[železo|železa]] in njemu podobnih kovin.
| |||