Kristalna struktura: Razlika med redakcijama

Izbrisana vsebina Dodana vsebina
Andel (pogovor | prispevki)
m Popravil nekaj evidentno zatipkanih mest in dodal povezavo na Slo wiki stran o feroelektrikih.
Vrstica 22:
===Ploskve in smeri===
Kristalografske smeri so navidezne premice, ki povezujejo vozlišča kristala (atome, ione ali molekule), kristalografske ploskve pa navidezne ravnine, ki povezujejo vozlišča. Gostota kristalnih ploskev vpliva na naslednje lastnosti kristala:
* Optične lastnosti, na primer [[lomni količnik]], ki je neposredno povezan z gostoto ali periodičnim spreminjenjemspreminjanjem gostote.
* Adsorptivnost in reaktivnost: adsorbcija snovi in kemijske reakcije potekajo na ali blizu površinskih atomov in molekul, zato sta oba pojava odvisna od gostote vozlišč.
* [[Površinska napetost]]: kondenzacija snovi pomeni, da so atomi, ioni ali molekule bolj stabilni, če so obdani z drugimi podobnimi delci. Površinska napetost fazne meje je zato odvisna od gostote na površini.
Vrstica 31:
====Kubične strukture====
{{glavni|Kubični kristalni sistem}}
V posebnih primerih enostavnih kubičnih kristalov so mrežni vektorji ortogonalni (pravokotni) in enako dolgi in se običajno označujejo z ''a''. Nekaj podobnega velja za recipročno mrežo. V teh enostavnih primerih Millerjevi indeksi (ℓmn) in [ℓmn] označujejo norname oziroma smeri v pravokotnem koordinarnemkoordinatnem sistemu. Za kubične kristale z mrežno konstanto ''a'' je razdalja do sosednjih (ℓmn) mrežnih ploskev enaka
<center><math>d_{\ell mn}= \frac {a} { \sqrt{\ell ^2 + m^2 + n^2} }</math></center>
Zaradi simetrije kubičnih kristalov je možno spreminjati zaporedje in predznake ℓ, m in n, vse tako dobljene smeri in ploskve pa so ekvivalentne:
Vrstica 146:
Meje zrn ali meje kristalitov so stične ploskve identičnih, vendar različno orientiranih kristalov. Področja meja zrn vsebujejo atome, ki so izrinjeni iz svojih pravih položajev v kristalni mreži, dislokacije in nečistoče, ki so migrirale na energijsko siromašnejšo fazno mejo.
 
Z geometrijskega stališča je meja zrna vmesna ploskev v posameznem kristalu, ki je prerezan na dva dela, od katerih je eden zasukan. Za opis takšnega stanja je potrebnih pet spremenljivk: prvi dve spremenljivki izhajata iz enotskega vektorja, ki specificira osi rotacije, tretja opisuje kot zasuka zrna, zadnji dve pa pecificirataspecificirata ravnino meje zrna oziroma enotski vektor, ki je normalen na to ravnino.
 
Meje zrn ovirajo gibanje dislokacij skozi snov, zato je zmanjšanje velikosti zrn eden od pogostih načinov za izboljšanje mehanskih lastnosti snovi. Ker so kristalne meje napake v kristalni strukturi, težijo k zmanjšanju električne in toplotne prevodnosti snovi. Velika medploskovna energija in relativno šibke vezi na večini meja zrn imajo za posledico, da je meja zrn bolj dovzetna za korozijo in odlaganje novih faz iz trdne snovi. Meje zrn so odgovorne tudi za mnoge mehanizme polzenja.
 
Meje zrn so običajno široke samo nekaj nanometrov. V večini snovi so zrna dovolj velika, da meje zrn predstavljajo samo majhen del celotnagacelotnega volumna, nekatere snovi pa imajo tudi zelo drobna zrna. V nanokristaliničnih trdnih snoveh zavzamejo meje zrn velik del volumna snovi, kar močno vpliva na njihove lastnosti, na primer na [[difuzija|difuzijo]] in [[plastičnost]]. Ko se delež meja zrn približa 100 %, snov izgubi svoje kristalinične lastnosti in postane amorfna trdna snov.
 
==Defekti in nečistoče==
Vrstica 173:
Polimorfizem je lastnost trdne snovi, da ima več kot eno kristalno strukturo. Kristalne faze so skladno z Gibbsovimi zakoni o faznem ravnotežju odvisne od intenzivnih spremenljivk kot so tlak, temperatura in volumen. Polimorfizem najdemo v mnogih kristaliničnih snoveh, tudi v polimerih, mineralih in kovinah in je soroden z [[alotropija|alotropijo]], ki se pojavlja v trdnih elementih. Popolna morfologija snovi je poleg polimorfizma opisana tudi z drugimi spremenljivkami, na primer s kristalnim habitom (oblika in velikost), amorfnimi frakcijami in kristalografskimi defekti. Polimorfi imajo različne stabilnosti in se lahko pri neki temperaturi spontano pretvorijo iz metastabilne (termodinamsko nestabilne) oblike v stabilno obliko. Imajo tudi različna tališča, topnosti in rentgenografske vzorce.
 
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 verigakverigah, 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|first1 = A. M.|last1 = Molodets| first2 = Nabatov|last2= S. S.|title = Thermodynamic Potentials, Diagram of State, and Phase Transitions of Tin on Shock Compression|journal = High Temperature|volume = 38|issue = 5|year = 2000|pages = 715–721|doi = 10.1007/BF02755923}}</ref> Pri sobni temperaturi je obstojen kovinski kositer v stabilni kristalinični obliki, ki pri temperaturah pod 13,2 °C preide v sivo obliko z diamantno kubično strukturo, podobno [[diamant]]u, [[silicij]]u in [[germanij]]u. Sivi kositer nima kovinskih lastnosti. Je temnosiv prah, ki je uporaben samo izjemomoizjemoma kot [[polprevodnik]].<ref>{{cite book|publisher = Walter de Gruyter|year = 1985|edition = 91–100|issue = |pages = 793–800|isbn = 3110075113|title = Lehrbuch der Anorganischen Chemie|first1 = Arnold F.|last1 = Holleman|first2 = Wiberg|last2= Egon|first3= Wiberg|last3= Nils;|chapter = Tin| language = de}}</ref> Teperatura prehoda iz α- v β-obliko je uradno 13,2 °C, vendar jo nečistoče, na primer [[aluminij]] in [[cink]], znižajo na temperaturo pod 0 °C, z dodajanjem [[antimon]]a ali [[bizmut]]a pa do prehoda sploh ne pride.<ref>{{cite book|first = Mel|last = Schwartz |title = Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes|edition = 2nd|chapter = Tin and Alloys, Properties|publisher = CRC Press|year = 2002|isbn= 1566766613}}</ref>
 
==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 |first1=F. James |last1=Holler |first2=Skoog|last2= Douglas A|first3= Crouch|last3= Stanley R |chapter=Chapter 1 |page=9 |publisher=Cengage Learning |isbn=9780495012016}}</ref> Vsi piezoelektrični razredi so brez središča simetrije. [[Dielektričnost|Dielektrična]] [[polarizacija]] pod vplivom [[električno polje|električnega polja]] se pojavi v vseh snoveh, v tako imenovanih polarnih snoveh pa pride do takšne naravne ločitve naboja tudi v odsotnosti električnega polja. Polarnost ali nepolarnost snovi je odvisna izključno od njegove kristalne strukture. Polarnih je deset od 32 točkovnih skupin. Vsi polarni kristali so [[piroelektričnost|piroelektrični]], kar pomeni, da pri segravanjusegrevanju in ohlajanju generirajo kratkotrajen električni potencial. Omenjeni razredi se zato imenujejuimenujejo tudi piroelektrični razredi.
Nekatere kristalne strukture, predvsem perovskitne, imajo [[Feroelektrik|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 feroeklektričneferoelektrične, vendar je pojav posledica njihove kristalne strukture in ne prisotnosti [[železo|železa]] in njemu podobnih kovin.
 
==Sklici==