Krystallografi

Krystallografi er vitenskapen som studerer krystaller . De fleste mineraler , organiske forbindelser og mange materialer vedtar krystallinske strukturer når gunstige forhold har oppstått. Opprinnelig inkluderte studiet av krystallografi studiet av veksten og ytre geometrien til disse krystallene, og gikk senere videre til studiet av deres indre struktur og kjemiske sammensetning . [ 1 ] Interne strukturstudier er sterkt avhengige av analyse av diffraksjonsmønstresom oppstår fra en krystallinsk prøve ved å bestråle den med en stråle av røntgenstråler , nøytroner eller elektroner . Krystallstrukturen kan også studeres ved hjelp av elektronmikroskopi . Et av målene er å kjenne den relative posisjonen til atomene , ionene og molekylene som utgjør dem og deres mønstre for repetisjon eller pakking, det vil si deres tredimensjonale struktur.

Arrangementet av atomer i en krystall kan være kjent ved røntgen- , nøytron- eller elektrondiffraksjon . Krystallografisk kjemi studerer forholdet mellom den kjemiske sammensetningen, arrangementet av atomer og bindingskreftene mellom dem. Dette forholdet bestemmer fysiske og kjemiske egenskaper til mineraler.

Når forholdene er gunstige, har hvert kjemisk element eller forbindelse en tendens til å krystallisere i en bestemt og karakteristisk form. Således har vanlig salt en tendens til å danne kubiske krystaller , mens granat , som noen ganger også danner terninger, oftere finnes i dodekaeder eller triakisoktaeder . Til tross for deres forskjellige former for krystallisering, krystalliserer salt og granat alltid i samme klasse og system.

Trettito krystallinske klasser er teoretisk mulige, men bare et dusin inkluderer praktisk talt alle vanlige mineraler, og noen klasser har aldri blitt observert. Disse trettito klassene er gruppert i seks krystallsystemer, preget av lengden og posisjonen til deres akser. Mineralene i hvert system deler noen kjennetegn ved symmetri og krystallform, samt mange viktige optiske egenskaper.

Krystallografi er en viktig teknikk i flere vitenskapelige disipliner, som kjemi , fysikk og biologi , og har en rekke praktiske anvendelser innen medisin , mineralogi og utvikling av nye materialer. For sin rolle i å "takle utfordringer som sykdom og miljøproblemer", erklærte UNESCO 2014 som det internasjonale året for krystallografi . [ 2 ]

Opprinnelsen til navnet

Den første bruken av begrepet krystallografi knyttet til studiet av krystaller skyldes den sveitsiske legen og iatrokjemikeren Moritz Anton Cappeller (1685-1769), som brukte det i 1723 i sitt arbeid Prodromus crystallographiae de crystallis improprie sic dictis commentarium . [ 3 ] [ 4 ]

Teori

Et krystallinsk materiale er et der atomene er strukturert i nettverk basert på tredimensjonal repetisjon av komponentene. Den repeterende strukturen kalles en enhetscelle . Krystaller er klassifisert basert på enhetscellesymmetriegenskaper. Disse symmetriegenskapene manifesteres noen ganger også i makroskopiske symmetrier til krystallene, for eksempel geometriske former eller bruddplan. Studiet av krystallografi krever litt kunnskap om symmetrigruppen .

Symmetrielementer

De grunnleggende cellene i en krystall presenterer elementer av symmetri, som er:

Symmetriakse: det er en imaginær linje som går gjennom krystallen, rundt hvilken den, når den gjør en hel sving, gjentar det samme aspektet to eller flere ganger. Aksene kan være: monære, hvis de roterer motivet en gang (360°); binær, hvis de roterer den to ganger (180°); ternær, hvis de roterer den tre ganger (120°); kvartær, hvis du roterer den fire ganger (90°); eller senarioer, hvis de roterer motivet seks ganger (60°).
Symmetriplan: Det er et tenkt plan som deler krystallen i to speilsymmetriske halvdeler, som refleksjonen i et speil , inne i cellen. Det kan være flere symmetriplan. Det er representert med bokstaven m .
Symmetrisenter: det er et punkt inne i cellen som, når det er sammenføyd med noen av overflatene, gjentar et lignende punkt på den andre siden av senteret og i samme avstand.
Krystallsystemer: alle krystallgitter, som krystaller, som er en konsekvens av gitter, har elementer av symmetri. Hvis de 230 romlige gruppene klassifiseres i henhold til symmetrielementene de har, oppnås 32 symmetriklasser (som hver samler alle de krystallinske formene som har de samme symmetrielementene), dvs. regulære eller kubiske, tetragonale, sekskantede, romboedrale, rombisk, monoklinisk og triklinisk.

Krystallvanetyper

Vanen er det ytre utseendet til krystallen, de forskjellige typene vaner avhenger av strukturen til mineralet og de ytre forholdene de dannes under, de er:

Krystallinsk vane : det er utseendet som en krystall presenterer som en konsekvens av den forskjellige utviklingen av ansiktene.
Acikulær vane : krystaller med stor utvikling av vertikale flater. De ser ut som nåler.
Bladlig vane : krystaller med utseende av blader på grunn av den store utviklingen av de horisontale ansiktene.

Krystallografiske former

Det er settet med like ansikter som er relatert ved deres symmetri:

Enkelt ansikt: pedion
To ansikter:
- Pinacoid: lik og parallell relatert av et plan eller en binær akse.
- Dome: ikke-parallelle som er relatert av et fly.
- Sphenoid: ikke-parallell relatert av en binær akse.
Prismer , pyramider , bipyramider , trapesoeder , scalenohedrons.
krystallinske klasser.

De mulige gruppene av symmetrielementer i krystaller er bare trettito, som igjen er gruppert i de såkalte syv krystallsystemene (kubiske, tetragonale, sekskantede, trigonale eller romboedriske, ortorhombiske, monokliniske og trikliniske).

Egenskaper

Triklinisk system (a≠b≠c ≠ ≠ ≠90°): det har ingen minimumssymmetri. $?$ $\beta$ $\gamma$
Monoklinisk system (a≠b≠c = =90°≠ >90°): Det presenterer som minimumssymmetri en binær rotasjonsakse eller en binær inversjonsakse (= symmetriplan) $?$ $\gamma$ $\beta$
Ortorhombisk system (a≠b≠c = = =90°): Det har minst tre binære akser vinkelrett på hverandre. $?$ $\beta$ $\gamma$
Tetragonalt system (a=b≠c = = =90°): dets grunnleggende karakteristikk er en kvartær rotasjonsakse eller en kvartær inversjonsakse. $?$ $\beta$ $\gamma$
Heksagonalt system (a=b≠c = =90°, =120°): dets grunnleggende karakteristikk er tilstedeværelsen av en sinær rotasjonsakse eller en sinær inversjonsakse (ternær akse + vinkelrett symmetriplan). For større presisjon introduseres vanligvis en fjerde akse i, koplanar med a og b, som danner en vinkel på 120° med hver av dem, så det aksiale krysset vil være (a=b=i≠c = =90°, = 120°). $?$ $\beta$ $\gamma$ $?$ $\beta$ $\gamma$
Heksagonale Miller-indekser: siden vi jobber med en fjerde indeks, som er plassert i a1 a2-planet og 120° fra hver av disse aksene, vil de sekskantede planene representeres av fire indekser (hkil). Verdien av i bestemmes som -(h+k).
Romboedrisk eller trigonalt system (a=b=c = = ≠90°): deres felles karakteristikk er tilstedeværelsen av en ternær rotasjonsakse eller en ternær inversjonsakse (ternær akse + symmetrisenter). $?$ $\beta$ $\gamma$
Kubisk system (a=b=c = = =90°): dets grunnleggende karakteristikk er fire ternære rotasjonsakser skråstilt med 109,47°. $?$ $\beta$ $\gamma$

Metoder

Krystallografiske metoder er sterkt avhengige av analysen av diffraksjonsmønstrene som oppstår fra en krystallinsk prøve når de bestråles med en stråle av røntgenstråler, nøytroner eller elektroner . Krystallstrukturen kan også studeres ved hjelp av elektronmikroskopi .

Krystallografi i biologi

Røntgenassistert krystallografi er hovedmetoden for å skaffe strukturell informasjon i studiet av proteiner og andre organiske makromolekyler (som DNA- dobbelthelixen , hvis form ble identifisert i røntgendiffraksjonsmønstre). Analysen av slike komplekse molekyler, og spesielt med liten symmetri, krever en veldig kompleks analyse, ved bruk av datamaskiner slik at den foreslåtte molekylmodellen og krystallpakkingen stemmer overens med det eksperimentelle diffraksjonsmønsteret. Protein Data Bank ( PDB) inneholder strukturell informasjon om proteiner og andre biologiske makromolekyler.

Krystallografi i materialteknikk

Egenskapene til krystallinske materialer avhenger i stor grad av deres krystallstruktur. Tekniske materialer er generelt polykrystallinske materialer. Akkurat som egenskapene til enkeltkrystallen er gitt av egenskapene til atomene i materialet, bestemmes egenskapene til polykrystallene av egenskapene og den romlige orienteringen til krystallene som utgjør den.

Røntgendiffraksjonsteknikken gjør det mulig å studere strukturen til enkeltkrystallen ved å identifisere diffraksjonsplanene i henhold til Braggs lov , som er nyttig for å bestemme faser. I tillegg tillater krystallografiske metoder også distribusjon av krystallografiske orienteringer i et materiale som skal studeres, også kjent som krystallografisk tekstur .

Se også

Referanser

↑ López-Acevedo Cornejo, Victoria (1993). "Introduksjon". Modeller i krystallografi . Side 9: Kvinne. s. 233. ISBN 8460476626 . |fechaacceso=krever |url=( hjelp )
^ "Internasjonalt år for krystallografi" . forente nasjoner
↑ Cappeller, MA (1723) Prodromus crystallographiae, de cristallis improprie sic dictus commentarium . Luzern. 43 sider
↑ Amorós, JL (1978) Glassets store eventyr . Redaksjonell for Complutense University of Madrid. S. 156 [E. Prints Complutense, 2015]

Eksterne lenker

Wikimedia Commons er vert for en mediekategori om krystallografi .
Wiktionary har definisjoner og annen informasjon om krystallografi .
Wikiversity er vertskap for læringsprosjekter om krystallografi .
Martinez Ripoll, Martin. "Krystallografi" . Avdeling for krystallografi og strukturell biologi, Rocasolano Chemical-Physical Institute , CSIC .
Internasjonalt år for krystallografi