10 fapte despre cristalografie

10 fapte despre cristalografie

Artyom Oganov,
Profesor la Facultatea de Științe a Pământului și la Facultatea de Fizică și Astronomie a Universității de Stat din New York
"Trinity Option" №15 (84), 02 august 2011

  1. Cristalografia este o știință interdisciplinară asupra structurii atomice și a proprietăților materialelor, un fel de punte între fizică, chimie, știința materialelor, geologie și planologie și biologie. Fondatorul cristalografiei este Dane Nikolay Stenon (Niels stensen, 1638-1686), care a formulat legea constanței unghiurilor dintre fețele cristalelor, care a devenit prima lege a cristalografiei (1669). Stenon a devenit mai târziu episcop, a trăit o viață ascetică și a fost canonizat de Biserica Catolică.
  2. Majoritatea materialelor sunt cristale. Un cristal este un corp solid al cărui structură atomică are o periodicitate de translație. Pe lângă periodicitate, cristalele posedă adesea alte elemente de simetrie (axial, planar și inversiune). Numărul diferitelor structuri cristaline este infinit, dar toate aparțin grupurilor de 230 de simetrii, derivate pentru prima dată în 1890 de E. S. Fedorov (1853-1919).
  3. Structura cristalelor este determinată de fenomenul de difracție,deoarece poziția și intensitatea razelor difractate (raze X, neutroni, electroni, raze gamma) conțin informații despre aranjamentul atomilor din structură. Primele structuri au fost rezolvate de U.G. și U.L. Braggie în 1913, iar fenomenul de difracție a razelor X pe cristale a fost descoperit de M. von Laue în 1912. Acum este, de asemenea, posibil să preziceți în mod fiabil structura cristalelor, de exemplu, folosind algoritmi evolutivi. Metodele cristalografice sunt utilizate pentru determinarea structurii biomoleculelor (ADN, proteine ​​etc.).
  4. Utilizând difracția cu raze X, se pot determina detaliile distribuției densității electronice în cristale și se poate analiza legătura chimică. Difracția neutronică oferă informații despre densitatea de spin. Ambele tipuri de difracție oferă informații despre amploarea deplasărilor termice ale atomilor și gradul de tulburare. Aceste date, de regulă, sunt în concordanță cu rezultatele calculelor cuantice-mecanice.

    (șiA) Structura cristalină a gheții, care arată localizarea moleculelor H2A. Cristalul este caracterizat prin periodicitatea structurii.
    (b) M-carbon, o nouă modificare a carbonului, a cărui structură a fost înțeleasă abia în 2006-2009.(A. R. Oganov, Q. Li)

  5. Tipul legăturii chimice și structura cristalină sunt determinate de proprietățile atomilor – razele, electronegativitățile și polarizabilitățile acestora. Aceste proprietăți depind de mediul atomilor din cristal și sunt în mare măsură condiționate. Există mai multe sisteme de raze și scale de electronegativitate.
  6. Cristal – deși cea mai obișnuită, dar numai una dintre formele cunoscute de materie solidă cu ordine pe termen lung. Fazele disproporționate sunt de asemenea cunoscute (ele au o structură periodică de bază perturbată de un val periodic astfel încât periodicitatea dispare în structura rezultantă sau există două substructuri periodice, raportul dintre perioadele fiind irațional, ceea ce duce la pierderea periodicității globale a structurii) și quasicristale.
  7. Quasicrystals, o stare specială a materiei cu o ordine de lungă durată, dar fără periodicitate de translație, au fost descoperite în 1982 de către D. Shechtman. Un număr de elemente de simetrie (axele ordinelor 5, 7 și superioare) sunt incompatibile cu periodicitatea tridimensională. Cvasicristale cunoscute cu axe de simetrie ale ordinelor 5, 8, 10 și 12. Toate cvasicristalele cunoscute sunt aliaje, agregate supramoleculare sau agregate de particule coloidale. Nu este cunoscut nici un singur quasicrystal ionic. (și) Gama-bor, o nouă modificare superioară a borului, deschisă în 2007 (Oganov, 2009) și posedă un caracter unic al legăturilor chimice.
    (b) Structura cristalină a unei modificări transparente nemetalice a sodiului, prezisă și apoi obținută la o presiune de peste 2 milioane de atmosfere. Portocalii "nori" prezintă zone de localizare a electronilor de valență.
    (în) Chiar și o proprietate precum culoarea depinde în general de direcție, așa cum se arată aici pentru cordierită (Mg, Fe)2Al4si5O18.
  8. Structura unui cristal determină multe dintre proprietățile sale. Spre deosebire de ochelari și lichide, cristalele pot avea o serie de proprietăți interesante (feroelectrice, piezoelectrice, birefringență), iar proprietățile lor pot depinde de direcție. Când se schimbă presiunea și temperatura, structura se poate schimba (aceasta se numește o tranziție de fază). Tranzițiile de fază sunt de tipul primului (o schimbare în structură și toate proprietățile) sau a celui de-al doilea tip (structura și o parte a proprietăților se schimbă fără probleme, iar simetria și unele proprietăți se schimbă într-o manieră similară jump). Tranzițiile de fază care apar în mantaua Pământului explică schimbările dramatice ale proprietăților pietrelor Pământului cu adâncimea înregistrată de seismologi. Presiunea din centrul Pamântului este de 3,64 milioane de atmosfere.
  9. Chimia unei substanțe se schimbă semnificativ sub presiune și multe nu sunt pe deplin înțelese. În special, metalele simple (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Al) sub presiune formează structuri extrem de complexe, care nu sunt încă pe deplin explicate. În același timp, asemenea fapte surprinzătoare precum metalizarea și tranziția oxigenului și sulfului la starea supraconductoare și pierderea de sodiu a metalei sub presiune sunt bine înțelese.
  10. O mare atenție a cercetătorilor și practicanților este atrasă și de cristalele fotonice – metamateriale, în care indicele de refracție se schimbă cu o frecvență comparabilă cu lungimea de undă a luminii. Fotonii au proprietăți ale filtrelor optice. Un exemplu de cristal fotonic natural este opalul, constând din globule de silice amorfă localizate periodic.

Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: