10 faktů o krystalografii

10 faktů o krystalografii

Artyom Oganov,
Profesor Fakulty věd o Zemi a Fyzikální a astronomická fakulta Státní univerzity v New Yorku
"Trinity Option" №15 (84), 2. srpna 2011

  1. Krystalografie je interdisciplinární věda o atomové struktuře a vlastnostech materiálů, druhu mostu mezi fyzikou, chemií, vědami o materiálech, geologií a planetologii a biologií. Zakladatelem krystalografie je Dane Nikolay Stenon (Niels stensen, 1638-1686), který formuloval zákon o stálosti úhlů mezi tvářemi krystalů, který se stal prvním zákonem krystalografie (1669). Stenon později se stal biskupem, žil asketickým životem a byl katolickou církví kanonizován.
  2. Většina materiálů je krystaly. Krystal je pevné tělo, jehož atomová struktura má periodicitu translace. Kromě periodicity mají krystaly často jiné prvky symetrie (axiální, rovinné a inverze). Počet různých krystalových struktur je nekonečný, ale všichni patří do 230 skupin symetrie, poprvé odvozených v roce 1890 E. S. Fedorovem (1853-1919).
  3. Struktura krystalů je určena difrakčním jevem,protože poloha a intenzita difrakčních paprsků (rentgenové, neutronové, elektronové, gama záření) obsahují informace o uspořádání atomů ve struktuře. První struktury řešily UG a UL Braggie v roce 1913 a právě fenomén rentgenové difrakce na krystalech objevil M. von Laue v roce 1912. Nyní je také možné spolehlivě předpovědět strukturu krystalů, například pomocí evolučních algoritmů. Pro určení struktury biomolekul (DNA, proteiny atd.) Se používají krystalografické metody.
  4. Pomocí rentgenové difrakce lze určit podrobnosti distribuce elektronové hustoty v krystalech a analyzovat chemickou vazbu. Neutronová difrakce poskytuje informace o hustotě odstřeďování. Oba typy difrakce poskytují informace o velikosti tepelných posunutí atomů a stupni poruchy. Tyto údaje zpravidla dobře odpovídají výsledkům kvantově-mechanických výpočtů.

    (aA) Krystalová struktura ledu, která ukazuje umístění molekul H2A. Krystal je charakterizován periodicitou struktury.
    (b) M-uhlík, nová modifikace uhlíku, jejíž struktura byla pochopena teprve v letech 2006-2009.(A. R. Oganov, Q. Li)

  5. Typ chemické vazby a krystalové struktury jsou určeny vlastnostmi atomů – jejich poloměry, elektřinou záření a polarizovatelností. Tyto vlastnosti závisí na prostředí atomů v krystalu a jsou do značné míry podmíněné. Existuje několik systémů radiálních a elektřinegativních měřítek.
  6. Křišťál – ačkoli je nejběžnější, ale pouze jedna ze známých forem pevných látek s dlouhým rozsahem. Rovněž jsou známy disproporcionální fáze (mají základní periodickou strukturu narušovanou periodickou vlnou, takže periodicita zmizí ve výsledné struktuře, nebo existují dvě periodické substruktury, poměr period, který je iracionální, což vede ke ztrátě celkové periodicity struktury) a kvazikrystalů.
  7. Quasikrystaly, zvláštní stav hmoty s dlouhým rozsahem, ale bez translační periodicity, objevil v roce 1982 D. Shechtman. Řada elementů symetrie (osy 5., 7. a vyššího řádu) je neslučitelná s třírozměrnou periodicitou. Známé quasikrystaly s osami symetrie 5., 8., 10. a 12. řádů. Všechny známé quasikrystaly jsou slitiny, supramolekulární agregáty nebo agregáty koloidních částic. Není známo žádné iontové quasikrystal. (a) Gamma-boron, nová superhrdina modifikace bóru, která byla otevřena v roce 2007 (Oganov, 2009) a má jedinečný charakter chemické vazby.
    (b) Krystalová struktura nekovové transparentní modifikace sodíku, předpovězená a získaná při tlaku nad 2 mil. Atmosfér. Oranžové "mraky" ukazují oblasti lokalizace valenčních elektronů.
    (v) Dokonce i vlastnost, jako je barva, obecně závisí na směru, jak je ukázáno zde pro kordierit (Mg, Fe)2Al4Si5O18.
  8. Struktura krystalu určuje mnoho jeho vlastností. Na rozdíl od brýlí a kapalin mohou krystaly mít řadu zajímavých vlastností (feroelektrické, piezoelektrické, birefringence) a jejich vlastnosti mohou záviset na směru. Při změně tlaku a teploty se struktura může změnit (to se nazývá fázový přechod). Fázové přechody jsou prvního druhu (skoková změna struktury a všech vlastností) nebo druhého druhu (konstrukce a část vlastností se mění plynule a symetrie a některé vlastnosti se mění skokově). Fázové přechody vyskytující se v plášti Země vysvětlují dramatické změny ve vlastnostech zemských hornin s hloubkou zaznamenanou seismology. Tlak ve středu Země je 3,64 mil. Atmosfér.
  9. Chemie látky se významně mění pod tlakem a mnoho z nich není plně pochopeno. Zejména jednoduché kovy (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Al) pod tlakem tvoří extrémně složité struktury, které ještě nejsou zcela vysvětleny. Současně jsou dobře známy takové překvapivé skutečnosti jako metalizace a přechod kyslíku a síry na supravodivý stav a ztráta sodíku kovu pod tlakem.
  10. Velkou pozornost vědců a praktiků také přitahují fotonické krystaly – metamateriály, u kterých se index lomu mění s frekvencí srovnatelnou s vlnovou délkou světla. Fotonické krystaly mají vlastnosti optických filtrů. Příkladem přírodního fotonického krystalu je opál, skládající se z periodicky umístěných kuliček amorfního oxidu křemičitého.

Like this post? Please share to your friends:

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