10 fakta om krystallografi

10 fakta om krystallografi

Artyom Oganov,
Professor i Det Jordfaglige Fakultet og Fakultet for fysikk og astronomi ved Statens Universitet i New York
"Trinity Option" №15 (84), 2. august 2011

  1. Krystallografi er en tverrfaglig vitenskap om atomens struktur og egenskaper, en slags bro mellom fysikk, kjemi, materialvitenskap, geologi og planetologi og biologi. Grunnleggeren av krystallografi er Dane Nikolay Stenon (Niels stensen, 1638-1686), som formulerte loven om konstantitet av vinklene mellom krystallene, som ble den første loven om krystallografi (1669). Stenon ble senere biskop, levd et asketisk liv, og ble kanonisert av den katolske kirke.
  2. De fleste materialer er krystaller. En krystall er en solid kropp hvis atomstruktur har en translasjonell periodicitet. I tillegg til periodicitet har krystaller ofte andre elementer av symmetri (aksial, plan og inversjon). Antallet forskjellige krystallstrukturer er uendelig, men de tilhører alle 230 symmetrigrupper, først avledet i 1890 av E. S. Fedorov (1853-1919).
  3. Strukturen av krystallene bestemmes av diffraksjonsfenomenet,siden plasseringen og intensiteten til de diffrakterte strålene (røntgen-, neutron-, elektron-, gammastråler) inneholder informasjon om arrangementet av atomer i strukturen. De første strukturer ble løst av U.G. og U.L. Braggie i 1913, og selve fenomenet røntgendiffraksjon på krystaller ble oppdaget av M. von Laue i 1912. Nå er det også mulig å forutsi strukturen av krystaller på en pålitelig måte, for eksempel ved hjelp av evolusjonære algoritmer. Krystallografiske metoder brukes til å bestemme strukturen av biomolekyler (DNA, proteiner, etc.).
  4. Ved hjelp av røntgendiffraksjon kan man bestemme detaljene for elektrondensitetsfordelingen i krystaller og analysere den kjemiske bindingen. Neutrondiffraksjon gir informasjon om spinntettheten. Begge typer diffraksjon gir informasjon om størrelsen på termiske forskyvninger av atomer og graden av lidelse. Disse dataene er som regel i god overensstemmelse med resultatene av kvantemekaniske beregninger.

    (ogA) Krystallstruktur av is, som viser plasseringen av molekylene H2A. Krystall er preget av periodisk struktur.
    (b) M-karbon, en ny modifikasjon av karbon, hvis struktur ble forstått bare i 2006-2009.(A. R. Oganov, Q. Li)

  5. Typen av kjemisk binding og krystallstrukturen bestemmes av egenskapene til atomene – deres radius, elektronegativiteter og polarisasjoner. Disse egenskapene avhenger av atomenes atmosfære i krystallet og er i stor grad betinget. Det finnes flere systemer med radius- og elektronegativitetsskalaer.
  6. Krystall – selv om den vanligste, men bare en av de kjente former av fast materiale med lang rekkefølge rekkefølge. Uforholdsmessige faser er også kjent (de har en grunnleggende periodisk struktur forstyrret av en periodisk bølge slik at periodiciteten forsvinner i den resulterende strukturen, eller det er to periodiske understrukturer, hvor forholdet mellom perioder er irrasjonelt, hvilket fører til tap av strukturens generelle periodicitet) og kvasikrystaller.
  7. Quasicrystals, en spesiell tilstand av materie med lang rekkefølge rekkefølge, men uten translasjonell periodicitet, ble oppdaget i 1982 av D. Shechtman. Et antall symmetrielementer (akser av 5., 7. og høyere ordre) er uforenlige med tredimensjonal periodicitet. Kjente kvasikrystaller med symmetriaksier av 5., 8., 10. og 12. ordre. Alle kjente kvasikrystaller er legeringer, supramolekylære aggregater eller aggregater av kolloidale partikler. Ikke en enkelt ion kvasikrystal er kjent. (og) Gamma-bor, en ny superhard modifikasjon av bor, åpnet i 2007 (Oganov, 2009) og besitter den unike karakteren av kjemisk binding.
    (b) Krystallstrukturen av en ikke-metallisk transparent modifikasjon av natrium, spådd og deretter oppnådd ved et trykk på over 2 millioner atmosfærer. Oransje "skyer" viser områder av lokalisering av valenselektroner.
    (i) Selv en egenskap som farge avhenger vanligvis av retning, som vist her for cordierite (Mg, Fe)2Al4Si5O18.
  8. Strukturen av en krystall bestemmer mange av dens egenskaper. I motsetning til briller og væsker kan krystaller ha en rekke interessante egenskaper (ferroelektriske, piezoelektriske, birefringence), og deres egenskaper kan avhenge av retning. Når trykk og temperatur endres, kan strukturen endres (dette kalles en faseovergang). Faseoverganger er av den første type (brå forandring av strukturen og egenskaper) eller andre orden (struktur og egenskaper varierer jevnt parti, og symmetrien og noen egenskaper – diskontinuerlig). Faseoverganger som forekommer i jordens mantel, forklarer de dramatiske endringene i egenskapene til jordens bergarter med dybde registrert av seismologer. Trykket i sentrum av Jorden er 3,64 millioner atmosfærer.
  9. Kjemien til et stoff endres betydelig under trykk, og mye forstås ikke fullt ut. Spesielt gjør simple metaller (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Al) under trykk ekstremt komplekse strukturer, som fremdeles ikke er fullstendig forklart. Samtidig forstås slike overraskende fakta som metalliseringen og overgangen av oksygen og svovel til superledende tilstand og natriumtapet av metallicitet under trykk.
  10. En stor oppmerksomhet fra forskere og utøvere er også tiltrukket av fotoniske krystaller – metamaterialer, hvor brytningsindeksen endres med en frekvens som er sammenlignbar med lysets bølgelengde. Photonic krystaller har egenskapene til optiske filtre. Et eksempel på en naturlig fotonisk krystall er opal, bestående av periodisk lokaliserte globuler av amorf silisiumdioksyd.

Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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