10 fakta mengenai kristalografi

10 fakta mengenai kristalografi

Artyom Oganov,
Profesor Fakulti Sains Bumi dan Fakulti Fizik dan Astronomi Universiti Negeri New York
"Trinity Option" №15 (84), 02 Ogos 2011

  1. Crystallography adalah sains interdisipliner mengenai struktur atom dan sifat-sifat bahan, sejenis jambatan antara fizik, kimia, sains bahan, geologi dan planet, dan biologi. Pengasas kristalografi ialah Dane Nikolay Stenon (Niels stensen, 1638-1686), yang merumuskan undang-undang ketabahan sudut-sudut antara muka kristal, yang menjadi undang-undang kristal pertama (1669). Stenon kemudiannya menjadi uskup, menjalani kehidupan pertapa, dan telah dinobatkan oleh Gereja Katolik.
  2. Kebanyakan bahan adalah kristal. Kristal adalah badan padat yang struktur atomnya mempunyai tempoh translasi. Sebagai tambahan kepada periodicity, kristal sering memiliki unsur-unsur lain simetri (paksi, planar, dan penyongsangan). Bilangan struktur kristal yang berbeza adalah tak terhingga, tetapi semuanya tergolong dalam 230 kumpulan simetri, yang mula-mula diperoleh pada tahun 1890 oleh E. S. Fedorov (1853-1919).
  3. Struktur kristal ditentukan oleh fenomena difraksi,kerana kedudukan dan intensiti sinar difrika (sinar-X, neutron, elektron, sinar gamma) mengandungi maklumat mengenai susunan atom dalam struktur. Struktur pertama diselesaikan oleh U.G. dan U.L. Braggie pada tahun 1913, dan fenomena yang sangat difraksi sinar-X pada kristal telah ditemui oleh M. von Laue pada tahun 1912. Sekarang juga boleh dipercayai meramalkan struktur kristal, contohnya, menggunakan algoritma evolusi. Kaedah crystallographic digunakan untuk menentukan struktur biomolekul (DNA, protein, dan lain-lain).
  4. Menggunakan difraksi sinar-X, seseorang boleh menentukan butiran pengedaran ketumpatan elektron dalam kristal dan menganalisis ikatan kimia. Pembelahan neutron memberi maklumat tentang ketumpatan putaran. Kedua-dua jenis pembelauan memberikan maklumat mengenai magnitud anjakan haba atom dan tahap gangguan. Data ini, sebagai peraturan, berada dalam persetujuan yang baik dengan hasil pengiraan mekanik kuantum.

    (aA) Struktur kristal ais, yang menunjukkan lokasi molekul H2A. Crystal dicirikan oleh periodicity of structure.
    (b) M-karbon, pengubahsuaian baru karbon, yang strukturnya difahami hanya pada tahun 2006-2009.(A. R. Oganov, Q. Li)

  5. Jenis ikatan kimia dan struktur kristal ditentukan oleh sifat-sifat atom – radii, elektronegativiti, dan polarizability mereka. Ciri-ciri ini bergantung kepada persekitaran atom dalam kristal dan sebahagian besarnya bersyarat. Terdapat beberapa sistem radiasi dan skala elektronegativiti.
  6. Kristal – walaupun yang paling biasa, tetapi hanya satu bentuk bentuk pepejal yang diketahui dengan susunan jarak jauh. Fasa tidak seimbang juga diketahui (mereka mempunyai struktur berkala asas yang terganggu oleh gelombang berkala supaya tempoh berkala hilang dalam struktur yang terhasil, atau terdapat dua substruktur secara berkala, nisbah tempoh yang tidak rasional, yang menyebabkan kehilangan tempoh keseluruhan struktur) dan quasicrystals.
  7. Quasicrystals, suatu keadaan perkara yang khusus dengan susunan jarak jauh, tetapi tanpa tempoh translasi, ditemui pada tahun 1982 oleh D. Shechtman. Beberapa elemen simetri (paksi pesanan ke-5, 7 dan lebih tinggi) tidak sesuai dengan tempoh tiga dimensi. Quasicrystals yang terkenal dengan paksi simetri pesanan ke-5, 8, 10 dan 12. Semua quasicrystals yang diketahui adalah aloi, agregat supramolecular, atau agregat zarah koloid. Tidak satu quasicrystal ion diketahui. (a) Gamma-boron, pengubahsuaian superhard baru boron, dibuka pada tahun 2007 (Oganov, 2009) dan mempunyai ciri unik ikatan kimia.
    (b) Struktur kristal daripada pengubahsuaian natrium telus bukan logam, yang diramalkan dan kemudian diperoleh pada tekanan lebih dari 2 juta atmosfera. Orange "awan" menunjukkan kawasan penyetempatan elektron valensi.
    (dalam) Walaupun harta seperti warna umumnya bergantung kepada arah, seperti yang ditunjukkan di sini untuk cordierite (Mg, Fe)2Al4Si5O18.
  8. Struktur kristal menentukan banyak sifatnya. Tidak seperti gelas dan cecair, kristal boleh mempunyai beberapa sifat yang menarik (ferroelektrik, piezoelektrik, birefringence), dan sifat mereka boleh bergantung kepada arah. Apabila tekanan dan suhu berubah, struktur boleh berubah (ini dipanggil peralihan fasa). Peralihan fasa adalah jenis pertama (perubahan lompat dalam struktur dan semua sifat) atau jenis kedua (struktur dan sebahagian sifat berubah dengan lancar, dan simetri dan beberapa sifat berubah mengikut cara lompat). Peralihan fasa yang berlaku di dalam jubah bumi, menerangkan perubahan dramatik dalam sifat-sifat batuan Bumi dengan kedalaman yang direkodkan oleh ahli seismologi. Tekanan di pusat Bumi ialah 3.64 juta atmosfera.
  9. Kimia bahan berubah dengan ketara di bawah tekanan, dan banyak yang tidak difahami sepenuhnya. Khususnya, logam mudah (Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba, Al) di bawah tekanan membentuk struktur yang sangat rumit, yang masih belum dijelaskan sepenuhnya. Pada masa yang sama, fakta-fakta yang mengejutkan seperti metalisasi dan peralihan oksigen dan sulfur ke keadaan superconducting dan kehilangan natrium metalikiti di bawah tekanan difahami dengan baik.
  10. Satu perhatian besar penyelidik dan pengamal juga tertarik dengan kristal fotonik – metamaterial, di mana indeks bias berubah dengan frekuensi yang setanding dengan panjang gelombang cahaya. Kristal fotonik mempunyai sifat penapis optik. Satu contoh kristal fotonik semulajadi adalah opal, yang terdiri daripada globular silika amorf yang berkala.

Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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