Krystallstruktur er hvordan atomene er ordnet i et krystallinsk fast stoff.
krystallstruktur
Krystallstruktur. A) Romsentrert kubisk gitter, hvert atom er omgitt av 8 nærmere naboer (8-koordinasjon). Eksempler: α-jern, krom. B) Flatesentrert kubisk gitter med koordinasjonstall 12, svarer til den kubisk tetteste kulepakning. Eksempler: ß-jern, kobber, gull, sølv. C) Heksagonalt gitter med 12-koordinasjon, svarer til den heksagonale tetteste kulepakning. Eksempler: magnesium, sink.
Beskrivelse
Krystallstruktur som viser et eksempel på tetteste kulepakning av like store kuler. Figur a viser en kulepakning av typen ABAB... mens figur b viser en kulepakning av typen ABCABC...
En krystall kan beskrives som en tredimensjonal stabel av enhetsceller. Når krystallstrukturen er bestemt, betyr det at vi vet hvilke atomer som er i enhetscellen, og hvordan de er plassert der. For tyngre atomer enn hydrogen kan dette bestemmes med røntgenkrystallografi. For hydrogenatomer kan posisjonen til atomene bestemmes med nøytrondiffraksjon. Man kan finne mer informasjon ved å bruke forskjellige spektroskopiske metoder.
De første krystallstrukturene ble bestemt i 1912. Det var strukturen av enkle uorganiske salter og metaller. Siden har stadig mer kompliserte strukturer av betydning blitt bestemt både i mineralogi, faststoff-fysikk, organisk kjemi, biokjemi og biologi. Den internasjonale foreningen for krystallografi kalles IUCr (International Union of Crystallography).
Tetteste kulepakning
Krystallstruktur. Sammenhengen mellom radiusforholdet for kation og anion (Rk:Ra) og koordinasjonstallet (K.T.). Ionene er regnet å være kuler som berører hverandre. Jo større kationet er, jo flere anioner kan stables omkring det. Det høyeste antall er 12. Da er alle kulene like store, og vi har en tetteste kulepakning, evt. en tilnærmet tetteste kulepakning (kubus – oktaeder som vist i figuren). I krystallstrukturer vil ofte koordinasjonspolyedrene (vist til høyre på figuren) kunne avvike fra sine regulære former, og koordinasjonstall som 5, 7 eller 9 kan også forekomme.
Strukturen av mange metaller kan beskrives som former av tetteste kulepakning. Et eksempel på dette vises i figurene til høyre. I de to figurene symboliserer sirklene kuler som tenkes plassert over hverandre i horisontale lag. Lagene er tegnet sett ovenfra.
De nederste kulene (grå) ligger helt inntil hverandre, lag A. I groper på oversiden av dette laget ligger et kulelag, B (blå), hvor kulene også ligger inntil hverandre. Kulene i det tredje laget, C (grønne), kan plasseres på to måter: Den ene måten går ut på at kulene legges i groper rett over sentrum til kulene i lag A, for eksempel i punktet P (figur a). Kulene i det tredje laget og lag A blir da liggende rett over hverandre slik som i figuren. En kulepakning bygd på dette prinsippet kalles heksagonale tetteste kulepakning. I denne er det altså to lag (A og B) som avvekslende gjentar seg. Man skriver ofte at rekkefølgen av lag er ABAB og så videre.
Den andre muligheten (figur b) går ut på at kulene i det tredje laget plasseres i groper som svarer til punktet Q i figur a. Det nye kulelaget (lag C) blir nå liggende noe forskjøvet både i forhold til lag A og lag B. En kulepakning bygd på dette prinsippet kalles kubisk tetteste kulepakning. Rekkefølgen av kulelagene her er ABCABC og så videre.
Samlet fyller kulene i både den heksagonale og kubisk tetteste kulepakningen 74 % av det rom som står til rådighet.
Forkortelser for krystallstrukturer
Krystallstruktur. Krystallstrukturen for natriumklorid (NaCl). For oversiktens skyld er ionene tegnet som små og like store kuler. Ioneradiene for Na+ og Cl– er imidlertid henholdsvis 0,099 og 0,181 nm. Dette gir et radiusforhold på 0,547 som svarer til 6-koordinasjon (oktaeder-koordinasjon), dvs. hvert ion er omgitt av 6 nabo-ioner med motsatt ladning. Et slikt koordinasjonspolyeder er angitt på figuren.
I mange sammenhenger bruker man engelske forkortelser når det er snakk om ulike krystallstrukturer:
- BCC – Body-centered cubic, romsentrert kubisk
- FCC – Face-centered cubic, flatesentrert kubisk
- HCP – Hexagonal close-packed, heksagonal tettpakket
Les mer i Store norske leksikon
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.