UKŁADY KRYSTALICZNE: POJĘCIE I CHARAKTERYSTYKA, TYPY, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te układy krystaliczne to zestaw geometrycznych cech i elementów symetrii, które umożliwiają różne klastry sortowania kryształu. Tak więc, w zależności od względnych długości jego boków, kąta między jego ścianami, jego wewnętrznych osi i innych aspektów geometrycznych, kształt jednego kryształu ostatecznie różni się od drugiego.

Chociaż układy krystaliczne są bezpośrednio związane z krystaliczną strukturą minerałów, metali, związków nieorganicznych lub organicznych, odnoszą się one bardziej do właściwości ich zewnętrznej formy, a nie do wewnętrznego uporządkowania ich atomów, jonów czy cząsteczek.

Bogatą różnorodność kryształów mineralogicznych i ich symetrie wspiera sześć systemów kryształów. Źródło: Pexels.

Sześć systemów kryształów jest sześciennych, tetragonalnych, sześciokątnych, rombowych, jednoskośnych i trójskośnych. Z układu sześciokątnego wywodzi się trygonalny lub romboedryczny. Każdy kryształ w stanie czystym po scharakteryzowaniu staje się jednym z tych sześciu układów.

W naturze czasami wystarczy spojrzeć na kryształy, aby wiedzieć, do którego systemu należą; pod warunkiem, że znasz dobrze krystalografię. W wielu przypadkach jest to jednak żmudne zadanie, ponieważ kryształy są „pomieszane” lub „zdeformowane” w wyniku warunków otoczenia podczas ich wzrostu.

Koncepcja i charakterystyka

Systemy krystaliczne mogą początkowo wydawać się abstrakcyjnym i trudnym do zrozumienia tematem. W naturze nie szukasz kryształów, które mają dokładny kształt sześcianu; ale dziel się z nim wszystkimi jego cechami geometrycznymi i izometrycznymi. Mając to na uwadze, nadal może być wizualnie niemożliwe ustalenie, do którego systemu kryształów należy próbka.

W tym celu istnieją instrumentalne techniki charakteryzacji, które wśród swoich wyników pokazują wartości pewnych parametrów, które ujawniają, który układ krystaliczny jest badany; a ponadto wskazuje chemiczne właściwości kryształu.

Preferowaną techniką charakteryzowania kryształów jest zatem krystalografia rentgenowska; w szczególności proszkowa dyfrakcja rentgenowska.

W skrócie: wiązka promieniowania rentgenowskiego oddziałuje z kryształem i uzyskuje się wzór dyfrakcyjny: szereg koncentrycznych punktów, których kształt zależy od wewnętrznego rozmieszczenia cząstek. Przetwarzanie danych kończy się obliczeniem parametrów komórki elementarnej; iw ten sposób określa się układ krystaliczny.

Jednak każdy system krystaliczny składa się z kolei z klas krystalicznych, których suma wynosi łącznie 32. Podobnie, pochodzą z nich inne różne formy dodatkowe. Dlatego kryształy są bardzo różnorodne.

Rodzaje układów kryształów

Sześcienny lub izometryczny

Sześcian jest tylko jedną z klas krystalicznych, które obejmuje system sześcienny. Źródło: Smiddle

Sześcienny lub izometryczny system odpowiada wysoce symetrycznym kryształom. Na przykład sześcian przedstawia szereg operacji symetrii, które go charakteryzują. W środku sześcianu wyobraź sobie, że narysowany jest krzyż, który dotyka twarzy u góry, u dołu i po bokach. Odległości są równe i przecinają się pod kątem prostym.

Jeśli kryształ odpowiada symetrii sześcianu, nawet jeśli nie ma dokładnie tego kształtu, będzie należał do tego układu kryształów.

To tutaj wychodzi na jaw pięć klas krystalicznych, które tworzą system sześcienny: sześcian, ośmiościan, dwunastościan rombowy, dwudziestościan dwudziestościanowy i sześciobok. Każda klasa ma swoje własne warianty, które mogą, ale nie muszą, zostać obcięte (z płaskimi wierzchołkami).

Tetragonalny

Jednostka czworokątna. Źródło: Stannered za pośrednictwem Wikipedii.

Układ tetragonalny można wizualizować tak, jakby był prostokątem, któremu nadano objętość. W przeciwieństwie do sześcianu, jego oś c jest dłuższa lub krótsza niż osie a. Może również wyglądać jak sześcian rozciągnięty lub ściśnięty.

Klasy kryształów, które tworzą system tetragonalny, to piramidy pierwsze i czteroboczne, podwójne piramidy ośmioboczne, trapezoedry i znowu dwudziestościan i sześcio-dwuścian. Jeśli nie masz pod ręką papierowych kształtów, trudno będzie rozpoznać te kształty bez pomocy lat doświadczenia.

Sześciokątny

Napęd sześciokątny. Źródło: Stannered za pośrednictwem Wikipedii.

Każda postać krystaliczna, której podstawa odpowiada sześcioboku, będzie należała do sześciokątnego systemu kryształów. Niektóre z jego klas krystalicznych to: piramidy dwunastościenne i piramidy podwójne.

Trójkątny

Podstawa kryształu należącego do układu trygonalnego jest również sześciokątna; ale zamiast mieć sześć boków, mają trzy. Jego krystaliczne klasy to: graniastosłupy lub trójboczne piramidy, romboedr i skalenoedr.

Orthorhombic

W układzie rombowym jego kryształy mają romboedryczną podstawę, dając początek kształtom, których trzy osie mają różne długości. Jego klasy krystaliczne to: bipiramidalne, bisfenoidalne i pinakoidalne.

Jednoskośny

Tym razem w układzie jednoskośnym podstawą jest równoległobok, a nie romb. Jego klasy krystaliczne to: pryzmaty klinowe i trójboczne.

Triclinic

Jednostka trójkliniczna. Źródło: Stannered za pośrednictwem Wikipedii.

Kryształy należące do układu trójskośnego są najbardziej asymetryczne. Po pierwsze, wszystkie jego osie mają różne długości, a także kąty nachylenia ścian.

Stąd nazwa: trzy nachylone, trójskośne kąty. Kryształy te są często mylone z rombami, sześciokątami, a także przyjmują kształty pseudokubic.

Wśród jego klas krystalicznych są pinakoidy, pediony i kształty o parzystej liczbie twarzy.

Przykłady układów krystalicznych

Kilka odpowiednich przykładów dla każdego z systemów kryształów zostanie zacytowanych poniżej.

Sześcienny lub izometryczny

Halit ma wyjątkowe sześcienne kryształy. Źródło: Parent Géry

Halit, znany również jako sól kuchenna lub chlorek sodu, jest najbardziej reprezentatywnym przykładem układu sześciennego lub izometrycznego. Wśród innych minerałów lub pierwiastków należących do tego systemu są:

-Fluoryt

-Magnetyt

-Diament

-Espinela

-Galena

-Bizmut

-Srebro

-Złoto

-Piryt

-Granat

Tetragonalny

Wulfenit jest najbardziej reprezentatywnym przykładem tetragonalnego systemu kryształów. Źródło: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

W przypadku układu tetragonalnego najbardziej reprezentatywnym przykładem jest minerał wulfenit. Wśród innych minerałów w tym systemie mamy:

-Casiterite

-Cyrkon

-Chalcopyrite

-Rutyl

-Anatase

-Scheelita

-Apophyllite

Orthorhombic

Mineralny tanzanit należy do układu rombowego. Źródło: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Wśród minerałów, które krystalizują w układzie rombowym mamy:

-Tanzanit

-Baryt

-Olivine

-Siarka

-Topaz

-Aleksandryt

-Anhydryt

-Nadmanganian potasu

- Nadchloran amonu

-Chrisoberyl

-Zoisite

-Andalusita

Jednoskośny

Kryształy gipsu należą do układu jednoskośnego. Źródło: Lysippos

Wśród minerałów układu jednoskośnego mamy:

-Azuryt

-Odlew

-Piroksen

-Mika

-Spodumen

-Serpentynowy

-Kamień księżycowy

-Vivianita

-Petalit

-Crisocolla

-Lazulit

Triclinic

Kryształy chalkantytu należą do systemu trójskośnego. Źródło: Ra'ike

Wśród minerałów układu trójskośnego mamy:

-Amazonite

-Skaleń

-Calcantite

-Rodonit

-Turkus

Sześciokątny

Idealnie sześciokątne kryształy akwamaryny. Źródło: Robert M. Lavinsky za pośrednictwem Wikipedii.

Na powyższym obrazku mamy przykład, kiedy naturalne formy natychmiast ujawniają krystaliczny układ minerału. Wśród niektórych minerałów krystalizujących w układzie heksagonalnym mamy:

-Szmaragd

-Calcite

-Dolomit

-Turmalina

-Kwarc

-Apatyt

-Zincite

-Morganite

Trójkątny

Aksynit mineralny należy do układu trygonalnego. Źródło: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

I wreszcie wśród niektórych minerałów należących do układu trygonalnego mamy:

-Axinite

-Pyrargyrite

-Nitratyna

-Jarosita

-Agat

-Rubin

-Tiger's Eye

-Ametyst

-Jaspis

-Szafir

-Smoky kwarc

-Krwawień

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
3. Geology In. (2020). Struktura kryształów i systemy kryształów. Odzyskane z: geologyin.com
4. K. Seevakan & S. Bharanidharan. (2018). Techniki charakteryzacji kryształów. International Journal of Pure and Applied Mathematics Tom 119 nr 12 2018, 5685-5701.
5. Wikipedia. (2020). System kryształów. Odzyskane z: en.wikipedia.org
6. Fredrickson Group. (sf). 7 systemów kryształów. Odzyskany z: chem.wisc.edu
7. Crystal Age. (2020). Siedem systemów kryształów. Odzyskany z: crystalage.com
8. Dr C. Menor Salván. (sf). Izometryczny. Uniwersytet Alcalá. Odzyskany z: espiadellabo.com