Kristályszerkezet

az atomok, ionok, molekulák szabályos elrendeződése egy kristályos anyagban
(Kristályrendszer szócikkből átirányítva)
Elektrolízissel előállított, igen tiszta (>99,95%) ezüstkristály, jól látható dendrites szerkezettel. Tömege kb. 11 gramm.

A kristályszerkezet a kristályos anyagban lévő atomok, ionok vagy molekulák szerkezete, amely szabályos, térbeli rendezettséggel bír.[1][2] A kristályszerkezetet a tér minden irányában periodikusan ismétlődő elemi cella alkotja. A kristályszerkezet vizsgálata a kristálytan tudományágának a tárgya. A kristálytan a kristályok külső alakját és belső szerkezeti felépítését vizsgálja.

AlapfogalmakSzerkesztés

A kristályok vizsgálata során használt, alapvető kifejezések terén széleskörű zavar mutatkozik: gyakran összekeverik a kristályrendszert a kristálycsaláddal, a rácsrendszert a kristályrendszerrel, illetve a kristályszerkezetet a kristályráccsal. Emiatt fontos a jelentésbeli különbségtétel a fogalmak között.

A kristályszerkezet a kristályos anyagban lévő részecskék szabályos elrendeződése a háromdimenziós térben.[3] Ezzel szemben a kristályrács csak képzeletbeli pontok tömbje, bár a kristályrácspontok hagyományosan az elemi cella sarkaiba vannak helyezve, ezért könnyű összekeverni a két kifejezést.[2]

A kristályrács olyan matematikai koncepció, amelyben a rácspontok szabályos, geometriai elrendeződésben vannak, és periodikusan ismétlődnek. A kristályrácsban lévő rácspontok megfeleltethetők az adott kristályos anyag részecskéivel.[2][4]

A Bravais-rács a kristálytan egy geometriai modellje, amelyet kristályok szerkezetének leírásához alkalmaznak. A kristályrács általános fogalmához egy csoportosítási módszert ad, segítségével a kristályok szimmetriái, és az azzal kapcsolatos törvényszerűségek írhatók le. A Bravais-rácsokat hét rácsrendszer és négy rácstípus kombinációja adja az ekvivalens rácsok kiszűrése után. Ennek értelmében a háromdimenziós térben a Bravais-rácsnak 14 lehetséges típusa fordulhat elő, melyekbe minden kristályos anyag besorolható.[3]

A kristálycsalád a tércsoportok legalapabb készlete, mely tartalmazza a 32 kristályosztály mindegyikét. A kristálycsaládokat rácsok és pontcsoportok határozzák meg. Térbeli vonatkozásban a kristálycsaládok és kristályrendszerek megegyeznek, kivéve a hexagonális és trigonális kristályrendszereket, melyek ugyanabba a hexagonális kristálycsaládba vannak egyesítve. Összesen hat kristálycsalád létezik: monoklin, triklin, ortorombos, tetragonális, hexagonális és köbös.

A kristályrendszer a kristályrácsok elemi cellája alapján besorolt hét rendszer (monoklin, triklin, ortorombos, trigonális, tetragonális, hexagonális, köbös) valamelyike.[5]

Az anyagok kristályos és amorf szerkezeteSzerkesztés

Az ásványok alaktani és fizikai tulajdonságaik alapján kétfélék lehetnek.

  • Alaktalanok vagyis amorfok, melyeknek semmiféle jellegzetes alakjuk nincs és fizikai tulajdonságaik minden irányban megegyeznek, ezek izotrópok.
  • Kristályosak, amelyeknek valamilyen törvényszerű, illetve szimmetrikus térrácsban helyezkednek el az alkotórészek, ebből következően kifejlődésük is felismerhető szabályossággal rendelkezik.

A kristályok többségének fizikai sajátosságai csak a párhuzamos irányokban azonosak, a különböző irányokban eltérőek, ezeket anizotrópnak nevezzük. Az ásványok zöme anizotróp tulajdonságú kristályokból épül fel, vagyis jellemzőjük a kristályszerkezet, az alkotóelemek térbeli elhelyezkedése, vagyis az a kristályrács, ami különböző szimmetriákban nyilvánul meg, és egyes ásványfajtákon belül különböző is lehet.

Illeszkedés a kristályokbanSzerkesztés

A részecskék illeszkedését a kristályrácsokban kristályilleszkedésnek hívják, amelyet két fő törekvés szabályoz. Egyrészt a legszorosabb illeszkedés elve alapján a rácsot alkotó molekulák úgy helyezkednek el, hogy közöttük a lehető legkisebb üres tér maradjon. Másrészt pedig a legnagyobb vonzás elve arra készteti a rácsban lévő részecskéket, hogy elhelyezkedésükkel elősegítsék a minél nagyobb vonzás létrejöttét. Ez leginkább akkor tud érvényesülni, ha a részecskék töltéssel vagy polaritással rendelkeznek, és úgy rendeződnek, hogy az ellentétes töltések minél közelebb legyenek egymáshoz, ezáltal ionkötést vagy hidrogénkötést kialakítva.[6]

A kristályrácsok típusaiSzerkesztés

A kristályrácsot atomok, ionok, és molekulák is alkothatják. A rácspontokon elhelyezkedő kristályrácsalkotók közötti kötés jellege szerint négy különböző kristályrácstípust ismerünk: atom-, ion-, molekula- és fémrácsot. A kristályrács felépítése során a rácspontba beépülő elemek energiát adnak le, ezért a kristályrács felbomlásához energiabefektetés szükséges.

Hét kristályrendszerSzerkesztés

A kristályszerkezet alapján hét kristályrendszert és ezeken belül 32 kristályosztályt különböztetnek meg. A hét kristályrendszer egyben önálló koordináta-rendszer is, tengelykeresztjük meghatározó jelentőségű, mert tartalmazza a lehetséges szimmetriaelemeket. Egyes ásványok többféle kristályrendszerben is előfordulnak (például kén).

Triklin (háromhajlású) kristályrendszerSzerkesztés

 
Háromhajlású (triklin) rendszer.

A tengelykeresztek különböző egységhosszúak és különböző szögeket zárnak be egymással. A legkevesebb szimmetriaelemmel rendelkezik, jellemző szimmetriatengelye nincs, minden kristálylap különálló és egyedi. A triklin rendszer két osztályt tartalmaz:

  • pedionos
  • véglapos

Fontosabb ásványai: kaolinit, rodonit, türkiz, cianit, timsócsoport, kalkantit.

Monoklin (egyhajlású) rendszerSzerkesztés

 
Egyhajlású (monoklin) rendszer.

A rendszerben a tengelyarányok különbözőek, a hajlásszögük egymáshoz képest egy kivételével derékszögű, kevés szimmetriaelemet tartalmaz. A rendszer osztályai:

  • szfenoidos
  • dómás
  • prizmás.

Fontosabb ásványai: gipsz, azurit, kén, lazulit, malachit, manganit, muszkovit, ortoklász, szóda, talk, timsócsoport, csillámok.

Rombos rendszerSzerkesztés

 
Szimpla rombos.
 
Lapcentrált rombos

A három koordinátatengely egymásra merőleges, de különböző egységhosszúságú. Szimmetriaelemeinek száma több, mint három. A rendszer három osztályt tartalmaz:

  • biszfenoidos
  • piramisos
  • bipiramisos.

Fontosabb ásványa: anhidrit, aragonit, antimonit, barit, enargit, kalkozin, kén, markazit, nagyágit, olivincsoport, topáz, csillámok.

Tetragonális (négyzetes) rendszerSzerkesztés

A három tengely egymásra merőleges, de csak kettő azonos egységhosszúságú, így a főtengely kitüntetett szerepű. Főtengelyes kristályrendszernek is nevezik. Több főtengelyi, melléktengelyi és síkszimmetriával (tükörszimmetria) is rendelkezik. A rendszerbe hét osztály tartozik:

 
Tércentrált négyzetes.
  • piramisos
  • bipiramisos
  • trapezoéderes
  • ditetragonális piramisos
  • ditetragonális bipiramisos
  • biszfenoidos
  • szkaleonéderes

Fontosabb ásványai: anatáz, bornit, cirkon, kalkopirit, kassziterit, rutil, torit, vezuvián.

Trigonális rendszerSzerkesztés

A főtengely a melléktengelyekkel derékszöget zárnak be, a melléktengelyek egymáshoz képest nem derékszögűek, a főtengely és a melléktengelyek egységhossza különböző. Sok tengely-, lap- és tükörszimmetriával rendelkezik. Hét kristályosztály tartozik ide:

 
Lapcentrált trigonális.
  • piramisos
  • romboéderes
  • trapezoéderes
  • ditrigonális piramisos
  • ditrigonális szkalenoéderes
  • dipiramisos
  • ditrigonális dipiramisos

Fontosabb ásványai: alunit, ankerit, cinnabarit, dolomit, kalcit, korund, kvarc, magnezit, rodokrozit, sziderit, tellúr, turmalincsoport.

Hexagonális (hatszöges) rendszerSzerkesztés

 
Hexagonális rendszer.

Hasonló a trigonális rendszerhez, de szimmetriájában döntően a hatszöges elemek az elsőrendűek. Ide tartozó kristályosztályok:

  • piramisos
  • dipiramisos
  • trapezoéderes
  • dihexagonális piramisos
  • dihexagonális dipiramisos

Fontosabb ásványai: apatit, grafit, kalkozin, kvarc, molibdenit, nefelin, nikkelin, vanadinit.

Köbös (szabályos) kristályrendszerSzerkesztés

 
Szimpla szabályos.
 
Tércentrált szabályos.
 
Lapcentrált szabályos.

Tengelykeresztjeiből mindhárom egyenértékű, egymásra merőlegesek, egymással felcserélhetők. Ez arra utal, hogy a tulajdonságok jelentős része az iránytól független. Ez a kristályrendszer szabályosságáról könnyen felismerhető, de osztályai nehezen különböztethetőek meg. A rendszer osztályai:

  • tetraéderes pentagon-dodekaéderes
  • diszdodekaéderes
  • pentagonikozi-tetraéderes
  • hexakisztetraéderes
  • hexakiszoktaéderes

Fontosabb ásványai: arany, argentit, arzenolit, ezüst, fluorit, galenit, gránátcsoport, gyémánt, kobaltin, kősó, krisztobalit, kuprit, lazurit, magnetit, pirit, platina, réz, szalmiák, szfalerit, timsócsoport, torianit.

JegyzetekSzerkesztés

  1. Solid State Physics, 2nd, Manchester Physics Series, John Wiley & Sons (2010. augusztus 10.). ISBN 9780471928041 
  2. a b c Jenny Pickworth Glusker, Kenneth N. Trueblood. Crystal Structure Analysis - A Primer, 3rd edition, United States: Oxford University Press (2010). ISBN 978-0-19-957635-7 
  3. a b Walter Borchardt. Crystallography - An Introduction, 3rd edition, Springer (2012). ISBN 978-3-642-16452-1 
  4. Balla Sándor, Bán Krisztián, Lovas Antal, Szabó Attila. Anyagismeret (2011). ISBN 978-963-279-586-7 
  5. John Daintith. Dictionary of Chemistry, 6th edition, Oxford University Press (2008). ISBN 978-0-19-920463-2 
  6. Náray-Szabó Gábor. Kémia. Akadémiai Kiadó (2006). ISBN 963 05 8240 6 

IrodalomSzerkesztés

  • Boldizsár Tibor: Bányászati kézikönyv. Műszaki Könyvkiadó. Budapest. 1962.
  • Bognár László: Ásványhatározó. Gondolat. Budapest. 1987.
  • Bagyinszki Gyula. (2004): Gyártásismeret és technológia. Főiskolai tankönyv. 240 old. BGK-3010, Budapesti Műszaki Főiskola. Bánki Donát Gépészmérnöki Főiskolai Kar, Budapest
  • Symes, R. F. (1994): Kőzetek és ásványok. Park Kiadó, Budapest

További információkSzerkesztés