موضوع مقاله: دستگاه بلوری مکعبی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دستگاه بلوری مکعبی | مقدمه: فلزات کروم، آهن (آلفا)، مولیبدن و تانتالم از جمله فلزاتی اند که دارای شبکه مکعبی BCC هستند. | ## بخش 1: دستگاه بلوری مکعبی | فلزات آلومینیوم، مس، طلا، سرب، نیکل، پلاتین و نقره از جمله فلزاتی اند که دارای شبکه مکعبی FCC هستند. شبکه کریستالی پیریت از نوع مکعبی ساده است و این نکته در ظاهر کریستال آن بروز پیدا کرده است. شبکه براوه شبکه بلوری مکعبی ساده (CP) شبکه بلوری مکعبی ساده (CP) دارای هشت نقطه شبکه در هشت گوشه سلول واحد است، اتم‌هایی که در گوشه سلول واحد قرار دارند به‌طوری مساوی بین هشت سلول واحد مجاور تقسیم می‌شوند بنابراین در هر سلول واحد مکعبی ساده یک (۱/۸*۸) اتم وجود دارد. شبکه بلوری مکعبی وجه‌پر (CF) به سیستم شش‌وجهی فشرده (HCP) بسیار نزدیک است، به‌گونه‌ای که این دو سیستم فقط در جای‌گیری نسبی لایه‌های شش‌وجهی متفاوت هستند. سلول واحد برای ساختار بلوری مکعبی مرکزپر (BCC) شامل چندین بخش از نه اتم است (اگر ذرات موجود در بلور، اتم‌ها باشند): یکی در هر گوشه مکعب و یک اتم در مرکز. از آنجایی که حجم هر یک از هشت اتم گوشه‌ای بین هشت سلول مجاور به اشتراک گذاشته می‌شود، هر سلول BCC معادل حجم دو اتم (یکی در مرکز و مجموعاً یکی در گوشه‌ها) را شامل می‌شود. خطی که از یک گوشه مکعب از طریق مرکز به گوشه دیگر کشیده می‌شود، از ۴r عبور می‌کند که اینجا r شعاع یک اتم است. بر اساس هندسه، طول قطر مکعب برابر با است؛ بنابراین، طول هر ضلع ساختار BCC می‌تواند به شعاع اتم مرتبط باشد.. ساختارهای تک‌عنصری به‌طور کلی، از آنجا که اتم‌ها در یک جامد به یکدیگر جذب می‌شوند، چیدمان‌های فشرده‌تر اتم‌ها معمولاً رایج‌تر هستند. (چیدمان‌های کم‌تراکم نیز وجود دارند، مثلاً اگر هیبریداسیون اوربیتال‌ها زوایای خاصی را نیاز داشته باشد). بنابراین، ساختار مکعبی اولیه (CP)، با فاکتور تراکم اتمی بسیار پایین، در طبیعت نادر است اما در عنصر پولونیوم یافت می‌شود. باقی ساختارهای مکعبی، در عناصر بیشتری یافت می‌شوند و وجود آنها از ساختار مکعبی اولیه (CP) بسیار رایج‌تر است. دیگر ساختار کریستالی مکعبی مهم، ساختار مکعب الماس است که می‌تواند در کربن، سیلیسیم، ژرمانیم و قلع وجود داشته باشد. بر خلاف ساختارهای FCC و BCC، این ساختار یک شبکه نیست، زیرا حاوی چندین اتم در سلول اولیه خود است. سایر ساختارهای عنصر مکعبی شامل ساختار A۱۵ که در تنگستن یافت می‌شود و همچنین ساختار بسیار پیچیده منگنز است. | ## بخش 2: دستگاه بلوری مکعبی | ساختارهای چندعنصری ترکیباتی که از بیش از یک عنصر تشکیل شده‌اند (برای مثال ترکیبات دوتایی) اغلب ساختارهای بلوری خود را بر اساس سیستم بلوری مکعبی ایجاد می‌کنند. این ساختارها می‌توانند به‌صورت دو یا چند زیرشبکه‌ای که هر زیرشبکه در محل‌های بین‌فضایی دیگر قرار دارد، فرض شوند. ساختار سزیم کلرید یک ساختار که به‌طور رایج مشاهده می‌شود، ساختار «مکعبی بدوی متقابل» است که به آن ساختار «سزیم کلرید» یا ساختار B2 نیز گفته می‌شود. این ساختار اغلب با ساختار مکعبی مرکزپر (BCC) اشتباه گرفته می‌شود زیرا چیدمان اتم‌هایشان مشابه است. اما در ساختار کلرید سزیم، انتقال در امتداد این جهت منجر به تغییر نوع اتم‌ها می‌شود. این ساختار همچنین می‌تواند به عنوان دو ساختار مکعبی ساده مجزا در نظر گرفته شود، یعنی یکی از هر کدام از گونه‌ها، درون یکدیگر قرار گرفته‌اند. در واحد سلول ساختار CsCl، هر یون در مرکز یک مکعب از یون‌های مخالف نوع خود قرار دارد، بنابراین عدد هماهنگی هشت است. کاتیون مرکزی با هشت آنیون در گوشه‌های یک مکعب هماهنگ شده است و به همین ترتیب، آنیون مرکزی نیز با هشت کاتیون در گوشه‌های یک مکعب هماهنگ است. به‌طور متناوب، می‌توان این شبکه را به‌عنوان یک ساختار مکعب ساده تصور کرد که یک اتم ثانویه در فضای مکعبی آن قرار دارد. علاوه بر خود سزیم کلرید، این ساختار همچنین در برخی از هالیدهای قلیایی دیگر که در دماهای پایین یا فشارهای بالا تهیه شده‌اند، مشاهده می‌شود. معمولاً این ساختار بیشتر از دو عنصری که اندازهٔ یون‌های آنها تقریباً مشابه است، به وجود می‌آید (به‌عنوان مثال، شعاع یونی Cs+ = ۱۶۷pm و Cl- = ۱۸۱pm). تقریباً یکصد ترکیب بین‌فلزی از عناصر نادر وجود دارد که در ساختار CsCl کریستالیزه می‌شوند، از جمله بسیاری از ترکیبات دوتایی عناصر نادر با منیزیم، و همچنین با عناصر گروه‌های ۱۱، ۱۲ و ۱۳. در ساختار سنگ‌نمک، هر یک از دو نوع اتم یک شبکهٔ FCC مجزا تشکیل می‌دهند که این دو شبکه به‌طور همزمان در هم تداخل دارند و به این ترتیب یک الگوی شطرنجی سه‌بعدی را تشکیل می‌دهند. ساختار سنگ‌نمک دارای هماهنگی اکتاهدرال است؛ یعنی نزدیک‌ترین همسایه‌های هر اتم شامل شش اتم از نوع مخالف هستند که در موقعیت‌های شش رأس یک اکتاهدرال قرار دارند. این ساختار همچنین می‌تواند به‌صورت یک شبکهٔ FCC از اتم‌های سدیم تصور شود که اتم‌های کلر درهر فضای خالی اکتاهدرال آن قرار دارند، یا برعکس. | ## بخش 3: دستگاه بلوری مکعبی | نمونه‌های دیگر این ساختار شامل تقریباً تمامی هالیدهای فلزات قلیایی و بسیاری از اکسیدها، سولفیدها، سلنیدها و تلوریدهای فلزات دوظرفیتی هستند. طبق قانون نسبت شعاعی، این ساختار اغلب زمانی تشکیل می‌شود که کاتیون کمی کوچکتر از آنیون باشد (نسبت شعاع کاتیون به آنیون در حدود ۰٫۴۱۴ تا ۰٫۷۳۲ باشد). ساختار فلوریت ساختار فلوریت (AB2) مشابه ساختار سنگ‌نمک است، با این تفاوت که نسبت یون‌ها در این ساختار ۱:۲ است. ساختار ضدفلوریت تقریباً مشابه ساختار فلوریت است، اما موقعیت‌های آنیون‌ها و کاتیون‌ها جابه‌جا شده‌اند. ساختار هویسلر ساختار هویسلر، که بر پایهٔ ساختار Cu2MnAl است، یک ساختار رایج برای ترکیبات سه‌گانه‌ای است که شامل فلزات واسطه هستند. با ترکیبات مشابه مانند ساختار نیمه هویسلر و ساختار معکوس هویسلر، صدها نمونه از این ساختار وجود دارد. در این ساختار چهار اتم از هر عنصر وجود دارد و در مجموع هشت اتم در یک سلول واحد قرار دارند. این ساختار معمولاً در سیلیسیدها و ژرمانیدهای فلزات واسطه و همچنین در چند ترکیب دیگر مانند گالیوم پالادیوم دیده می‌شود. این ساختار از سه جهت مختلف از تتراکاهدرون‌ها و سلول‌های پیرتوهدرال در شکاف‌ها تشکیل شده است. کریستال‌های گاز هیدرات‌ها که توسط متان، پروپان و دی‌اکسید کربن در دماهای پایین تشکیل می‌شوند، ساختاری مشابه ساختار وییر–فلان دارند که در آن مولکول‌های آب در گره‌های این ساختار قرار گرفته و به‌صورت پیوند هیدروژنی به یکدیگر متصل هستند، در حالی که مولکول‌های گاز بزرگ‌تر در قفس‌های چندوجهی گیر می‌افتند. حفره‌های کریستالی حفرات در شبکه مکعبی ساده سلول واحد مکعبی ساده دارای یک حفره مکعبی است. شش حفره هشت‌وجهی که هر یک در مرکز یکی سطح سلول واحد قرار دارند به‌طور مساوی بین دو سلول واحد تقسیم می‌شوند و همچنین دوازده هشت‌وجهی که هر یک در مرکز هر یال سلول واحد قرار گرفته‌اند به‌طور مساوی بین چهار سلول واحد تقسیم می‌شوند بنابراین همان‌طور که گفته شد شش (۶*۱/۲+۱۲*۱/۴) حفره هشت‌وجهی در سلول واحد مکعبی مرکزپر وجود دارد. چهار حفره چهار وجهی بر مرکز سطح سلول واحد قرار دارد که به‌طور مساوی میان دو سلول واحد تقسیم می‌شوند بنابراین همان‌طور که گفته شد دوازده (۶*۴*۱/۲) حفره چهار وجهی در سلول واحد مکعبی مرکز پر قرار دارد. لازم است ذکر شود که حفرات هشت‌وجهی و چهار وجهی ذکر شده دارای حالت عادی نیستند (یعنی طول همه یال‌های این حفرات با یکدیگر برابر نیست). | ## جمع‌بندی | یک حفره هشت‌وجهی به صورت کامل در مرکز سلول واحد قرار دارد، دوازده حفره هشت‌وجهی نیز در مرکز هر یال سلول واحد قرار دارد که به‌طور مساوی میان چهار سلول واحد تقسیم می‌شوند بنابراین همان‌طور که گفته شد چهار (۱+۱۲*۱/۴) حفره هشت وجهی در سلول واحد مکعبی وجه‌پر وجود دارد.