Μελέτη διδύμων κρυστάλλων με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και μεταφορά των σύγχρονων αντιλήψεων της κρυσταλλογραφίας στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση
Authors: Βαρελάς Γεώργιος 
Published: August 2021

Ο σχηματισμός διδύμων κρυστάλλων είναι σύνηθες φαινόμενο κατά τη διαδικασία ανάπτυξης κρυστάλλων και ακολουθεί νόμους που σχετίζονται με τη συμμετρία και τις διαστάσεις της μοναδιαίας κυψελίδας της δομής. Ένας δίδυμος κρύσταλλος αποτελείται από δύο ή περισσότερους μονοκρυστάλλους με την ίδια δομή και χημική σύσταση αλλά με διαφορετικό προσανατολισμό. Οι κύριες κατηγορίες διδύμων κρυστάλλων είναι οι μεροεδρικοί κρύσταλλοι και οι μη μεροεδρικοί κρύσταλλοι. Οι δύο κατηγορίες διακρίνονται μεταξύ τους κυρίως από τις διαφορές που εμφανίζουν στα διαγράμματα περίθλασης, όπου στην μεν πρώτη περίπτωση οι κορυφές των ανακλάσεων Bragg είναι απλές ενώ στη δεύτερη περίπτωση μπορεί να είναι διπλές ή και πολλαπλές. Αυτά τα χαρακτηριστικά αποδεικνύουν ότι στους μεν μεροεδρικούς διδύμους κρυστάλλους τα πλέγματα των μονοκρυστάλλων, παρόλο που έχουν διαφορετικό προσανατολισμό, ταυτίζονται ενώ στην περίπτωση των μη μεροεδρικών δεν ταυτίζονται. Στην παρούσα διατριβή έγινε μία συστηματική καταγραφή όλων των ειδών των διδύμων κρυστάλλων και επιλύθηκαν οι δομές τεσσάρων συμπλόκων. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν τα σύμπλοκα: 1) [Mn3O(C12H9N2O)3(C2H3O2)3]ClO4, 2) [Zn(C9H6NΟ)2]•2H2O, 3) [CuBr(C6H4N2S)]n και 4) [Mn3O(C7H5O2)6(C5H5N)3](ClO4)•CH2Cl2. Η μελέτη του συμπλόκου 1 έγινε από κρύσταλλο που εμφανίζει μεροεδρική διδυμία και των συμπλόκων 2, 3, και 4 από κρυστάλλους με μη μεροεδρική διδυμία. Η Ομάδα Συμμετρίας Χώρου (Ο.Σ.Χ.) της δομής του συμπλόκου 1 είναι P-3. Ο νόμος διδυμίας για τον κρύσταλλο του συμπλόκου 1 είναι επίπεδο κατοπτρισμού παράλληλο προς το επίπεδο (101). Ενώ η Ο.Σ.Σ. της δομής είναι -3 η παρουσία αυτού του επιπέδου την μετατρέπει σε -3m1. Το ποσοστό συνεισφοράς του κύριου κρυσταλλίτη στο δίδυμο κρύσταλλο είναι 0.512(2). Οι Ο.Σ.Χ. των δομών των συμπλοκών 2, 3 και 4 είναι P21/a, P21/c και P21 αντίστοιχα. Οι νόμοι διδυμίας είναι άξονες στροφής 2ης τάξης γύρω από τον άξονα c* για τα σύμπλοκα 2 και 3 αντίστοιχα και γύρω από τον άξονα a* για το σύμπλοκο 4. Οι αντίστοιχες διευθύνσεις στο ευθύ πλέγμα είναι [1 0 3], [102] και [12 0 1], για τα σύμπλοκα 2, 3, 4 αντίστοιχα. Τα ποσοστά συνεισφοράς των κυρίων κρυσταλλιτών στους διδύμους κρυστάλλους των συμπλόκων 2, 3, και 4 είναι 0.630(2), 0.847(2) και 0.593(4) αντίστοιχα. Προσδιορίσθηκε η υπερκυψελίδα του Πλέγματος Κοινών Κόμβων (Π.Κ.Κ) και για τα τρία σύμπλοκα με το δείκτη διδυμίας να λαμβάνει τις τιμές 3, 2 και 12 για τις δομές των συμπλόκων 2, 3, και 4 αντίστοιχα. Ένα κοινό χαρακτηριστικό και των τεσσάρων δομών που μελετήθηκαν αποτελεί η παρατήρηση ενδείξεων της λίστας των Herbst-Irmer & Sheldrick, που διευκόλυνε στην ταυτοποίηση της διδυμίας. Η μελέτη του συμπλόκου 2, ανέδειξε και μια πρόσθετη πιθανή ένδειξη διδυμίας η οποία δεν περιλαμβάνεται στις ενδείξεις Herbst-Irmer & Sheldrick και η οποία έχει συζητηθεί στη βιβλιογραφία, αυτήν της ψευδοσυμμετρίας. Τέλος η μελέτη της δομής του συμπλόκου 4, ανέδειξε ότι είναι δυνατή η ύπαρξη δείκτη διδυμίας με n > 6, που αποτελεί το όριο του κριτηρίου Mallard. Παρόλο που θεωρητικά αναμένεται η επίδραση στην ακρίβεια προσδιορισμού των παραμέτρων δομής από κρύσταλλο με δείκτη διδυμίας n > 6 να είναι μικρή στην περίπτωση του συμπλόκου 4, το γεγονός ότι ο κρύσταλλος είναι τέλειος δίδυμος (συνεισφορά σχεδόν κατά 50% στις εντάσεις που επικαλύπτονται) αποδεικνύει ότι μπορεί να είναι σημαντική.