Susunan Padat dan Struktur Kristal

Banyak logam dan padatan ionik berasal dari susunan padat bola, dengan kation mengisi lubang oktahedral dan tetrahedral untuk menghasilkan jenis struktur berulang dalam kimia anorganik.

Definition

Susunan padat dan struktur kristal adalah deskripsi tentang bagaimana atom dan ion tersusun dalam padatan yang diperluas melalui susunan bola yang efisien, dengan ion yang lebih kecil menempati lubang interstisial, sehingga menghasilkan jenis struktur karakteristik.

Scope

Topik ini mencakup deskripsi geometris struktur kristal anorganik: susunan padat kubik dan heksagonal serta lubang oktahedral dan tetrahedral interstisialnya; penurunan jenis struktur umum seperti garam batu, seng blenda, fluorit, rutil, dan perovskit; aturan rasio jari-jari dan aturan Pauling untuk memprediksi koordinasi dan struktur; serta hubungan antara jenis struktur dan stoikiometri. Ini membahas geometri dan prediksi struktur daripada energetika yang dibahas dalam topik energi kisi.

Core questions

• Apa itu susunan padat kubik dan heksagonal serta berapa banyak lubang yang dikandungnya?
• Bagaimana jenis struktur ionik umum diturunkan dari susunan padat?
• Bagaimana aturan rasio jari-jari dan aturan Pauling memprediksi koordinasi dan struktur?
• Bagaimana stoikiometri membatasi lubang mana yang terisi?

Key concepts

• Susunan padat kubik dan heksagonal
• Lubang oktahedral dan tetrahedral
• Struktur garam batu dan seng blenda
• Struktur fluorit dan rutil
• Struktur perovskit
• Aturan rasio jari-jari dan Pauling

Key theories

Susunan padat dan lubang interstisial

Bola tersusun paling efisien dalam susunan padat kubik atau heksagonal, masing-masing menyediakan satu lubang oktahedral dan dua lubang tetrahedral per bola tempat kation dapat ditempatkan untuk membangun struktur ionik.

Jenis struktur umum

Pengisian fraksi tertentu dari lubang dalam susunan anion padat menghasilkan jenis struktur garam batu, seng blenda, fluorit, rutil, dan yang terkait yang berulang di seluruh padatan anorganik biner dan terner.

Aturan rasio jari-jari dan Pauling

Rasio jari-jari kation terhadap anion memprediksi bilangan koordinasi yang disukai, dan valensi elektrostatik Pauling serta aturan terkait membatasi bagaimana polihedra berbagi sudut, tepi, dan muka dalam struktur yang stabil.

Clinical relevance

Mengenali jenis struktur mendasari desain dan interpretasi material anorganik fungsional, termasuk oksida perovskit yang digunakan dalam katalisis, feroelektrik, dan sel surya, serta spinel yang digunakan dalam baterai dan magnet.

History

Penentuan sinar-X awal oleh Bragg mengungkapkan bahwa garam sederhana seperti natrium klorida mengadopsi struktur susunan padat, dan kompilasi jari-jari ionik oleh Goldschmidt memungkinkan penalaran rasio jari-jari. Aturan Pauling tahun 1929 dan survei sistematis Wells mengorganisir katalog luas jenis struktur anorganik.

Key figures

• Linus Pauling
• William Lawrence Bragg
• Victor Goldschmidt
• Alexander Wells

Seminal works

• pauling1929
• wells2012
• west2014

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara susunan padat kubik dan heksagonal?

Keduanya menyusun bola seefisien mungkin, tetapi berbeda dalam urutan penumpukan lapisan susunan padat: susunan padat heksagonal mengulang pola ABAB sedangkan susunan padat kubik mengulang ABCABC, memberikan susunan kubik berpusat muka.

Mengapa rasio jari-jari memprediksi bilangan koordinasi?

Kation harus cukup besar untuk menjaga anion di sekitarnya agar tidak bersentuhan satu sama lain; seiring dengan peningkatan rasio jari-jari kation terhadap anion, bilangan koordinasi yang semakin tinggi menjadi stabil secara geometris, yang merupakan dasar dari aturan rasio jari-jari.