Kristalografi ve Mineral Yapısı
Kristalografi ve mineral yapısı, minerallerdeki atomların düzenli iç dizilimini, kristallerin simetrisini ve atomik bağların mineral formunu ve özelliklerini nasıl yönettiğini incelemektedir.
Tanım
Mineralojinin, minerallerdeki atomların periyodik üç boyutlu dizilimi, bu dizilimin dayattığı simetri ve bunu belirlemek ve rasyonelleştirmek için kullanılan deneysel ve teorik araçlarla ilgilenen dalıdır.
Kapsam
Bu alan, kristal yapılı maddeyi tanımlayan geometrik ve kimyasal prensipleri kapsamaktadır: örgü geometrisi, nokta ve uzay grubu simetrisi, silikat ve silikat olmayan iskeletlerin sistematik mimarisi ve atomik konumları belirlemek için kullanılan kırınım yöntemleri. Minerallerin neden belirli yapıları benimsediğini açıklamak amacıyla geometrik kristalografiyi (dış simetri ve morfoloji) kristal kimyası (iyonik boyut, yük, koordinasyon ve bağlamanın rolü) ile birleştirmektedir.
Alt konular
Temel sorular
- Bir mineralin uzun menzilli atomik düzeni, örgüler, birim hücreler ve simetri işlemleriyle nasıl tanımlanmaktadır?
- Belirli bir mineral, 32 kristal sınıfından ve 230 uzay grubundan hangisine aittir ve bu nasıl belirlenmektedir?
- İyonik yarıçap, koordinasyon sayısı ve bağ karakteri, bir bileşimin hangi yapı tipini benimseyeceğini nasıl kontrol etmektedir?
- X-ışını kırınımı, birim hücre boyutlarını ve atomik konumları nasıl ortaya koymaktadır?
- Silikatlar neden SiO4 tetrahedranın polimerizasyonuna göre sınıflandırılmaktadır?
Temel kuramlar
- Örgü ve uzay grubu kuramı
- Kristal katılar, nokta simetrisiyle birleştirilmiş 14 Bravais örgüsünden biriyle tanımlanır ve atomların olası periyodik simetrik dizilimlerini tüketen 32 kristal sınıfı ve 230 uzay grubunu ortaya çıkarır.
- Pauling'in kristal kimyası kuralları
- Ampirik kurallar, katyon-anyon yarıçap oranını koordinasyon poliedralarına bağlar, poliedraların köşeleri, kenarları ve yüzeyleri nasıl paylaştığını öngörür ve elektrostatik yük dengesini kısıtlayarak iyonik mineral yapılarının kararlılığını açıklar.
- Bragg yasası ve kırınım analizi
- Örgü düzlemleri tarafından saçılan X-ışınlarının yapıcı girişimi, nλ = 2d sin(θ) olduğunda meydana gelir ve kırınımı, minerallerin birim hücre parametrelerini ve tam atomik yapılarını belirlemek için temel bir yöntem haline getirir.
Klinik önem
Mineral yapısı bilgisi, kırınım yoluyla tanımlamayı, fiziksel özelliklerin (yarılma, sertlik, optik davranış) yorumlanmasını, zeolitler gibi sentetik analogların mühendisliğini ve eser elementlerin ve izotopların kristal bölgelerine nasıl yerleştiğinin anlaşılmasını desteklemektedir.
Tarihçe
Modern kristalografi, Haüy'nin 19. yüzyıl başlarındaki rasyonel indeksler yasasından, 1890'larda Fedorov, Schoenflies ve Barlow tarafından 230 uzay grubunun türetilmesine ve 1912'den sonra W. H. ve W. L. Bragg tarafından X-ışını kırınımı kullanılarak ilk mineral yapılarının belirlenmesine kadar gelişmiştir. Pauling'in 1929 kuralları, bu yapıların kimyasını sistemleştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- William Lawrence Bragg
- Linus Pauling
- René Just Haüy
- Auguste Bravais
İlgili konular
Temel eserler
- klein2007
- hahn2002
- bragg1937
Sıkça sorulan sorular
- Kristalografi ile mineraloji arasındaki fark nedir?
- Kristalografi, herhangi bir katıdaki kristal düzeni ve simetriyi inceleyen bir bilim dalıdır; mineraloji ise bunu özellikle doğal olarak oluşan minerallere uygulayarak yapıyı kimya, oluşum ve özelliklerle birleştirmektedir.
- Neden tam olarak 230 uzay grubu bulunmaktadır?
- Bunlar, periyodik simetri işlemlerinin (ötelemeler, dönmeler, yansımalar, dönel eksenler, kayar düzlemler) üç boyutta birleştirilebileceği tüm farklı yolların eksiksiz matematiksel sayımıdır.