¿Qué es una Celosía Cristalina? Estructura y ejemplos

Definición de celosía cristalina

La definición de una estructura de red cristalina es un patrón tridimensional repetitivo de átomos o grupos de átomos en un cristal. En una sustancia compuesta por una estructura de red cristalina, los átomos y las moléculas se reemplazan por puntos, que se conectan en tres planos ortogonales para formar una estructura repetitiva. Esta estructura se repite trasladándose a lo largo del eje x, y o z. De esta forma, los planos se cortan por simetría traslacional. Algunas estructuras tienen unidades que se repiten, como las moléculas de ADN y los plásticos, pero no forman estructuras de red cristalina.

Estructura de celosía cristalina

La estructura de red cristalina describe la disposición ordenada de átomos o moléculas en un material. En el estudio de la estructura de la red cristalina, la celda unitaria define la estructura tridimensional repetitiva más pequeña dentro del material.

Por ejemplo, los átomos de oro y zinc pueden combinarse para formar una red cristalina. En esta red, la unidad repetitiva más pequeña es un cubo en el que los átomos de oro ocupan los vértices del cubo y el átomo de zinc ocupa el centro del cubo (ver imagen). Este cubo define la celda unitaria, y la estructura reticular se puede representar como una unidad repetitiva de esa celda unitaria.

Simetría

La simetría se puede subcategorizar en tres tipos principales; simetría de traslación, simetría de rotación y simetría de reflexión. Muchas estructuras de redes cristalinas no tienen simetría rotacional, ya que una rotación parcial de una estructura cristalina se distingue de su posición original. Si bien pueden tener simetría de reflexión, muchas estructuras cristalinas se distinguen de su imagen especular. Sin embargo, todas las estructuras cristalinas tienen simetría traslacional .

La simetría traslacional en geometría significa que un objeto se puede trasladar de tal manera que no se pueda distinguir de su estructura principal. Por ejemplo, en la estructura cristalina de oro-zinc, la celda unitaria se puede trasladar en las direcciones x, y y z y la composición y las propiedades del material no cambian.

Clasificación

Las redes cristalinas se pueden clasificar en dos categorías amplias; redes cristalinas monoatómicas y redes cristalinas poliatómicas . Las redes cristalinas monoatómicas contienen átomos de un solo elemento, mientras que las redes cristalinas poliatómicas tienen átomos de múltiples elementos.

Tipos de estructuras de celosía cristalina

Las estructuras de celosía cristalina se pueden describir mediante celosías de Bravais , una matriz de puntos generados por operaciones de traducción. Las redes de Bravais están estrechamente relacionadas con la celda unitaria. La estructura de la red cristalina se puede clasificar por la forma de la red de Bravais, así como por la ubicación de los átomos dentro de esa forma de red. Las diversas formas de red se enumeran a continuación, junto con la posible ubicación de los átomos dentro de ellas.

Familias de redes cristalinas

Hay catorce redes de Bravais fundamentales para comprender las estructuras cristalinas. Estas catorce redes se clasifican en siete familias de cristales y cuatro esquemas de colocación de átomos. Las siete familias de cristales son cúbicas, ortorrómbicas, monoclínicas, triclínicas, romboédricas tetragonales y hexagonales.

Colocación de átomos

Los cuatro esquemas de colocación de átomos dentro de estas familias de cristales se denominan primitivo (P), centrado en la base (S), centrado en el cuerpo (I) o centrado en la cara (F). La colocación primitiva de átomos significa que los átomos ocupan solo los vértices de la forma de la familia reticular. La colocación centrada en la base significa que los átomos ocupan todas las posiciones de la estructura primitiva, así como el centro de dos caras opuestas. Centrado en el cuerpo significa que los átomos ocupan todas las ubicaciones de la estructura primitiva, así como el centro de la celda unitaria. Finalmente, centrado en las caras (F) significa que los átomos ocupan todas las ubicaciones en la estructura primitiva, así como el centro de cada cara de la celda unitaria. Tenga en cuenta que no todas las familias de cristales tienen redes en las cuatro categorías.

1. Cúbico (c)

Como su nombre indica, las redes cúbicas forman celdas unitarias en forma de cubo. Los cristales de la familia de cristales cúbicos pueden ser primitivos, centrados en el cuerpo y centrados en la cara. En una red cúbica, el ángulo entre dos aristas conectadas es de 90 grados. Las dimensiones de una celda unitaria cúbica genérica son axax a.

2. Tetragonal (t)

La celda unitaria tetragonal contiene una base cuadrada y lados rectangulares. Todos los ángulos entre los bordes adyacentes son de 90 grados. Las celdas unitarias tetragonales pueden ser primitivas o centradas en el cuerpo. Las dimensiones de una celda unitaria tetragonal genérica son axax c.

3. Ortorrómbico (o)

Las dimensiones de la celda unitaria ortorrómbica son axbx c. Las redes ortorrómbicas pueden ser primitivas, centradas en la base, centradas en el cuerpo o centradas en las caras. En una red ortorrómbica, el ángulo entre los bordes de la base no es de 90 grados, mientras que el ángulo entre los bordes de las caras laterales es de 90 grados.

4. Monoclínico (m)

Una celda unitaria monoclínica contiene seis caras; sin embargo, el ángulo entre las bases y los bordes no es igual a 90 grados. El ángulo entre los bordes de cada base sigue siendo de 90 grados. Una red monoclínica contiene bordes de tres longitudes diferentes y puede ser primitiva o estar centrada únicamente en la base.

5. Triclínico (a)

Una unidad triclínica tiene seis caras; sin embargo, ninguna de sus caras son rectángulos. Esto significa que el ángulo entre la base y los lados no es de 90 grados, y el ángulo entre los bordes de todas las caras no es de 90 grados. Una red triclínica solo puede ser primitiva. Además, una red triclínica contiene aristas de tres longitudes diferentes.

6. Romboédrico (h)

Una celda unitaria romboédrica tiene seis caras equivalentes como la celda unitaria cúbica; sin embargo, ningún ángulo entre caras conectadas o aristas conectadas es de 90 grados. Las celdas unitarias romboédricas solo pueden ser primitivas.

7. Hexagonales (h)

Las celdas unitarias hexagonales contienen dos bases equivalentes compuestas de paralelogramos con dos ángulos iguales a 120 grados. Cada cara que conecta las bases es rectangular. La dimensión de una celda unitaria hexagonal genérica es axax c. Seis celdas unitarias hexagonales pueden formar un prisma hexagonal. Las celdas unitarias hexagonales solo pueden ser primitivas.

Resumen

Una estructura de red cristalina es un patrón tridimensional repetitivo de átomos o grupos de átomos en un cristal. Las redes cristalinas se definen por su simetría traslacional , ya que están compuestas de celdas unitarias repetidas traducidas en las direcciones x, y y z. Los materiales compuestos por redes cristalinas son sólidos y a menudo se denominan cristales. Estos incluyen cristales de sal, diamantes y grafito.

Las redes cristalinas se pueden categorizar ampliamente como monoatómicas (que contienen un solo elemento) o poliatómicas (que contienen múltiples elementos). También se pueden clasificar en siete familias de cristales y cuatro tipos de esquemas de ubicación atómica dentro de la celda unitaria. Las siete familias de cristales son; cúbica, ortorrómbica, monoclínica, triclínica, tetragonal, romboédrica y hexagonal . Los cuatro esquemas de ubicación atómica son primitivos, centrados en la base, centrados en el cuerpo o centrados en la cara. Las representaciones geométricas que coinciden con la estructura de estas familias de cristales se denominan redes de Bravais.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador