रसायनशास्त्र एकक पेशी

एकक पेशी म्हणजे काय?#

एकक पेशी ही क्रिस्टल जाळीची सर्वात लहान पुनरावृत्ती होणारी एकक असते. ही एक त्रिमितीय समांतर पृष्ठफलकी आहे ज्यामध्ये संपूर्ण क्रिस्टलचे वर्णन करण्यासाठी आवश्यक असलेली सर्व माहिती समाविष्ट असते. एकक पेशी जाळीच्या बिंदूंना जोडणाऱ्या सदिशांद्वारे परिभाषित केली जाते, जे ते बिंदू आहेत जेथे क्रिस्टलचे अणू किंवा रेणू स्थित असतात.

जाळ्यांचे प्रकार#

अनेक वेगवेगळ्या प्रकारच्या जाळ्या आहेत, प्रत्येकाची स्वतःची विशिष्ट गुणधर्मांसह. काही सर्वात सामान्य प्रकारच्या जाळ्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• पूर्ण जाळ्या: पूर्ण जाळी ही अशी जाळी आहे ज्यामध्ये प्रत्येक उपसंचाला एक सर्वोच्च (supremum) आणि एक निम्नतम (infimum) असते.
• वितरणात्मक जाळ्या: वितरणात्मक जाळी ही अशी जाळी आहे ज्यामध्ये वितरण नियम (distributive laws) लागू होतात.
• मॉड्यूलर जाळ्या: मॉड्यूलर जाळी ही अशी जाळी आहे ज्यामध्ये मॉड्यूलर नियम (modular law) लागू होतो.
• बुलियन जाळ्या: बुलियन जाळी ही अशी जाळी आहे जी मर्यादित संचाच्या घात संचाशी (power set) समरूप (isomorphic) असते.

समन्वय संख्येवर परिणाम करणारे घटक#

धातू आयनची समन्वय संख्या अनेक घटकांद्वारे निश्चित केली जाते, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• धातू आयनाचा आकार: मोठ्या धातू आयनांची समन्वय संख्या जास्त असते कारण ते त्यांच्या भोवती अधिक लिगंड्स (ligands) समाविष्ट करू शकतात.
• धातू आयनाचा चार्ज:** जास्त चार्ज असलेल्या धातू आयनांची सामान्यतः कमी समन्वय संख्या असते कारण ते अधिक लिगंड्स आकर्षित करू शकतात.
• लिगंड्सचे स्वरूप: जे लिगंड्स मोठे असतात किंवा त्यांच्याकडे अधिक दाता अणू (donor atoms) असतात ते धातू आयनाची समन्वय संख्या वाढवू शकतात.

सामान्य समन्वय संख्या#

सर्वात सामान्य समन्वय संख्या 4, 6, आणि 5 आहेत. ही संख्या समन्वय रसायनशास्त्रातील सर्वात सामान्य बहुफलकांच्या शिरोबिंदूंच्या संख्येशी संबंधित आहेत: अनुक्रमे चतुष्फलक (tetrahedron), अष्टफलक (octahedron), आणि चौरस पिरॅमिड (square pyramid).

समन्वय संख्यांचे उपयोग#

समन्वय संख्या यासाठी वापरल्या जातात:

• समन्वय संयुगांची रचना वर्णन करण्यासाठी.
• समन्वय संकुलांचे गुणधर्म अंदाज लावण्यासाठी.
• इच्छित गुणधर्मांसह नवीन समन्वय संयुगे डिझाइन करण्यासाठी.

समन्वय संख्या ही समन्वय रसायनशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे आणि समन्वय संयुगांची रचना आणि गुणधर्म समजून घेण्यासाठी वापरली जाते. तसेच इच्छित गुणधर्मांसह नवीन समन्वय संयुगे डिझाइन करण्यासाठी देखील त्यांचा वापर केला जातो.

क्रिस्टल जाळीची भूमिती#

क्रिस्टल जाळी ही अवकाशातील अणूंची, रेणूंची किंवा आयनांची नियमित मांडणी असते. क्रिस्टल जाळीची भूमिती या कणांच्या मांडणी आणि त्यांच्यामधील कोनांद्वारे निश्चित केली जाते.

आदिम पेशी#

आदिम पेशी ही सर्वात लहान एकक पेशी आहे जिचा वापर क्रिस्टल जाळी निर्माण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ही तीन सदिशांद्वारे परिभाषित केलेली एक समांतर पृष्ठफलकी आहे, ज्यांना आदिम भाषांतर सदिश (primitive translation vectors) म्हणतात. हे सदिश एका सामान्य बिंदूपासून काढले जातात आणि आदिम पेशीच्या कडा परिभाषित करतात.

ब्राव्हे जाळ्या#

14 संभाव्य ब्राव्हे जाळ्या आहेत, ज्या त्यांच्या एकक पेशींच्या मांडणीनुसार वर्गीकृत केल्या जातात. सात क्रिस्टल प्रणाली आहेत:

• घनाकृती (Cubical)
• चौकोनी (Tetragonal)
• समलंब चौकोनी (Orthorhombic)
• एकलतिर्यक (Monoclinic)
• त्रितिर्यक (Triclinic)
• षटकोनी रचना (Hexagonal structure)
• समभुज चौकोनी (Rhombic)

क्रिस्टल रचना#

सामग्रीची क्रिस्टल रचना क्रिस्टल जाळीमधील तिच्या अणूंची, रेणूंची किंवा आयनांची मांडणीद्वारे निश्चित केली जाते. अनेक वेगवेगळ्या क्रिस्टल रचना आहेत, परंतु काही सर्वात सामान्य रचनांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• साधी घनाकृती (Simple cubic)
• केंद्रित घनाकृती रचना (Body-centered cubic structure)
• पृष्ठ-केंद्रित घनाकृती रचना (Face-centered cubic structure)
• षटकोनी सान्निध्य पॅक (Hexagonal close-packed)
• केंद्रित चौकोनी (Body-centered tetragonal)
• समलंब चौकोनी (Orthorhombic)
• एकलतिर्यक (Monoclinic)
• त्रितिर्यक (Triclinic)

बिंदू गट#

क्रिस्टलचा बिंदू गट म्हणजे त्या सर्व परिभ्रमणांचा आणि प्रतिबिंबनांचा संच जे क्रिस्टल अपरिवर्तित सोडतात. 32 बिंदू गट आहेत, जे त्यांच्या क्रिस्टल जाळ्यांच्या सममितीनुसार वर्गीकृत केले जातात.

अवकाश गट#

क्रिस्टलचा अवकाश गट म्हणजे त्या सर्व भाषांतरांचा, परिभ्रमणांचा आणि प्रतिबिंबनांचा संच जे क्रिस्टल अपरिवर्तित सोडतात. 230 अवकाश गट आहेत, जे त्यांच्या क्रिस्टल जाळ्यांच्या सममितीनुसार वर्गीकृत केले जातात.

क्रिस्टलविज्ञानाचे उपयोग#

क्रिस्टलविज्ञान हा क्रिस्टल्सच्या रचनेचा अभ्यास आहे. याचा वापर विविध क्षेत्रांमध्ये केला जातो, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• सामग्री विज्ञान
• रसायनशास्त्र
• खनिजशास्त्र
• भूविज्ञान
• जीवशास्त्र
• फार्मसी

सामग्रीचे गुणधर्म समजून घेण्यासाठी आणि विशिष्ट गुणधर्मांसह नवीन सामग्री डिझाइन करण्यासाठी क्रिस्टलविज्ञान हे एक शक्तिशाली साधन आहे.

क्रिस्टल जाळीचे प्रतिनिधित्व#

क्रिस्टल जाळी ही अवकाशातील अणूंची, रेणूंची किंवा आयनांची नियमित मांडणी असते. तिचे प्रतिनिधित्व अनेक प्रकारे केले जाऊ शकते, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

1. ब्राव्हे जाळ्या#

ब्राव्हे जाळ्या हे क्रिस्टल जाळीचे सर्वात सोपे प्रतिनिधित्व आहेत. त्या एका एकक पेशीद्वारे परिभाषित केल्या जातात, जी जाळीची सर्वात लहान पुनरावृत्ती होणारी एकक असते. 14 वेगवेगळ्या ब्राव्हे जाळ्या आहेत, ज्या त्यांच्या सममितीनुसार वर्गीकृत केल्या जातात.

2. मिलर निर्देशांक#

मिलर निर्देशांक हा क्रिस्टल जाळीतील एका समतलाची दिशा दर्शविण्याचा एक मार्ग आहे. ते तीन पूर्णांक असतात जे एकक पेशीच्या तीन अक्षांसह समतलाच्या छेदनबिंदूंशी संबंधित असतात.

3. क्रिस्टलवैज्ञानिक दिशा#

क्रिस्टलवैज्ञानिक दिशा हा क्रिस्टल जाळीतील एका रेषेची दिशा दर्शविण्याचा एक मार्ग आहे. ते एका सदिशाद्वारे दर्शविल्या जातात जो एकक पेशीच्या मूळ बिंदूपासून त्या बिंदूकडे निर्देशित करतो जिथे रेषा निर्देशांक समतलांना छेदते.

4. स्टिरिओग्राफिक प्रक्षेपण#

स्टिरिओग्राफिक प्रक्षेपण हा त्रिमितीय क्रिस्टल जाळीचे द्विमितीय पृष्ठभागावर प्रतिनिधित्व करण्याचा एक मार्ग आहे. हे जाळीला गोलावर प्रक्षेपित करून आणि नंतर त्या गोलाला समतलावर प्रक्षेपित करून केले जाते.

5. पावडर विवर्तन#

पावडर विवर्तन ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे सामग्रीच्या पावडर नमुन्यातून एक्स-किरण किंवा न्यूट्रॉन्सच्या विवर्तनाचे विश्लेषण करून क्रिस्टल जाळीची रचना निश्चित केली जाते.

6. एक-क्रिस्टल एक्स-किरण विवर्तन#

एक-क्रिस्टल एक्स-किरण विवर्तन ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे सामग्रीच्या एकाच क्रिस्टलमधून एक्स-किरणांच्या विवर्तनाचे विश्लेषण करून क्रिस्टल जाळीची रचना निश्चित केली जाते.

7. न्यूट्रॉन विवर्तन#

न्यूट्रॉन विवर्तन ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे सामग्रीच्या नमुन्यातून न्यूट्रॉन्सच्या विवर्तनाचे विश्लेषण करून क्रिस्टल जाळीची रचना निश्चित केली जाते.

8. इलेक्ट्रॉन विवर्तन#

इलेक्ट्रॉन विवर्तन ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे सामग्रीच्या नमुन्यातून इलेक्ट्रॉन्सच्या विवर्तनाचे विश्लेषण करून क्रिस्टल जाळीची रचना निश्चित केली जाते.

9. स्कॅनिंग टनेलिंग सूक्ष्मदर्शक#

स्कॅनिंग टनेलिंग सूक्ष्मदर्शक (STM) ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे पृष्ठभागावर एक तीक्ष्ण धातूची टीप स्कॅन करून क्रिस्टल जाळीच्या पृष्ठभागाची प्रतिमा तयार केली जाते.

10. अणू बल सूक्ष्मदर्शक#

अणू बल सूक्ष्मदर्शक (AFM) ही एक पद्धत आहे ज्याद्वारे पृष्ठभागावर एक तीक्ष्ण कॅंटिलीव्हर स्कॅन करून क्रिस्टल जाळीच्या पृष्ठभागाची प्रतिमा तयार केली जाते.