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Struttura cristallina rivelata: perché la famiglia dei cristalli esagonali è così unica?
In cristallografia, la famiglia dei cristalli esagonali è una delle sei famiglie di cristalli, che coprono due sistemi cristallini (esagonale e trigonale) e due sistemi reticolari (esagonale e romboedrico). Sebbene spesso confuso, il sistema cristallino trigonale non è equivalente al sistema reticolare romboedrico, e questo è particolarmente importante nella famiglia dei cristalli esagonali. Questo articolo esplorerà l'unicità della famiglia dei cristalli esagonali e apprenderà le sue strutture reticolari, i sistemi cristallini e le loro applicazioni nelle strutture multielemento.
Struttura base della famiglia dei cristalli esagonali
La famiglia dei cristalli esagonali è composta da 12 gruppi di punti e almeno un gruppo spaziale ha come base un reticolo esagonale. Ci sono un totale di 52 gruppi spaziali associati le cui dimensioni sono definite dal reticolo di Bravais come esagonali o romboedrici. Queste strutture sono caratterizzate dalle loro simmetrie, che sono particolarmente ben specificate nei sistemi cristallini.
La famiglia dei cristalli esagonali è unica non solo nella sua struttura, ma anche nella sua simmetria e nel potenziale di applicazioni nella scienza dei materiali.
Introduzione al sistema reticolare
La famiglia dei cristalli esagonali è composta da due sistemi reticolari: esagonale e romboedrico. Ogni sistema reticolare è costituito da un reticolo di Bravais. Nel sistema cristallino esagonale, il cristallo è solitamente rappresentato da un cristallo con due assi uguali (a e a) e un angolo di inclusione (γ) di 120° e un'altezza (c) perpendicolare ai due assi basali. Questa struttura rende il reticolo esagonale più conveniente per le applicazioni pratiche.
Sistemi cristallini esagonali e trigonali
I due principali sistemi cristallini della famiglia dei cristalli esagonali includono trigonale ed esagonale. Il sistema cristallino trigonale contiene cinque gruppi di punti con un unico asse di rotazione triplice, mentre il sistema cristallino esagonale contiene sette gruppi di punti con un unico asse di rotazione sei volte. Ad esempio, i cinque gruppi puntuali di un sistema cristallino trigonale corrispondono al suo gruppo spaziale, mentre i sette gruppi puntuali di un sistema cristallino esagonale hanno 27 gruppi spaziali designati come sistemi reticolari esagonali.
Il sistema cristallino trigonale è l'unico con più sistemi reticolari associati, il che ne evidenzia la complessità nella struttura cristallina.
Struttura esagonale compatta
L'impaccamento chiuso esagonale (hcp) è uno dei due tipi di impaccamento atomico con la densità più elevata. Si differenzia dal cubico a facce centrate (fcc) in quanto non è un reticolo di Bravais ma un punto del reticolo composto da due atomi. Questa caratteristica offre un grande potenziale applicativo alla scienza dei materiali, in particolare nella ricerca di metalli e leghe.
Struttura multielemento
I composti basati sulla struttura della famiglia dei cristalli esagonali sono relativamente comuni nella scienza dei materiali. Un esempio è la struttura Wurtzite, che rappresenta la struttura B4 in cristallografia e ha varie applicazioni, compreso l'uso nei semiconduttori. La struttura della Wurtzite può presentare caratteristiche non centrosimmetriche, quindi ha proprietà eccellenti come piezoelettricità e termoelettricità.
Una delle caratteristiche sorprendenti della struttura Wurtzite è la sua mancanza di simmetria di inversione, che rende le sue proprietà distinte dalle altre strutture.
Conclusione
L'unicità della famiglia dei cristalli esagonali si riflette nella sua struttura complessa, nel sistema cristallino mutevole e nel forte potenziale applicativo. Questa famiglia di cristalli mostra infinite possibilità, sia nella scienza di base che nelle applicazioni. In futuro, in che modo gli scienziati utilizzeranno queste strutture uniche per promuovere il progresso tecnologico?
