Ero atomi- ja kiderakenteen välillä

Atomirakenne vs. kiderakenne

Tässä artikkelissa pääpaino on atomin ja kiteen sisäisessä järjestelyssä. Se mitä näemme ulkopuolelta, on seurausta atomien tai molekyylien sisäisestä järjestelystä. Joskus ulkoinen näkymä voi olla erilainen kuin sisäinen rakenne; mutta ne eivät ole täysin riippumattomia toisistaan.

Atomirakenne

Atomit ovat kaikkien olemassa olevien aineiden pieniä rakennuspalikoita. Ne ovat niin pieniä, ettemme voi edes havaita paljain silmin. Normaalisti atomit ovat Angstrom-alueella. Subatomisten hiukkasten löytämisen jälkeen tutkijoiden seuraava kysymys oli löytää miten ne on järjestetty atomiin. Vuonna 1904 Thompson esitteli luumu vanukas malli selittää atomirakenne. Tämä sanoi, että elektronit ovat hajallaan pallo, jossa on myös positiivisia varauksia hajallaan negatiivisten varausten neutraloimiseksi. Elektronien leviäminen on kuin luumujen sironta hajottimessa, siksi se sai nimen ”luumu vanukas malli”. Myöhemmin Ernest Rutherford teki kokeilun, jonka perusteella löydettiin tarkempia yksityiskohtia atomirakenteesta. He ampuivat alfahiukkasia ohuelle kultakalvolle ja löysivät seuraavat tiedot.

• Suurin osa alfahiukkasista kulki kultakalvon läpi.

• Harva hiukkasista taipui.

• Jotkut alfahiukkasista palautuivat suoraan takaisin.

Nämä havainnot auttoivat heitä tekemään seuraavat johtopäätökset.

• Alfahiukkaset ovat positiivisesti varautuneita. Suurin osa heistä kulki kultafolion läpi, mikä tarkoittaa, että sisällä on paljon vapaita tiloja.

• Jotkut taipuivat, koska ne olivat kulkemassa lähellä toista positiivista varausta. Mutta taipumien määrä on hyvin pieni, mikä tarkoittaa, että positiivisesti varautuneet ovat keskittyneet muutamiin pisteisiin. Ja tämä paikka nimettiin ytimeksi.

• Kun alfahiukkanen kohtaa suoraan ytimen, se palaa suoraan takaisin.

Edellä esitetyillä koetuloksilla ja monien muiden myöhempien kokeiden perusteella atomien rakenne kuvailtiin. Atomi koostuu ytimestä, jossa on protoneja ja neutroneja. Ytimessä on muita kuin neutroneita ja positroneja. Ja ytimen ympärillä kiertää elektronia kiertoradalla. Suurin osa atomin tilasta on tyhjä. Positiivisesti varautuneen ytimen (protoneista johtuva positiivinen varaus) ja negatiivisesti varautuneiden elektronien väliset houkuttelevat voimat ylläpitävät atomin muotoa.

Kristallirakenne

Kiderakenne on kuinka atomit tai molekyylit on järjestetty kiteeseen. Tällä on kolmiulotteinen järjestely avaruudessa. Normaalisti kidessä on tiettyjen atomien tai molekyylien toistuva järjestely. Yksi kristallin toistuvista yksiköistä on nimeltään ”yksikkösolu”. Tämän toistuvan järjestelyn takia kristallissa on kuvio ja pitkän kantaman järjestys. Kiderakenne määritteli monet sen fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista, kuten elektronisen kaistarakenteen, pilkkoutumisen, läpinäkyvyyden jne. Kidehilajärjestelmiä on seitsemän, jotka on luokiteltu muodonsa perusteella. Ne ovat kuutiometriä, tetragonaalisia, ortorombisia, kuusikulmaisia, trigonaalisia, trikliinisiä ja monoklinisiä. Ominaisuuksien mukaan myös kiteet voidaan luokitella kovalenttisiksi, metallisiksi, ionisiksi ja molekyylikiteiksi.