Συσκευασία σε Στερεά, Κενά

Κλείσιμο packing σημαίνει τη διάταξη των σφαιρών ενός συμπαγούς κρυστάλλου ώστε να καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου χώρου ενώ αφήνουν τον λιγότερο ελεύθερο χώρο. Η στενή συσκευασία σχετίζεται με μια κατάσταση μέγιστης πυκνότητας. Όσο πιο σφιχτό είναι το σφίξιμο στο συμπαγές κρύσταλλο θα είναι και η σταθερότητά του. Στον κρύσταλλο ΑΑ, ο αριθμός συντονισμού που αναφέρεται επίσης ως συνδεσιμότητα, είναι ο αριθμός των ατόμων, ιόντων ή μορίων που έχει ένα κεντρικό άτομο ή ιόν ως πλησιέστερα γειτονικά του.

Μονοδιάστατη στενή συσκευασία σε στερεά

Ο μόνος τρόπος για να τακτοποιήσετε τις σφαίρες σε μια μονοδιάστατη στενή συσκευασία είναι τοποθετώντας τις σε μια ενιαία σειρά ή γραμμή όπου οι σφαίρες έρχονται σε επαφή. Κάθε σφαίρα θα συνδεθεί με δύο άλλες σφαίρες, μία στα δεξιά και μία στα αριστερά, και θα έχει τον αριθμό συντονισμού δύο.

Δισδιάστατη στενή συσκευασία σε στερεά

Στο 2D close packing σε στερεά, η μία σειρά στοιβάζεται πάνω από την άλλη. Υπάρχουν δύο τρόποι για να κάνετε αυτήν τη ρύθμιση.

1. Square Close Packing

Η δεύτερη σειρά τοποθετείται μεταξύ της πρώτης και της τρίτης σειράς. Οι σφαίρες στη δεύτερη σειρά βρίσκονται ακριβώς πάνω από την πρώτη σειρά. Οι σφαίρες είναι ευθυγραμμισμένες οριζόντια και κάθετα σε όλες τις σειρές.

Μόνο παρόμοιοι τύποι σφαιρών υπάρχουν στις σειρές. Εάν οι σειρές ονομάζονται σειρές τύπου Α, και ομοίως, η δεύτερη σειρά είναι επίσης τύπου Α καθώς είναι παρόμοιες. Εδώ οι σειρές τύπου Α στοιβάζονται η μία πάνω από την άλλη. Αυτή η διάταξη μπορεί να ονομαστεί διάταξη τύπου AAA.

Κάθε σφαίρα βρίσκεται σε στενή επαφή με τέσσερις άλλες σφαίρες, μία πάνω, μία κάτω, μία προς τα δεξιά και μία προς τα αριστερά. Ως εκ τούτου, ο αριθμός συντονισμού του είναι τέσσερις. Επίσης, όταν τα κέντρα των παρακείμενων γειτονικών σφαιρών συνδέονται, σχηματίζει ένα τετράγωνο σχήμα και ως εκ τούτου το όνομα τετράγωνο κλείνει σε στερεά σώματα σε δύο διαστάσεις.

2. Εξαγωνική κλειστή συσκευασία

Στη διάταξη Hexagonal Close Packing, η δεύτερη σειρά τοποθετείται πάνω από την πρώτη σειρά με κλιμακωτό τρόπο ώστε να χωράει στην κοιλότητα των σφαιρών της πρώτης σειράς.

Στην εξαγωνική διάταξη στενής συσκευασίας, υπάρχουν δύο τύποι σειρών. Εάν ένας τύπος σειράς ονομάζεται σειρά τύπου Α και αυτός που στοιβάζεται στις κοιλότητες της πρώτης σειράς θα ονομάζεται σειρά τύπου Β. Περισσότερες σειρές στοιβάζονται η μία πάνω από την άλλη με κλιμακωτό τρόπο, καθιστώντας έτσι αυτή τη διάταξη τον τύπο ABAB.

Υπάρχει λιγότερος κενός χώρος μεταξύ των σφαιρών και η στενή συσκευασία είναι σφιχτή και πιο αποτελεσματική από την τετράγωνη στενή συσκευασία. Εδώ, μια μεμονωμένη σφαίρα έρχεται σε στενή σύνδεση με έξι άλλες σφαίρες, δύο η καθεμία από την πάνω και την κάτω σειρά και μία από τη δεξιά και την αριστερή πλευρά και ως εκ τούτου κάνει τον αριθμό συντονισμού έξι.

Όταν τα κέντρα αυτών των έξι στενά συνδεδεμένων γειτονικών σφαιρών συνδυάζονται, δημιουργείται ένα κανονικό εξαγωνικό σχήμα και ως εκ τούτου ονομάζεται εξαγωνική στενή συσκευασία. Υπάρχουν κάποια κενά ή κενά ανάμεσα στις σειρές, τριγωνικού σχήματος. Υπάρχουν δύο τύποι αυτών των τριγωνικών κενών. Ένα του οποίου η κορυφή θα δείχνει προς τα πάνω, ενώ, στην άλλη σειρά, η κορυφή του θα δείχνει προς τα κάτω.

Τριδιάστατη κλειστή συσκευασία σε στερεά

Τοποθετώντας τις κλειστές δισδιάστατες σφαίρες η μία πάνω από την άλλη, επιτυγχάνεται το τρισδιάστατο στενό packing. Υπάρχουν επίσης δύο τρόποι τακτοποίησής τους.

• Από ένα δισδιάστατο τετράγωνο στρώμα

Σε αυτή την τρισδιάστατη διάταξη, το δεύτερο στρώμα τοποθετείται ακριβώς πάνω από το πρώτο στρώμα. Αυτή η διάταξη θα ευθυγραμμίσει κάθετα και οριζόντια αυτά τα στρώματα. Περισσότερα στρώματα έχουν παρόμοια διάταξη, το ένα πάνω από το άλλο.

Εάν το πρώτο στρώμα είναι τύπου Α, αυτή η διάταξη θα ονομάζεται διάταξη τύπου ΑΑΑ. Έτσι το πλέγμα που δημιουργείται θα είναι ένα απλό κυβικό. Έχει μια πρωτόγονη κυψέλη κυβικής μονάδας.

Ο αριθμός συντονισμού για το κυβικό κλείσιμο θα είναι 4. Ο συνολικός όγκος που καταλαμβάνουν οι σφαίρες θα είναι 52%. Ή αλλιώς, η απόδοση συσκευασίας είναι 52%.

Το μόνο μέταλλο που κρυσταλλώνεται σε αυτή τη μορφή είναι το πολώνιο.

•  Από ένα δισδιάστατο εξαγωνικό στρώμα

Αυτή η διάταξη επιτυγχάνεται με τη στοίβαξη ενός στρώματος 2-D εξαγωνικών στρωμάτων πάνω από ένα άλλο, έτσι ώστε οι σφαίρες του παραπάνω στρώματος να βρίσκονται στην κοιλότητα του κάτω.

Καθώς το πρώτο και το δεύτερο στρώμα βρίσκονται σε διαφορετικές ευθυγραμμίσεις, μπορούμε να ονομάσουμε το πρώτο στρώμα Α και Β. Όταν τα στρώματα στοιβάζονται, παρατηρούμε ότι σχηματίζεται ένα τετραεδρικό κενό όταν το δεύτερο στρώμα τοποθετείται πάνω από το πρώτο στρώμα.

Ενώ σε άλλα σημεία, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι τα τριγωνικά κενά στο πρώτο στρώμα είναι κάτω από τα τριγωνικά κενά του δεύτερου στρώματος, έτσι ώστε να μην εκτείνονται το ένα πάνω στο άλλο, σχηματίζοντας έτσι τα οκταεδρικά κενά. Τα οκταεδρικά κενά καλύπτονται από έξι σφαίρες και έχουν αριθμό συντονισμού έξι.

Μπορούμε να τοποθετήσουμε το τρίτο στρώμα πάνω από το δεύτερο στρώμα με δύο διαφορετικούς τρόπους.

• Κάλυψη των τετραεδρικών κενών

Οι σφαίρες του τρίτου στρώματος μπορούν να τυλίξουν τα τετραεδρικά κενά του δεύτερου στρώματος. Εδώ γίνεται η κάλυψη του τετραεδρικού κενού. Εάν συμβεί αυτή η διάταξη, το τρίτο στρώμα θα τοποθετηθεί με τον ίδιο τρόπο όπως το πρώτο στρώμα. Έτσι αυτό το εναλλασσόμενο σχέδιο επαναλαμβάνεται σε όλη τη συσκευασία. Αυτό το μοτίβο ονομάζεται επίσης μοτίβο ABAB, που ονομάζεται επίσης εξαγωνικό κλείσιμο (hcp). Το μαγνήσιο και ο ψευδάργυρος δείχνουν αυτή τη διάταξη.

• Κάλυψη των οκταεδρικών κενών

Σε αυτή τη διάταξη, το τρίτο στρώμα τοποθετείται πάνω από το δεύτερο στρώμα, καλύπτοντας τα οκταεδρικά κενά του δεύτερου στρώματος. Όταν τοποθετηθεί έτσι, το τρίτο στρώμα δεν είναι σε ευθυγράμμιση με το πρώτο στρώμα, και ως εκ τούτου ονομάζεται τύπος C.

Όταν το τέταρτο στρώμα τοποθετηθεί πάνω από το τρίτο στρώμα, ευθυγραμμίζεται με το πρώτο στρώμα.

Αυτή η διάταξη ονομάζεται συχνά τύπος ABCABC και η δομή που σχηματίζεται είναι κεντραρισμένη με πρόσωπο κυβικό (fcc) ή κυβική κλειστή συσκευασία (ccp). Ο χαλκός και το ασήμι είναι τα στοιχεία που κρυσταλλώνονται σε αυτό το πλέγμα.

Αποτελεσματικότητα συσκευασίας

Το ποσοστό του συνολικού χώρου σε ένα μοναδιαίο κύτταρο που καταλαμβάνεται από συστατικά σωματίδια όπως άτομα, ιόντα ή μόρια συσκευασμένα μέσα στο πλέγμα ονομάζεται απόδοση πλήρωσης. Στον τρισδιάστατο χώρο, αυτά τα σωματίδια καθιζάνουν τη συνολική ποσότητα χώρου. Το κλάσμα του συνολικού όγκου ενός στερεού που καταλαμβάνεται από ένα σφαιρικό άτομο και το οποίο μπορεί να υπολογιστεί ονομάζεται απόδοση πλήρωσης ενός στερεού.

Οι παράγοντες που καθορίζουν την αποτελεσματικότητα της συσκευασίας είναι:

• Ο όγκος ενός κελιού μονάδας
• Ο αριθμός των ατόμων σε μια δομή πλέγματος
• Ο όγκος των ατόμων

Η απόδοση συσκευασίας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Αποδοτικότητα συσκευασίας =Αριθμός ατόμων Όγκος που καταλαμβάνεται από ένα μερίδιο 100%Συνολικός όγκος της μονάδας κυψέλης

Συμπέρασμα

Η κλειστή συσκευασία σε στερεά αναφέρεται στη σφιχτή συσκευασία ιόντων ή ατόμων ενός στερεού για την ελαχιστοποίηση των κενών χώρων. Η κλειστή συσκευασία είναι ευθέως ανάλογη με τη σταθερότητα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι στενής συσκευασίας. Μονοδιάστατη είναι η απλή διάταξη των ατόμων σε μια σειρά. Σε δύο διαστάσεις, υπάρχουν και πάλι δύο τρόποι.

Τοποθετώντας τις σφαίρες της μιας σειράς ακριβώς πάνω από την άλλη και η δεύτερη είναι βάζοντας τη σφαίρα στην κοιλότητα της προηγούμενης σειράς. Σε τρεις διαστάσεις, το εξαγωνικό στενό packing (hcp) σχηματίζεται με την κάλυψη των τετραεδρικών κενών και το σχηματισμό κυβικών κλειστών κενών (ccp) με το τύλιγμα των οκταεδρικών κενών. Η απόδοση συσκευασίας δίνει το ποσοστό του συνολικού χώρου σε μια μονάδα κυψέλης που καταλαμβάνεται από τα συστατικά σωματίδια.