Mengkristal

'n Mengkristal is 'n kristal waarin die plek van een atoom (of atoomgroep) in die kristal min of meer ewekansig deur 'n ander atoom (of atoomgroep) vervang kan word.

Mengskristalle is vastestofoplossings. Die vorming van oplossings is vir gasse en vloeistowwe termodinamies en struktureel baie eenvoudiger. Oplosbaarheid van die een vastestof in die ander is eerder uitsonderlik. Dit vereis dat die spesies wat mekaar vervang baie op mekaar lyk.

Mengbaarheid en oplosbaarheid

Die hoofartikel vir hierdie afdeling is: Mengbaarheid.

Die Cu-Ni diagram. Die vloeistowwe (in groen) is geheel mengbaar en by hoë temperatuur is ook die legering geheel mengbaar in vaste mengkristalle (in geel). By laer temperature kan hulle egter ontmenging vertoon in α₁ en α₁.

Daar is egter selfs gevalle waar hierdie vervanging onbeperk kan optree. Goud en silwer is 'n goeie voorbeeld. Daar is min verskil in dié twee atome se atoomradiusse en die chemiese eienskappe is ook vergelykbaar. Silwer en goud het daarom dieselfde kristalstruktuur en kan onbeperk in mekaar oplos. Hierdie oplossing word elektrum genoem. Dit is 'n voorbeeld van 'n isomorfiese sisteem waarin die radiusse, die kristalstrukture, valensies en elektronegatiwiteite vergelykbaar of gelyk is. Op die nanoskaal kan nogtans steeds 'n mate van skeiding optree.^[1]

Indien die verskille groter is, is die oplosbaarheid gewoonlik beperk en dikwels baie kleiner. Dit is veral die geval indien die twee stowwe 'n ander kristalstruktuur met 'n ander ruimtegroep-simmetrie besit. In die geval is volledige mengbaarheid net moontlik indien 'n fase-oorgang van die tweede orde kan plaasvind tussen hulle simmetrieë, soos in die Ag_2-xAu_xS-sisteem,^[2] dit is 'n groot seldsaamheid. Gewoonlik is daar net 'n beperkte oplosbaarheid van die een stof in die ander omdat daar 'n hoë termodinamiese prys betaal moet word om die opgeloste spesie in die 'verkeerde' kristalrooster te plaas. Termodinamies verhoog die oplos van die spesie die entropie, maar indien dit ook die entalpie sou verhoog kan dit nie meer plaasvind nie.

Organiese vastestowwe is om hierdie rede gewoonlik baie min oplosbaar in mekaar, veral wanneer die molekules 'n volledig ander vorm besit pas dit eenvoudig nie in die ander rooster nie. Dit is die basis vir die suiweringsmetode wat herkristallisasie genoem word.

Minerale

Die pirietstruktuur. In geel die X₂-anioonpare, wat die grys metaal M-katioon omring. M=Fe,Co,Ni,Cu... X=S,Se,Te,(As,Sb)..

In die natuur tree vorming van mengkristalle dikwels op en die meeste minerale is in der waarheid mengkristalle. Sulfiedminerale bevat gewoonlik ook 'n bietjie seleen of telluur en sinkminerale sal dikwels 'n bietjie kadmium bevat. Piriet is veral FeS₂ met 'n kubiese struktuur, maar die yster kan vervang word deur Ni, Co, Cu, ens. en die swawel deur Se, Te en selfs As, Sb. Die presiese samestelling sal van plek tot plek verskil.

Die lantaniede vervang mekaar so dikwels dat daar 'n algemene simbool vir hulle gebruik word: Ln. Bastnäsiet, wat die belangrikste bron van hierdie elemente is, word daarom dikwels as LnCO₃F geskryf. Die fluoor-atome kan in hierdie groep minerale ook deur hidroksiedione vervang word.

Daar is selfs minerale wat net kan bestaan omrede hulle mengkristalle is.

Verwysings

[1] Electrum, the Gold–Silver Alloy, from the Bulk Scale to the Nanoscale: Synthesis, Properties, and Segregation Rules Grégory Guisbiers et. al. ACS Nano. 2016 Jan 26; 10(1): 188–198..

[2] Order-disorder transitions in the system Ag_2−xAu_xS (0 ⩽ x ⩽ 1) J.C.W. Folmer, P. Hofman, G.A. Wiegers Journal of the Less Common Metals, 48(2), Augustus 1976, bls. 251–268.

[1]

[2]