IChO 2003 · Theory problem 19
Crystal structure of iron
Which structure describes best the crystal system of iron in which the coordination number is 8?
a) simple cubic ( )
b) body-centered cubic ( )
c) cubic closest packed ( )
d) hexagonal closest packed ( )
e) none of the above ( )
Official English text of the problem.
Answers
- 19. b) body-centered cubic.
Solution
19. The coordination number is the number of nearest-neighbor atoms surrounding an atom.
In a body-centered cubic (BCC) structure, the atom at the center of a cubic unit cell has eight nearest neighbors, one at each corner. If the cube edge length is \(a\), all eight neighbors lie at the same distance: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] Every atom has this equivalent environment, so the coordination number is 8.
For comparison, simple cubic has coordination number 6, while cubic closest packed and hexagonal closest packed both have coordination number 12. Therefore, mark b).
The answers were checked against the official answers published by the organisers.
IChO 2003 · Theorieaufgabe 19
Kristallstruktur von Eisen
Welche Struktur beschreibt das Kristallsystem von Eisen, in dem die Koordinationszahl 8 beträgt, am besten?
a) kubisch primitiv ( )
b) kubisch raumzentriert ( )
c) kubisch dichteste Kugelpackung ( )
d) hexagonal dichteste Kugelpackung ( )
e) keine der oben genannten ( )
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 19. b) kubisch raumzentriert.
Lösung
19. Die Koordinationszahl ist die Anzahl der nächsten Nachbaratome, die ein Atom umgeben.
In einer kubisch raumzentrierten (BCC) Struktur hat das Atom im Zentrum einer kubischen Elementarzelle acht nächste Nachbarn, einen an jeder Ecke. Beträgt die Kantenlänge des Würfels \(a\), so liegen alle acht Nachbarn im gleichen Abstand: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] Jedes Atom hat diese gleichwertige Umgebung, daher beträgt die Koordinationszahl 8.
Zum Vergleich: Die kubisch primitive Struktur hat die Koordinationszahl 6, während die kubisch dichteste und die hexagonal dichteste Kugelpackung beide die Koordinationszahl 12 haben. Daher ist b) anzukreuzen.
Die Ergebnisse wurden mit den von den Veranstaltern veröffentlichten offiziellen Ergebnissen abgeglichen.
IChO 2003 · Teori sorusu 19
Demirin kristal yapısı
Koordinasyon sayısı 8 olan demirin kristal sistemini en iyi hangi yapı tanımlar?
a) basit kübik ( )
b) hacim merkezli kübik ( )
c) kübik en sıkı paketlenmiş ( )
d) hekzagonal en sıkı paketlenmiş ( )
e) yukarıdakilerin hiçbiri ( )
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 19. b) hacim merkezli kübik.
Çözüm
19. Koordinasyon sayısı, bir atomu çevreleyen en yakın komşu atomların sayısıdır.
Hacim merkezli kübik (BCC) bir yapıda, kübik birim hücrenin merkezindeki atomun, her köşede bir tane olmak üzere, sekiz en yakın komşusu vardır. Küpün kenar uzunluğu \(a\) ise sekiz komşunun tümü aynı uzaklıkta bulunur: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] Her atomun çevresi bu çevreyle eşdeğerdir; dolayısıyla koordinasyon sayısı 8'dir.
Karşılaştırma yapıldığında, basit kübik yapının koordinasyon sayısı 6 iken kübik en sıkı paketlenmiş ve hekzagonal en sıkı paketlenmiş yapıların her ikisinin de koordinasyon sayısı 12'dir. Bu nedenle b) seçeneğini işaretleyin.
Sonuçlar, düzenleyicilerin yayımladığı resmi sonuçlarla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 2003 · Problema teórico 19
Estructura cristalina del hierro
¿Qué estructura describe mejor el sistema cristalino del hierro en el que el número de coordinación es 8?
a) cúbica simple ( )
b) cúbica centrada en el cuerpo ( )
c) cúbica de empaquetamiento compacto ( )
d) hexagonal de empaquetamiento compacto ( )
e) ninguna de las anteriores ( )
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 19. b) cúbica centrada en el cuerpo.
Solución
19. El número de coordinación es el número de átomos vecinos más próximos que rodean a un átomo.
En una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), el átomo situado en el centro de una celda unidad cúbica tiene ocho vecinos más próximos, uno en cada vértice. Si la longitud de la arista del cubo es \(a\), los ocho vecinos se encuentran a la misma distancia: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] Todos los átomos tienen este mismo entorno, por lo que el número de coordinación es 8.
A modo de comparación, la estructura cúbica simple tiene un número de coordinación de 6, mientras que tanto la cúbica de empaquetamiento compacto como la hexagonal de empaquetamiento compacto tienen un número de coordinación de 12. Por lo tanto, marque b).
Los resultados se comprobaron con los resultados oficiales publicados por los organizadores.
IChO 2003 · 理论题 19
铁的晶体结构
下列哪种结构最能描述配位数为 8 的铁的晶系?
a) 简单立方结构 ( )
b) 体心立方结构 ( )
c) 立方最密堆积结构 ( )
d) 六方最密堆积结构 ( )
e) 以上都不是 ( )
题目译自官方英文原文。
答案
- 19. b) 体心立方结构。
解答
19. 配位数是指一个原子周围最近邻原子的数目。
在体心立方(BCC)结构中,位于立方晶胞中心的原子有八个最近邻原子,八个顶点处各有一个。若立方体的边长为 \(a\),则这八个最近邻原子与中心原子的距离均相同: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] 每个原子都具有这种等价的周围环境,因此配位数为 8。
作为比较,简单立方结构的配位数为 6,而立方最密堆积结构和六方最密堆积结构的配位数均为 12。因此,应选 b)。
结果已与主办方公布的官方答案核对。
IChO 2003 · Теоретическая задача 19
Кристаллическая структура железа
Какая структура лучше всего описывает кристаллическую систему железа, в которой координационное число равно 8?
a) простая кубическая ( )
b) объёмно-центрированная кубическая ( )
c) кубическая плотнейшая упаковка ( )
d) гексагональная плотнейшая упаковка ( )
e) ни одна из перечисленных ( )
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 19. b) объёмно-центрированная кубическая.
Решение
19. Координационное число — это число ближайших атомов-соседей, окружающих данный атом.
В объёмно-центрированной кубической (ОЦК) структуре атом в центре кубической элементарной ячейки имеет восемь ближайших соседей — по одному в каждой вершине. Если длина ребра куба равна \(a\), все восемь соседей находятся на одинаковом расстоянии: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] Каждый атом имеет такое же окружение, поэтому координационное число равно 8.
Для сравнения: простая кубическая структура имеет координационное число 6, а кубическая плотнейшая упаковка и гексагональная плотнейшая упаковка — координационное число 12. Следовательно, следует отметить b).
Ответы проверены по официальным ответам, опубликованным организаторами.
IChO 2003 · مسألة نظرية 19
البنية البلورية للحديد
أي بنية تصف على أفضل وجه النظام البلوري للحديد الذي يكون فيه عدد التناسق 8؟
a) مكعب بسيط ( )
b) مكعب متمركز الجسم ( )
c) مكعب محكم التراص ( )
d) سداسي محكم التراص ( )
e) لا شيء مما سبق ( )
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 19. b) مكعب متمركز الجسم.
الحل
19. عدد التناسق هو عدد الذرات الأقرب جوارًا المحيطة بذرة ما.
في بنية مكعبة متمركزة الجسم (BCC)، تكون للذرة الواقعة في مركز خلية وحدة مكعبة ثماني ذرات أقرب جوارًا، واحدة عند كل رأس. إذا كان طول حرف المكعب هو \(a\)، فإن الذرات الثماني المجاورة جميعها تقع على المسافة نفسها: \[ d=\sqrt{\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2+\left(\frac a2\right)^2} =\frac{\sqrt{3}}{2}a. \] تتمتع كل ذرة بهذه البيئة المتكافئة، لذا فإن عدد التناسق هو 8.
للمقارنة، يبلغ عدد التناسق في البنية المكعبة البسيطة 6، بينما يبلغ عدد التناسق في كل من البنية المكعبة المحكمة التراص والبنية السداسية المحكمة التراص 12. لذلك، ضع علامة عند b).
تمت مراجعة النتائج بمقارنتها بالنتائج الرسمية التي نشرها المنظمون.