Komórka elementarna sieci krystalicznej służy do opisu mikrostruktury materiałów. Wiele właściwości fizycznych i chemicznych substancji zależy od jej parametrów: twardości, temperatury topnienia, przewodności elektrycznej i cieplnej, plastyczności i innych. Rodzaje tych elementarnych konstrukcji zostały opisane już w XIX wieku. Jedną z odmian jest komórka pierwotna. Aby wyizolować komórkę elementarną w strukturze materiału, należy spełnić szereg warunków.
Krystaliczna siatka
Wszystkie ciała stałe zgodnie z ich wewnętrzną strukturą można podzielić na dwie formy: amorficzną i krystaliczną. Charakterystyczną cechą tych ostatnich jest specyficzna zorganizowana struktura cząstek.
Sieć krystaliczna to uproszczony trójwymiarowy model kryształów stałych, który służy do analizy ich właściwości w fizyce, chemii, biologii, mineralogii i innych naukach. Na zewnątrz wygląda jak siatka. W jego węzłach znajdują się atomy materii. Ta tablica punktów ma określoną, regularnie powtarzającą się kolejność właściwą dla każdego gatunku.substancje.
Co to jest komórka elementarna?
Komórka elementarna sieci krystalicznej to najmniejsza część ciała stałego, która pozwala nam scharakteryzować jej właściwości. Służy jako podstawa siatki i jest w niej powielana niezliczoną ilość razy.
Ten model służy do uproszczenia wizualnego opisu wewnętrznej struktury kryształów. W tym przypadku stosuje się układ 3 krystalograficznych osi współrzędnych, które różnią się od zwykłych ortogonalnych tym, że są skończonymi segmentami o określonej wielkości. Kąty między osiami mogą być równe 90° lub być pośrednie.
Jeśli gęsto wypełnisz określoną objętość komórkami elementarnymi, możesz uzyskać idealny monokryształ. W praktyce polikryształy są bardziej powszechne, składające się z kilku regularnych struktur o ograniczonej przestrzeni.
Wyświetlenia
W nauce istnieje 14 rodzajów elementarnych komórek sieci o unikalnej geometrii. Po raz pierwszy zostały opisane przez francuskiego fizyka Auguste Bravais w 1848 roku. Naukowiec ten uważany jest za twórcę krystalografii.
Tego typu elementarne struktury sieci krystalicznej są pogrupowane w 7 kategorii, zwanych syngoniami, w zależności od stosunku długości boków i równości kątów:
- sześcienny;
- czterokąt;
- rombowy;
- romboedry;
- sześciokątne;
- triclinic.
Najprostszy i najbardziej powszechny w naturze odz nich to pierwsza kategoria, która z kolei dzieli się na 3 rodzaje krat:
- Prosty sześcienny. Wszystkie cząstki (a mogą to być atomy, cząstki naładowane elektrycznie lub molekuły) znajdują się na wierzchołkach sześcianu. Te cząstki są identyczne. Każda komórka ma 1 atom (8 wierzchołków × 1/8 atom=1).
- Skoncentrowany na ciele sześcienny. Różni się od poprzedniego modelu tym, że w środku sześcianu znajduje się jeszcze jedna cząstka. Każda komórka ma 2 atomy materii.
- Kubek wyśrodkowany na twarzy. Cząsteczki znajdują się w wierzchołkach komórki elementarnej, a także w środku wszystkich ścian. Każda z komórek ma 4 atomy.
Komórka podstawowa
Komórka elementarna jest nazywana prymitywną, jeśli jej cząstki znajdują się tylko na wierzchołkach sieci i nie ma ich gdzie indziej. Jego objętość jest minimalna w porównaniu z innymi typami. W praktyce często okazuje się, że jest niskosymetryczny (przykładem jest komórka Wignera-Seitza).
W przypadku komórek nieprymitywnych atom w środku objętości dzieli je na 2 lub 4 identyczne części. W strukturze twarzocentrycznej istnieje podział na 8 części. W metalografii używa się koncepcji komórki elementarnej, a nie pierwotnej, ponieważ symetria pierwszej komórki pozwala na pełniejszy opis struktury krystalicznej materiału.
Znaki
Wszystkie 14 typów komórek elementarnych mają wspólne właściwości:
- są to najprostsze powtarzające się struktury w krysztale;
- każdy środek kratownicy składa się z jednegocząstki, zwane węzłem sieciowym;
- węzły komórek są połączone liniami prostymi, które tworzą geometrię kryształu;
- przeciwległe twarze są równoległe;
- symetria struktury elementarnej odpowiada symetrii całej sieci krystalicznej.
Przy wyborze struktury komórki elementarnej należy przestrzegać pewnych zasad. Musi mieć:
- najmniejsza objętość i powierzchnia;
- największa liczba identycznych krawędzi i kątów między nimi;
- kąty proste (jeśli to możliwe);
- symetria przestrzenna, odzwierciedlająca symetrię całej sieci krystalicznej.
Głośność
Objętość komórki elementarnej jest określana w zależności od jej kształtu geometrycznego. W przypadku syngonii sześciennej oblicza się ją jako długość twarzy (odległość od środka do środka atomów) podniesioną do trzeciej potęgi. W przypadku systemu sześciokątnego objętość można określić za pomocą poniższego wzoru:
gdzie a i c są parametrami sieci krystalicznej mierzonymi w angstremach.
W praktyce parametry sieci krystalicznej są obliczane w celu późniejszego określenia struktury związku, masy atomu (na podstawie masy danej objętości i liczby Avogadra) lub jego promienia.
