Единичната клетка на кристалната решетка служи за описване на микроструктурата на материалите. Много физични и химични свойства на веществото зависят от неговите параметри: твърдост, точка на топене, електрическа и топлопроводимост, пластичност и др. Видовете на тези елементарни структури са описани още през 19 век. Една от разновидностите е примитивната клетка. За да се изолира единична клетка в структурата на материала, трябва да бъдат изпълнени редица условия.
Кристална решетка
Всички твърди вещества според тяхната вътрешна структура могат да бъдат класифицирани в две форми: аморфни и кристални. Отличителна черта на последното е специфичната организирана структура на частиците.
Кристална решетка е опростен триизмерен модел на твърди кристали, който се използва за анализ на техните свойства във физиката, химията, биологията, минералогията и други науки. Външно изглежда като решетка. В неговите възли са атомите на материята. Този масив от точки има специфичен, редовно повтарящ се ред, специфичен за всеки вид.вещества.
Какво е единична клетка?
Единичната клетка на кристалната решетка е най-малката част от твърдо вещество, която ни позволява да характеризираме неговите свойства. Той служи като основа на мрежата и се дублира в нея безброй пъти.
Този модел се използва за опростяване на визуалното описание на вътрешната структура на кристалите. В този случай се използва система от 3 кристалографски координатни оси, които се различават от обичайните ортогонални по това, че са крайни сегменти с определен размер. Ъглите между осите могат да бъдат равни на 90° или непреки.
Ако плътно запълните определен обем с елементарни клетки, можете да получите идеален монокристал. На практика поликристалите са по-често срещани, състоящи се от няколко правилни структури, ограничени в пространството.
Прегледи
В науката има 14 вида елементарни клетки от решетки с уникална геометрия. Те са описани за първи път от френския физик Огюст Браве през 1848 г. Този учен се счита за основател на кристалографията.
Тези типове елементарни структури на кристалната решетка са групирани в 7 категории, наречени сингонии, в зависимост от съотношението на дължините на страните и равенството на ъглите:
- cubic;
- тетрагонална;
- орторомбичен;
- ромбоедрален;
- шестоъгълен;
- triclinic.
Най-простият и често срещан в природата отот тях е първата категория, която от своя страна е разделена на 3 вида решетки:
- Прост куб. Всички частици (и те могат да бъдат атоми, електрически заредени частици или молекули) са разположени във върховете на куба. Тези частици са идентични. Всяка клетка има 1 атом (8 върха × 1/8 атом=1).
- Центриран по тялото куб. Той се различава от предишния модел по това, че в центъра на куба има още една частица. Всяка клетка има 2 атома материя.
- Центриран по лицето куб. Частиците се съдържат във върховете на елементарната клетка, както и в центъра на всички лица. Всяка от клетките има 4 атома.
Примитивна клетка
Елементарна клетка се нарича примитивна, ако нейните частици са разположени само във върховете на решетката и липсват другаде. Обемът му е минимален в сравнение с други видове. На практика често се оказва, че е нискосиметрична (пример е клетката на Вигнер-Зайц).
За не-примитивни клетки, атомът в центъра на обема ги разделя на 2 или 4 еднакви части. В лицево-центрираната структура има разделение на 8 части. В металографията се използва концепцията за елементарна, а не за примитивна клетка, тъй като симетрията на първата клетка позволява по-пълно описание на кристалната структура на материала.
Знаци
Всички 14 типа елементарни клетки имат общи свойства:
- те са най-простите повтарящи се структури в кристал;
- всеки център на решетката се състои от единчастици, наречени решетъчни възел;
- възлите на клетките са свързани помежду си с прави линии, които образуват геометрията на кристала;
- противоположните лица са успоредни;
- симетрията на елементарната структура съответства на симетрията на цялата кристална решетка.
При избор на структура на елементарна клетка се спазват някои правила. Тя трябва да има:
- най-малък обем и площ;
- най-големият брой еднакви ръбове и ъгли между тях;
- прави ъгли (ако е възможно);
- пространствена симетрия, отразяваща симетрията на цялата кристална решетка.
Обем
Обемът на елементарна клетка се определя в зависимост от нейната геометрична форма. За кубичната сингония тя се изчислява като дължината на лицето (разстоянието от центъра до центъра на атомите), повдигната на трета степен. За шестоъгълна система обемът може да се определи с помощта на формулата по-долу:
където a и c са параметрите на кристалната решетка, измерени в ангстрьоми.
На практика параметрите на кристалната решетка се изчисляват, за да се определи по-късно структурата на съединението, масата на атома (въз основа на теглото на даден обем и числото на Авогадро) или неговия радиус.
