A kristályrács elemi cellája: meghatározás és típusok

A kristályrács elemi celláját az anyagok mikrostruktúrájának leírására használják. Az anyag számos fizikai és kémiai tulajdonsága függ a paramétereitől: keménység, olvadáspont, elektromos és hővezető képesség, plaszticitás és mások. Ezen elemi struktúrák típusait már a 19. században leírták. Az egyik fajta egy primitív sejt. Az elemi sejt izolálásához az anyag szerkezetében számos feltételnek teljesülnie kell.

Kristályrács

Minden szilárd anyag belső szerkezete szerint két formába sorolható: amorf és kristályos. Megkülönböztető jellemző ez utóbbi a részecskék sajátos szervezett szerkezete.

A kristályrács a szilárd kristályok egyszerűsített háromdimenziós modellje, amelyet a fizika, a kémia, a biológia, az ásványtan és más tudományok tulajdonságainak elemzésére használnak. Külsőleg úgy néz ki, mint egy rács. A csomópontjaiban az anyag atomjai vannak. Ennek a pontcsoportnak van egy bizonyos, rendszeresen ismétlődő sorrendje, amely az egyes anyagtípusokra jellemző.

Mi az elemi cella?

A kristályrács elemi cellája a szilárd anyag legkisebb része, amely lehetővé teszi a tulajdonságainak jellemzését. Ez szolgál a rács alapjául, és számtalanszor megismétlődik benne.

Ez a modell a belső vizuális leírásának egyszerűsítésére szolgál kristályszerkezetű. Ebben az esetben 3 kristálytani koordinátatengelyből álló rendszert használunk, amelyek különböznek a szokásos ortogonálisoktól, mivel bizonyos méretű véges szegmensek. A tengelyek közötti szögek lehetnek 90 6 vagy közvetett.

Ha szorosan kitölti egy bizonyos térfogatot elemi cellákkal, akkor ideális egykristályt kaphat. A gyakorlatban gyakoribbak a térben korlátozott, több szabályos struktúrából álló polikristályok.

Fajták

A tudományban 14 típusú elemi rácssejt van, egyedi geometriával. Először Auguste Bravet francia fizikus írta le őket 1848-ban. Ezt a tudósot a kristálytan alapítójának tekintik.

A kristályrács ilyen típusú elemi struktúráit 7 kategóriába sorolják, amelyeket szingóniáknak neveznek, az oldalak hosszának arányától és a szögek egyenlőségétől függően:

• cubic;
• tetragonális;
• ortorombikus;
• romboéderes;
• hatszögletű;
• triklinikus.

A legegyszerűbb és legelterjedtebb a természetben az első kategória, amely viszont 3 típusú rácsra oszlik:

• Egyszerű köbös. Minden részecske (és lehetnek atomok, elektromosan töltött részecskék vagy molekulák) a kocka csúcsán helyezkednek el. Ezek a részecskék azonosak. Minden cellának 1 atomja van (8 csúcs 6/8 atom = 1).
• Térfogat-központú köbös. Abban különbözik az előző modelltől, hogy a kocka közepén van egy másik részecske. Minden sejt 2 Atom anyagot tartalmaz.
• Arc-központú köbös. A részecskék az egységcella csúcsaiban, valamint az összes arc közepén vannak. Mindegyik sejtnek 4 atomja van.

Primitív sejt

Az elemi cellát primitívnek nevezzük, ha részecskéi csak a rács csúcsain helyezkednek el, máshol pedig hiányoznak. , térfogata minimális a többi típushoz képest. A gyakorlatban gyakran kiderül, hogy alacsony szimmetrikus (példa erre a Wigner-Seitz sejt).

A nem primitív sejtek esetében a térfogat közepén lévő atom 2 vagy 4 azonos részre osztja őket. Az arcközpontú szerkezetben 8 részre osztható. A Metallográfia az elemi, nem pedig a primitív sejt fogalmát használja, mivel az első szimmetriája lehetővé teszi az anyag kristályszerkezetének teljesebb leírását.

Jelek

Az elemi sejtek mind a 14 típusa közös tulajdonságokkal rendelkezik:

• ezek a legegyszerűbb ismétlődő struktúrák egy kristályban;
• a rács minden középpontja egyetlen részecskéből áll, amelyet rácscsomópontnak neveznek;
• a cella csomópontjai egyenes vonalakkal vannak összekötve, amelyek a kristály geometriáját alkotják;
• az ellenkező arcok párhuzamosak;
• az elemi szerkezet szimmetriája megfelel a teljes kristályrács szimmetriájának.

Az elemi cella szerkezetének kiválasztásakor néhány szabályt kell követni. Kellett volna:

• a legkisebb térfogat és terület;
• a legnagyobb számú azonos élek és szögek közöttük;
• derékszög (ha lehetséges);
• a teljes kristályrács szimmetriáját tükröző térbeli szimmetria.

Kötet

Az elemi cella térfogatát geometriai alakjától függően határozzuk meg. A köbös szingónia esetében az arc hossza (az atomok középpontja közötti távolság), a harmadik hatványra emelve. Hatszögletű szingónia esetén a térfogat az alábbi képlettel határozható meg:

ahol a és c a kristályrács paraméterei angströmben mérve.

A gyakorlatban a kristályrács paramétereit úgy számítják ki, hogy a jövőben meg lehessen határozni a vegyület szerkezetét, az atom tömegét (egy adott térfogat súlya és az Avogadro szám alapján) vagy annak sugarát.