Jedinična ćelija kristalne rešetke služi za opisivanje mikrostrukture materijala. Mnoga fizička i hemijska svojstva supstance zavise od njenih parametara: tvrdoće, tačke topljenja, električne i toplotne provodljivosti, plastičnosti i drugih. Vrste ovih elementarnih građevina opisane su još u 19. stoljeću. Jedna od varijanti je primitivna ćelija. Da bi se izolovala jedinična ćelija u materijalnoj strukturi, moraju biti ispunjeni brojni uslovi.
Kristalna rešetka
Sve čvrste materije prema njihovoj unutrašnjoj strukturi mogu se klasifikovati u dva oblika: amorfne i kristalne. Karakteristična karakteristika potonjeg je specifično organizirana struktura čestica.
Kristalna rešetka je pojednostavljeni trodimenzionalni model čvrstih kristala, koji se koristi za analizu njihovih svojstava u fizici, hemiji, biologiji, mineralogiji i drugim naukama. Spolja izgleda kao mreža. Na njegovim čvorovima su atomi materije. Ovaj niz tačaka ima specifičan redosled, koji se redovno ponavlja, specifičan za svaku vrstu.supstance.
Šta je jedinična ćelija?
Jedinična ćelija kristalne rešetke je najmanji dio čvrste tvari koji nam omogućava da okarakteriziramo njena svojstva. Služi kao osnova mreže i umnožava se u njoj bezbroj puta.
Ovaj model se koristi za pojednostavljenje vizuelnog opisa unutrašnje strukture kristala. U ovom slučaju koristi se sistem od 3 kristalografske koordinatne ose, koje se razlikuju od uobičajenih ortogonalnih po tome što su konačni segmenti određene veličine. Uglovi između osa mogu biti jednaki 90° ili indirektni.
Ako gusto ispunite određeni volumen elementarnim ćelijama, možete dobiti idealan monokristal. U praksi, polikristali su češći, koji se sastoje od nekoliko pravilnih struktura ograničenih prostorom.
Pregledi
U nauci postoji 14 tipova elementarnih ćelija rešetki sa jedinstvenom geometrijom. Prvi ih je opisao francuski fizičar Auguste Bravais 1848. Ovaj naučnik se smatra osnivačem kristalografije.
Ove vrste elementarnih struktura kristalne rešetke grupisane su u 7 kategorija, koje se nazivaju singonije, u zavisnosti od odnosa dužina stranica i jednakosti uglova:
- cubic;
- tetragonalni;
- ortorombični;
- rhombohedral;
- heksagonalni;
- triclinic.
Najjednostavniji i najčešći u prirodi odod njih je prva kategorija, koja je pak podijeljena na 3 vrste rešetki:
- Simple cubic. Sve čestice (a to mogu biti atomi, električno nabijene čestice ili molekule) nalaze se na vrhovima kocke. Ove čestice su identične. Svaka ćelija ima 1 atom (8 vrhova × 1/8 atoma=1).
- Cubic usredsređen na telo. Razlikuje se od prethodnog modela po tome što se u centru kocke nalazi još jedna čestica. Svaka ćelija ima 2 atoma materije.
- Cubic sa centriranjem lica. Čestice se nalaze u vrhovima elementarne ćelije, kao iu centru svih lica. Svaka od ćelija ima 4 atoma.
Primitivna ćelija
Elementarna ćelija se naziva primitivnom ako se njene čestice nalaze samo na vrhovima rešetke i odsutne su drugdje. Njegova zapremina je minimalna u poređenju sa drugim tipovima. U praksi se često ispostavi da je nisko-simetrična (primjer je Wigner-Seitzova ćelija).
Za neprimitivne ćelije, atom u centru volumena ih dijeli na 2 ili 4 identična dijela. U strukturi usmjerenoj na lice, postoji podjela na 8 dijelova. U metalografiji se koristi koncept elementarne, a ne primitivne ćelije, budući da simetrija prve ćelije omogućava potpuniji opis kristalne strukture materijala.
Znakovi
Svih 14 tipova elementarnih ćelija imaju zajednička svojstva:
- oni su najjednostavnije ponavljajuće strukture u kristalu;
- svaki centar rešetke sastoji se od jednogčestice, koje se nazivaju rešetkasti čvor;
- ćelijski čvorovi su međusobno povezani pravim linijama koje formiraju geometriju kristala;
- suprotna lica su paralelna;
- simetrija elementarne strukture odgovara simetriji cijele kristalne rešetke.
Prilikom odabira strukture elementarne ćelije poštuju se neka pravila. Mora imati:
- najmanji volumen i površina;
- najveći broj identičnih ivica i uglova između njih;
- pravi uglovi (ako je moguće);
- prostorna simetrija, koja odražava simetriju cijele kristalne rešetke.
volumen
Zapremina elementarne ćelije određuje se u zavisnosti od njenog geometrijskog oblika. Za kubnu singoniju, ona se izračunava kao dužina lica (od centra do centra udaljenosti atoma) podignuta na treći stepen. Za heksagonalni sistem, zapremina se može odrediti pomoću formule ispod:
gdje su a i c parametri kristalne rešetke, mjereni u angstromima.
U praksi se izračunavaju parametri kristalne rešetke kako bi se kasnije odredila struktura jedinjenja, masa atoma (na osnovu težine date zapremine i Avogadrovog broja) ili njegovog poluprečnika.
