Celula unitară a rețelei cristaline servește pentru a descrie microstructura materialelor. Multe proprietăți fizice și chimice ale unei substanțe depind de parametrii săi: duritate, punctul de topire, conductivitate electrică și termică, plasticitate și altele. Tipurile acestor structuri elementare au fost descrise încă din secolul al XIX-lea. Una dintre soiuri este celula primitivă. Pentru a izola o celulă unitară în structura materialului, trebuie îndeplinite o serie de condiții.
Zare cristalină
Toate solidele după structura lor internă pot fi clasificate în două forme: amorfe și cristaline. O caracteristică distinctivă a acestuia din urmă este structura organizată specifică a particulelor.
Rețeaua cristalină este un model tridimensional simplificat de cristale solide, care este folosit pentru a analiza proprietățile lor în fizică, chimie, biologie, mineralogie și alte științe. În exterior, arată ca o grilă. La nodurile sale se află atomii materiei. Această serie de puncte are o ordine specifică, care se repetă în mod regulat, specifică fiecărei specii.substanțe.
Ce este o celulă unitară?
Celula unitară a rețelei cristaline este cea mai mică parte a unui solid care ne permite să îi caracterizăm proprietățile. Acesta servește drept bază pentru grilă și este duplicat în ea de nenumărate ori.
Acest model este folosit pentru a simplifica descrierea vizuală a structurii interne a cristalelor. În acest caz se folosește un sistem de 3 axe de coordonate cristalografice, care diferă de cele obișnuite ortogonale prin faptul că sunt segmente finite de o anumită dimensiune. Unghiurile dintre axe pot fi egale cu 90° sau pot fi indirecte.
Dacă umpleți dens un anumit volum cu celule elementare, puteți obține un singur cristal ideal. În practică, policristalele sunt mai frecvente, constând din mai multe structuri regulate limitate în spațiu.
Vizualizări
În știință, există 14 tipuri de celule elementare ale rețelelor cu o geometrie unică. Ele au fost descrise pentru prima dată de fizicianul francez Auguste Bravais în 1848. Acest om de știință este considerat fondatorul cristalografiei.
Aceste tipuri de structuri elementare ale rețelei cristaline sunt grupate în 7 categorii, numite singoii, în funcție de raportul dintre lungimile laturilor și egalitatea unghiurilor:
- cubic;
- tetragonal;
- ortorombic;
- romboedric;
- hexagonal;
- triclinic.
Cea mai simplă și comună în natură dindintre ele este prima categorie, care la rândul ei este împărțită în 3 tipuri de rețele:
- Cubic simplu. Toate particulele (și pot fi atomi, particule încărcate electric sau molecule) sunt situate la vârfurile cubului. Aceste particule sunt identice. Fiecare celulă are 1 atom (8 vârfuri × 1/8 atom=1).
- Cubic centrat pe corp. Diferă de modelul anterior prin faptul că mai există o particulă în centrul cubului. Fiecare celulă are 2 atomi de materie.
- Cubic centrat pe față. Particulele sunt conținute în vârfurile celulei elementare, precum și în centrul tuturor fețelor. Fiecare dintre celule are 4 atomi.
Celulă primitivă
O celulă elementară se numește primitivă dacă particulele sale sunt situate numai la vârfurile rețelei și sunt absente în altă parte. Volumul său este minim în comparație cu alte tipuri. În practică, se dovedește adesea a fi simetric scăzut (un exemplu este celula Wigner-Seitz).
Pentru celulele neprimitive, atomul din centrul volumului le împarte în 2 sau 4 părți identice. În structura centrată pe față, există o împărțire în 8 părți. În metalografie, se folosește mai degrabă conceptul de celulă elementară decât de celulă primitivă, deoarece simetria primei celule permite o descriere mai completă a structurii cristaline a materialului.
Semne
Toate cele 14 tipuri de celule elementare au proprietăți comune:
- sunt cele mai simple structuri care se repetă dintr-un cristal;
- fiecare centru de zăbrele este format dintr-un singur centruparticule, numite nodul rețelei;
- nodurile celulei sunt interconectate prin linii drepte care formează geometria cristalului;
- fețe opuse sunt paralele;
- simetria structurii elementare corespunde simetriei întregii rețele cristaline.
La alegerea structurii unei celule elementare, sunt respectate câteva reguli. Ea trebuie să aibă:
- cel mai mic volum și zonă;
- cel mai mare număr de muchii și unghiuri identice dintre ele;
- unghiuri drepte (dacă este posibil);
- simetrie spațială, reflectând simetria întregii rețele cristaline.
Volum
Volumul unei celule elementare este determinat în funcție de forma sa geometrică. Pentru singonia cubică, se calculează ca lungimea feței (distanța de la centru la centru a atomilor) ridicată la a treia putere. Pentru un sistem hexagonal, volumul poate fi determinat folosind formula de mai jos:
unde a și c sunt parametrii rețelei cristaline, măsurați în angstromi.
În practică se calculează parametrii rețelei cristaline pentru a determina ulterior structura compusului, masa unui atom (pe baza greutății unui anumit volum și a numărului Avogadro) sau razei acestuia.
