Jednotková buňka krystalové mřížky: definice a pohledy

Jednotková buňka krystalové mřížky slouží k popisu mikrostruktury materiálů. Mnoho fyzikálně-chemických vlastností látky závisí na jejích parametrech: tvrdost, teplota tání, elektrická a tepelná vodivost, tažnost a další. Typy těchto elementárních struktur byly popsány již v 19. století. Jednou z odrůd je primitivní buňka. Pro izolaci jednotkové buňky ve struktuře materiálu je nutné dodržovat řadu podmínek.

Krystalová mřížka

Všechny pevné látky podle vnitřní struktury lze klasifikovat do dvou forem: amorfní a krystalické. Charakteristickým rysem posledně jmenovaná je specifická organizovaná struktura částic.

Krystalová mřížka je zjednodušený trojrozměrný model pevných krystalů, který se používá k analýze jejich vlastností ve fyzice, chemii, biologii, mineralogii a dalších vědách. Navenek vypadá jako mřížka. V jejích uzlech jsou atomy hmoty. Toto pole bodů má specifické, pravidelně se opakující pořadí specifické pro každý druh látky.

Co je jednotková buňka?

Jednotková buňka krystalové mřížky je nejmenší část pevné látky, která umožňuje charakterizaci jejích vlastností. Slouží jako základ mřížky a je v ní duplikován nespočetněkrát.

Tento model se používá ke zjednodušení vizuálního popisu vnitřního struktury krystalů. To používá systém 3 krystalografických souřadnicových os, které se liší od konvenčních ortogonálních v tom, že jsou konečnými segmenty určité velikosti. Úhly mezi osami mohou být 90° nebo mohou být nepřímé.

Pokud pevně naplníte určitý objem jednotkovými buňkami, můžete získat ideální monokrystal. V praxi jsou polykrystaly běžnější, skládající se z několika prostorově omezených pravidelných struktur.

Druhy

Ve vědě se rozlišuje 14 typů jednotkových buněk mřížek, které mají jedinečnou geometrii. Poprvé je popsal francouzský fyzik Auguste Bravais v roce 1848. Tento vědec je považován za zakladatele krystalografie.

Tyto typy elementárních struktur krystalové mřížky jsou seskupeny do 7 kategorií, nazývaných syngonie, v závislosti na poměru délek stran a rovnosti úhlů:

• krychlový;
• tetragonální;
• ortorombická;
• kosočtverec;
• šestihranná;
• triclinnaya.

Nejjednodušší a nejběžnější v přírodě z nich je první kategorie, která je zase rozdělena do 3 typů mřížek:

• Jednoduchá kostka. Všechny částice (a mohou to být atomy, elektricky nabitá částice nebo molekuly) jsou na vrcholcích krychle. Tyto částice jsou identické. Každá buňka vlastní 1 atom (8 vrcholů × 1/8 atomu = 1).
• Objemově vycentrovaná kubická. Liší se od předchozího modelu, protože ve středu krychle je další částice. Každá buňka obsahuje 2 atomy hmoty.
• Kubická tvář zaměřená na obličej. Částice jsou obsaženy ve vrcholech jednotkové buňky a také ve středu všech ploch. Každá z buněk má 4 atomy.

Primitivní buňka

Jednotková buňka se nazývá primitivní, pokud jsou její částice pouze na vrcholcích mřížky a jinde chybí. Jeho objem je minimální ve srovnání s jinými typy. V praxi se ukázalo, že je často nízkosymetrický (příkladem je Wigner-Seitzova buňka).

U ne primitivních buněk je atom ve středu objemu rozdělí na 2 nebo 4 stejné části. Ve struktuře zaměřené na obličej dochází k rozdělení na 8 částí. V metalografii se používá koncept jednotkové, nikoli primitivní buňky, protože symetrie první umožňuje úplnější popis krystalové struktury materiálu.

Příznaky

Všech 14 druhů jednotkových buněk má společné vlastnosti:

• jsou to nejjednodušší opakující se struktury v krystalu;
• každý střed mřížky se skládá z jedné částice zvané mřížkový uzel;
• uzly buňky jsou spojeny přímkami, které tvoří geometrii krystalu;
• protilehlé plochy jsou rovnoběžné;
• symetrie elementární struktury odpovídá symetrii celé krystalové mřížky.

Při výběru struktury jednotkové buňky se řídí některými pravidly. Musí mít:

• nejmenší objem a plocha;
• největší počet stejných hran a úhlů mezi nimi;
• pravé úhly (pokud možno);
• prostorová symetrie odrážející symetrii celé krystalové mřížky.

Objem

Objem jednotkové buňky je určen podle jejího geometrického tvaru. Pro kubickou syngonii se vypočítá jako délka plochy (vzdálenost mezi středy atomů) zvýšená na třetí mocninu. U hexagonální syngonie lze objem určit pomocí níže uvedeného vzorce:

kde a A c jsou parametry krystalové mřížky měřené v angstromech.

V praxi se vypočítají parametry krystalové mřížky, aby bylo možné v budoucnu určit strukturu sloučeniny, hmotnost atomu (na základě hmotnosti daného objemu a Avogadrova čísla) nebo jeho poloměr.