Enhetscellen i kristallgittret tjänar till att beskriva materials mikrostruktur. Många fysikaliska och kemiska egenskaper hos ett ämne beror på dess parametrar: hårdhet, smältpunkt, elektrisk och termisk ledningsförmåga, plasticitet och andra. Typerna av dessa elementära strukturer beskrevs redan på 1800-talet. En av sorterna är den primitiva cellen. För att isolera en enhetscell i materialstrukturen måste ett antal villkor vara uppfyllda.
Kristallgitter
Alla fasta ämnen enligt deras inre struktur kan klassificeras i två former: amorfa och kristallina. Ett utmärkande drag för den senare är den specifika organiserade strukturen hos partiklarna.
Kristallgitter är en förenklad tredimensionell modell av solida kristaller, som används för att analysera deras egenskaper inom fysik, kemi, biologi, mineralogi och andra vetenskaper. Utåt ser det ut som ett rutnät. Vid dess noder finns materiens atomer. Denna samling av punkter har en specifik, regelbundet upprepande ordning specifik för varje art.substanser.
Vad är en enhetscell?
Enhetscellen i kristallgittret är den minsta delen av ett fast ämne som gör att vi kan karakterisera dess egenskaper. Det fungerar som basen för rutnätet och dupliceras i det otaliga gånger.
Denna modell används för att förenkla den visuella beskrivningen av den interna strukturen hos kristaller. I detta fall används ett system med 3 kristallografiska koordinataxlar, som skiljer sig från de vanliga ortogonala genom att de är ändliga segment av en viss storlek. Vinklarna mellan axlarna kan vara lika med 90° eller vara indirekta.
Om du fyller en viss volym tätt med elementära celler kan du få en idealisk enkristall. I praktiken är polykristaller vanligare, de består av flera regelbundna strukturer som är begränsade i utrymmet.
Visningar
Inom vetenskapen finns det 14 typer av elementära celler av gitter med en unik geometri. De beskrevs första gången av den franske fysikern Auguste Bravais 1848. Denna vetenskapsman anses vara kristallografins grundare.
Dessa typer av elementära strukturer i kristallgittret är grupperade i 7 kategorier, kallade syngonier, beroende på förhållandet mellan sidornas längder och vinklarnas likhet:
- cubic;
- tetragonal;
- orthorhombic;
- rhombohedral;
- hexagonal;
- triclinic.
Den enklaste och vanligaste i naturen frånav dem är den första kategorin, som i sin tur är uppdelad i 3 typer av galler:
- Enkel kubisk. Alla partiklar (och de kan vara atomer, elektriskt laddade partiklar eller molekyler) finns i kubens hörn. Dessa partiklar är identiska. Varje cell har 1 atom (8 hörn × 1/8 atom=1).
- Kroppscentrerad kubik. Den skiljer sig från den tidigare modellen genom att det finns ytterligare en partikel i mitten av kuben. Varje cell har 2 materiaatomer.
- Ansiktscentrerad kubik. Partiklar finns i elementarcellens hörn, såväl som i mitten av alla ytor. Var och en av cellerna har 4 atomer.
Primitiv cell
En elementär cell kallas primitiv om dess partiklar endast är belägna vid gitterpunkten och saknas någon annanstans. Dess volym är minimal jämfört med andra typer. I praktiken visar det sig ofta vara lågsymmetrisk (ett exempel är Wigner-Seitz-cellen).
För icke-primitiva celler delar atomen i mitten av volymen upp dem i 2 eller 4 identiska delar. I den ansiktscentrerade strukturen finns en uppdelning i 8 delar. Inom metallografi används begreppet en elementär snarare än en primitiv cell, eftersom den första cellens symmetri tillåter en mer fullständig beskrivning av materialets kristallstruktur.
Signs
Alla 14 typer av elementära celler har gemensamma egenskaper:
- de är de enklaste repeterande strukturerna i en kristall;
- varje gallercentrum består av enpartiklar, kallade gitternoden;
- cellnoder är sammankopplade med raka linjer som bildar kristallens geometri;
- motsatta ytor är parallella;
- symmetrin för den elementära strukturen motsvarar symmetrin för hela kristallgittret.
När du väljer strukturen för en elementär cell, följs vissa regler. Hon måste ha:
- minsta volym och yta;
- det största antalet identiska kanter och vinklar mellan dem;
- rät vinkel (om möjligt);
- spatial symmetri, som återspeglar symmetrin för hela kristallgittret.
Volym
Volymen av en elementär cell bestäms beroende på dess geometriska form. För den kubiska syngonin beräknas den som längden på ansiktet (avstånd från centrum till centrum av atomer) upphöjt till tredje potens. För ett hexagon alt system kan volymen bestämmas med formeln nedan:
där a och c är parametrarna för kristallgittret, mätt i ångström.
I praktiken beräknas parametrarna för kristallgittret för att senare bestämma föreningens struktur, massan av en atom (baserat på vikten av en given volym och Avogadro-talet) eller dess radie.
