A kristályrács egységcellája az anyagok mikroszerkezetének leírására szolgál. Az anyag számos fizikai és kémiai tulajdonsága a paramétereitől függ: keménység, olvadáspont, elektromos és hővezető képesség, plaszticitás és mások. Ezeknek az elemi szerkezeteknek a típusait már a 19. században leírták. Az egyik fajtája a primitív sejt. Ahhoz, hogy az egységcellát az anyagszerkezetben izolálhassuk, számos feltételnek kell teljesülnie.
Kristályrács
Minden szilárd anyag belső szerkezete szerint két formára osztható: amorf és kristályos. Ez utóbbi megkülönböztető jellemzője a részecskék sajátos szervezett szerkezete.
A kristályrács a szilárd kristályok egyszerűsített háromdimenziós modellje, amelyet tulajdonságaik elemzésére használnak a fizika, a kémia, a biológia, az ásványtan és más tudományok területén. Külsőleg úgy néz ki, mint egy rács. Csomópontjain az anyag atomjai találhatók. Ennek a ponttömbnek van egy meghatározott, rendszeresen ismétlődő sorrendje, amely minden fajra jellemző.anyagok.
Mi az az egységcella?
A kristályrács egységcellája a szilárd test legkisebb része, amely lehetővé teszi tulajdonságainak jellemzését. Ez szolgál a rács alapjául, és számtalanszor megkettőződik benne.
Ez a modell a kristályok belső szerkezetének vizuális leírásának egyszerűsítésére szolgál. Ebben az esetben 3 krisztallográfiai koordináta tengely rendszerét alkalmazzuk, amelyek abban különböznek a szokásos merőlegesektől, hogy bizonyos méretű véges szakaszok. A tengelyek közötti szögek 90°-kal egyenlőek vagy közvetettek lehetnek.
Ha egy bizonyos térfogatot sűrűn megtöltünk elemi cellákkal, ideális egykristályt kaphatunk. A gyakorlatban gyakoribbak a polikristályok, amelyek több, térben korlátozott szabályos szerkezetből állnak.
Megtekintések
A tudományban 14 féle egyedi geometriájú elemi rácscella létezik. Először Auguste Bravais francia fizikus írta le 1848-ban. Ezt a tudóst tartják a krisztallográfia megalapítójának.
A kristályrács ilyen típusú elemi szerkezetei 7 kategóriába vannak csoportosítva, amelyeket szingóniáknak nevezünk, az oldalak hosszának és a szögek egyenlőségének arányától függően:
- köbös;
- tetragonális;
- ortorombikus;
- romboéder;
- hatszögletű;
- triclinic.
A természetben a legegyszerűbb és legáltalánosabb innenezek közül az első kategória, amely viszont 3 típusú rácsra oszlik:
- Egyszerű köbös. Minden részecske (lehet atomok, elektromosan töltött részecskék vagy molekulák) a kocka csúcsaiban található. Ezek a részecskék azonosak. Minden cellában 1 atom van (8 csúcs × 1/8 atom=1).
- Testközpontú köbös. Abban különbözik az előző modelltől, hogy a kocka közepén eggyel több részecske található. Minden sejtnek 2 atomja van.
- Arcközpontú köbös. A részecskék az elemi cella csúcsaiban, valamint minden lap közepén találhatók. Mindegyik sejtnek 4 atomja van.
Primitív cella
Egy elemi cellát primitívnek nevezünk, ha részecskéi csak a rácscsúcsokban helyezkednek el, és máshol hiányoznak. A térfogata minimális a többi típushoz képest. A gyakorlatban gyakran kiderül, hogy alacsony szimmetrikus (például a Wigner-Seitz cella).
A nem primitív sejteket a térfogat közepén lévő atom 2 vagy 4 azonos részre osztja. Az arcközpontú szerkezetben 8 részre oszlik. A metallográfiában inkább az elemi, mint a primitív cella fogalmát használják, mivel az első cella szimmetriája lehetővé teszi az anyag kristályszerkezetének teljesebb leírását.
Jelek
Mind a 14 elemi cellatípusnak vannak közös tulajdonságai:
- ezek a legegyszerűbb ismétlődő struktúrák egy kristályban;
- minden rácsközéppont egyből állrészecskék, úgynevezett rácscsomópont;
- a cellák csomópontjait egyenes vonalak kötik össze, amelyek a kristály geometriáját alkotják;
- az ellentétes oldalak párhuzamosak;
- az elemi szerkezet szimmetriája megfelel a teljes kristályrács szimmetriájának.
Egy elemi cella szerkezetének kiválasztásakor bizonyos szabályokat be kell tartani. A következőkkel kell rendelkeznie:
- legkisebb térfogat és terület;
- a legtöbb azonos él és a köztük lévő szögek száma;
- derékszögek (ha lehetséges);
- térbeli szimmetria, amely a teljes kristályrács szimmetriáját tükrözi.
Hangerő
Egy elemi cella térfogatát a geometriai alakja határozza meg. A köbös szingónia esetében a lap hossza (az atomok középpontja közötti távolsága) a harmadik hatványra emelve. Hatszögletű rendszer esetén a térfogat az alábbi képlettel határozható meg:
ahol a és c a kristályrács paraméterei angströmben mérve.
A gyakorlatban a kristályrács paramétereit azért számítják ki, hogy később meghatározzák a vegyület szerkezetét, egy atom tömegét (egy adott térfogat tömege és az Avogadro-szám alapján) vagy sugarát.
