Enhedscellen i krystalgitteret tjener til at beskrive materialers mikrostruktur. Mange fysiske og kemiske egenskaber af et stof afhænger af dets parametre: hårdhed, smeltepunkt, elektrisk og termisk ledningsevne, plasticitet og andre. Typerne af disse elementære strukturer blev beskrevet så tidligt som i det 19. århundrede. En af varianterne er den primitive celle. For at isolere en enhedscelle i materialestrukturen skal en række betingelser være opfyldt.
krystalgitter
Alle faste stoffer i henhold til deres indre struktur kan klassificeres i to former: amorfe og krystallinske. Et karakteristisk træk ved sidstnævnte er den specifikke organiserede struktur af partiklerne.
Krystalgitter er en forenklet tredimensionel model af faste krystaller, som bruges til at analysere deres egenskaber inden for fysik, kemi, biologi, mineralogi og andre videnskaber. Udadtil ligner det et gitter. Ved dens knudepunkter er stoffets atomer. Denne række af punkter har en specifik, regelmæssigt gentaget rækkefølge, der er specifik for hver art.stoffer.
Hvad er en enhedscelle?
Enhedscellen i krystalgitteret er den mindste del af et fast stof, der giver os mulighed for at karakterisere dets egenskaber. Det tjener som grundlag for gitteret og duplikeres i det utallige gange.
Denne model bruges til at forenkle den visuelle beskrivelse af den indre struktur af krystaller. I dette tilfælde anvendes et system med 3 krystallografiske koordinatakser, som adskiller sig fra de sædvanlige ortogonale ved, at de er endelige segmenter af en vis størrelse. Vinklerne mellem akserne kan være lig med 90° eller være indirekte.
Hvis du fylder et bestemt volumen tæt med elementære celler, kan du få en ideel enkelt krystal. I praksis er polykrystaller mere almindelige, idet de består af flere regulære strukturer begrænset i rummet.
Visninger
I videnskaben er der 14 typer elementære celler af gitter med en unik geometri. De blev først beskrevet af den franske fysiker Auguste Bravais i 1848. Denne videnskabsmand betragtes som grundlæggeren af krystallografi.
Disse typer af elementære strukturer i krystalgitteret er grupperet i 7 kategorier, kaldet syngonier, afhængigt af forholdet mellem længderne af siderne og ligheden mellem vinklerne:
- cubic;
- tetragonal;
- orthorhombic;
- rhombohedral;
- sekskantet;
- triclinic.
Den mest enkle og almindelige i naturen fraaf dem er den første kategori, som igen er opdelt i 3 typer gitter:
- Simpel kubisk. Alle partikler (og de kan være atomer, elektrisk ladede partikler eller molekyler) er placeret i kubens hjørner. Disse partikler er identiske. Hver celle har 1 atom (8 toppunkter × 1/8 atom=1).
- Kropscentreret kubisk. Den adskiller sig fra den tidligere model ved, at der er en partikel mere i midten af kuben. Hver celle har 2 stofatomer.
- Ansigtscentreret kubisk. Partikler er indeholdt i hjørnerne af den elementære celle, såvel som i midten af alle flader. Hver af cellerne har 4 atomer.
Primitiv celle
En elementær celle kaldes primitiv, hvis dens partikler kun er placeret ved gitterspidserne og er fraværende andre steder. Dens volumen er minimal sammenlignet med andre typer. I praksis viser det sig ofte at være lavsymmetrisk (et eksempel er Wigner-Seitz-cellen).
For ikke-primitive celler deler atomet i midten af volumen dem i 2 eller 4 identiske dele. I den ansigtscentrerede struktur er der en opdeling i 8 dele. I metallografi bruges begrebet en elementær frem for en primitiv celle, da symmetrien af den første celle tillader en mere fuldstændig beskrivelse af materialets krystalstruktur.
Signs
Alle 14 typer af elementære celler har fælles egenskaber:
- de er de enkleste gentagne strukturer i en krystal;
- hvert gittercenter består af énpartikler, kaldet gitterknuden;
- celleknuder er forbundet med lige linjer, der danner krystallens geometri;
- modsatte flader er parallelle;
- symmetrien af den elementære struktur svarer til symmetrien af hele krystalgitteret.
Når du vælger strukturen af en elementær celle, følges nogle regler. Hun skal have:
- mindste volumen og område;
- det største antal identiske kanter og vinkler mellem dem;
- rette vinkler (hvis muligt);
- rumlig symmetri, der afspejler symmetrien af hele krystalgitteret.
Bind
Rumfanget af en elementær celle bestemmes afhængigt af dens geometriske form. For den kubiske syngoni beregnes det som længden af ansigtet (center-til-center afstand af atomer) hævet til tredje potens. For et sekskantet system kan volumenet bestemmes ved hjælp af formlen nedenfor:
hvor a og c er parametrene for krystalgitteret, målt i ångstrøm.
I praksis beregnes parametrene for krystalgitteret for senere at bestemme strukturen af forbindelsen, massen af et atom (baseret på vægten af et givet volumen og Avogadro-tallet) eller dets radius.
