Kristalinės gardelės vienetinė ląstelė skirta aprašyti medžiagų mikrostruktūrą. Daugelis fizikinių ir cheminių medžiagos savybių priklauso nuo jos parametrų: kietumo, lydymosi temperatūros, elektros ir šilumos laidumo, plastiškumo ir kt. Šių elementariųjų konstrukcijų tipai aprašyti dar XIX a. Viena iš veislių yra primityvi ląstelė. Norint atskirti vienetinį elementą medžiagos struktūroje, turi būti įvykdytos kelios sąlygos.
Krištolinė grotelė
Visos kietosios medžiagos pagal jų vidinę struktūrą gali būti suskirstytos į dvi formas: amorfines ir kristalines. Išskirtinis pastarųjų bruožas yra specifinė organizuota dalelių struktūra.
Krištolinė gardelė – tai supaprastintas trimatis kietųjų kristalų modelis, naudojamas jų savybėms analizuoti fizikos, chemijos, biologijos, mineralogijos ir kituose moksluose. Iš išorės jis atrodo kaip tinklelis. Jo mazguose yra medžiagos atomai. Šis taškų masyvas turi specifinę, reguliariai pasikartojančią tvarką, būdingą kiekvienai rūšiai.medžiagos.
Kas yra vienetinis langelis?
Kristalinės gardelės vienetinė ląstelė yra mažiausia kietosios medžiagos dalis, leidžianti apibūdinti jos savybes. Jis naudojamas kaip tinklelio pagrindas ir joje daug kartų kartojamas.
Šis modelis naudojamas norint supaprastinti vidinės kristalų struktūros vaizdinį aprašymą. Šiuo atveju naudojama 3 kristalografinių koordinačių ašių sistema, kurios nuo įprastų stačiakampių skiriasi tuo, kad yra baigtinės tam tikro dydžio atkarpos. Kampai tarp ašių gali būti lygūs 90° arba netiesioginiai.
Jei tam tikrą tūrį tankiai užpildysite elementariomis ląstelėmis, galite gauti idealų monokristalą. Praktikoje polikristalai yra labiau paplitę, sudaryti iš kelių taisyklingų struktūrų, ribotų erdvėje.
Peržiūros
Mokslo srityje yra 14 tipų elementariųjų gardelių ląstelių, turinčių unikalią geometriją. Pirmą kartą juos aprašė prancūzų fizikas Auguste'as Bravaisas 1848 m. Šis mokslininkas laikomas kristalografijos pradininku.
Šių tipų kristalinės gardelės elementarios struktūros yra sugrupuotos į 7 kategorijas, vadinamas singonijomis, priklausomai nuo kraštinių ilgių ir kampų lygybės santykio:
- kubinis;
- tetragonal;
- ortorombinis;
- romboedras;
- šešiakampis;
- triklinika.
Paprasčiausias ir labiausiai paplitęs gamtoje išiš jų yra pirmoji kategorija, kuri savo ruožtu skirstoma į 3 tipų groteles:
- Paprastas kub. Visos dalelės (ir tai gali būti atomai, elektriškai įkrautos dalelės ar molekulės) yra kubo viršūnėse. Šios dalelės yra identiškos. Kiekvienoje ląstelėje yra 1 atomas (8 viršūnės × 1/8 atomo=1).
- Kubinis į kūną orientuotas. Nuo ankstesnio modelio jis skiriasi tuo, kad kubo centre yra dar viena dalelė. Kiekvienoje ląstelėje yra 2 medžiagos atomai.
- Kubinis į veidą. Dalelės yra elementarios ląstelės viršūnėse, taip pat visų veidų centre. Kiekviena ląstelė turi 4 atomus.
Primityvi ląstelė
Elementarioji ląstelė vadinama primityviąja, jei jos dalelės yra tik gardelės viršūnėse ir jų nėra kitur. Jo tūris yra minimalus, palyginti su kitomis rūšimis. Praktiškai dažnai pasirodo, kad jis yra mažai simetriškas (pavyzdys yra Wigner-Seitz ląstelė).
Neprimityvioms ląstelėms atomas tūrio centre padalija jas į 2 arba 4 identiškas dalis. Į veidą orientuotoje struktūroje yra padalijimas į 8 dalis. Metalografijoje naudojama elementarios, o ne primityviosios ląstelės sąvoka, nes pirmosios ląstelės simetrija leidžia išsamiau apibūdinti medžiagos kristalinę struktūrą.
Ženklai
Visi 14 elementariųjų langelių tipų turi bendrų savybių:
- jie yra paprasčiausios pasikartojančios kristalo struktūros;
- kiekvienas gardelės centras susideda iš vienodalelės, vadinamos gardelės mazgu;
- ląstelių mazgai yra tarpusavyje sujungti tiesiomis linijomis, kurios sudaro kristalo geometriją;
- priešiniai veidai yra lygiagrečiai;
- elementariosios struktūros simetrija atitinka visos kristalinės gardelės simetriją.
Renkantis elementarios ląstelės struktūrą, vadovaujamasi kai kuriomis taisyklėmis. Ji turi turėti:
- mažiausias tūris ir plotas;
- didžiausias vienodų briaunų ir kampų tarp jų skaičius;
- statūs kampai (jei įmanoma);
- erdvinė simetrija, atspindinti visos kristalinės gardelės simetriją.
Tūris
Elementariosios ląstelės tūris nustatomas atsižvelgiant į jo geometrinę formą. Kubinei singonijai jis apskaičiuojamas kaip paviršiaus ilgis (atomų atstumas nuo centro iki centro), pakeltas iki trečiosios laipsnio. Šešiakampės sistemos tūrį galima nustatyti naudojant toliau pateiktą formulę:
kur a ir c yra kristalinės gardelės parametrai, matuojami angstromais.
Praktikoje skaičiuojami kristalinės gardelės parametrai, siekiant vėliau nustatyti junginio struktūrą, atomo masę (remiantis tam tikro tūrio svoriu ir Avogadro skaičiumi) arba jo spindulį.
