Jedinična ćelija kristalne rešetke služi za opisivanje mikrostrukture materijala. Mnoga fizikalna i kemijska svojstva tvari ovise o njezinim parametrima: tvrdoći, točki taljenja, električnoj i toplinskoj vodljivosti, plastičnosti i drugim. Vrste ovih elementarnih građevina opisane su još u 19. stoljeću. Jedna od sorti je primitivna stanica. Za izoliranje jedinične ćelije u materijalnoj strukturi, moraju biti ispunjeni brojni uvjeti.
Kristalna rešetka
Sve krute tvari prema njihovoj unutarnjoj strukturi mogu se razvrstati u dva oblika: amorfne i kristalne. Posebnost potonjeg je specifično organizirana struktura čestica.
Kristalna rešetka je pojednostavljeni trodimenzionalni model čvrstih kristala, koji se koristi za analizu njihovih svojstava u fizici, kemiji, biologiji, mineralogiji i drugim znanostima. Izvana izgleda kao mreža. U njegovim čvorovima nalaze se atomi materije. Ovaj niz točaka ima specifičan redoslijed koji se redovito ponavlja za svaku vrstu.tvari.
Što je jedinična ćelija?
Jedinična ćelija kristalne rešetke najmanji je dio krutine koji nam omogućuje da okarakteriziramo njegova svojstva. Služi kao osnova mreže i umnožava se u njoj bezbroj puta.
Ovaj model se koristi za pojednostavljenje vizualnog opisa unutarnje strukture kristala. U ovom slučaju koristi se sustav od 3 kristalografske koordinatne osi, koje se razlikuju od uobičajenih ortogonalnih po tome što su konačni segmenti određene veličine. Kutovi između osi mogu biti jednaki 90° ili biti neizravni.
Ako gusto ispunite određeni volumen elementarnim ćelijama, možete dobiti idealan monokristal. U praksi su polikristali češći, koji se sastoje od nekoliko pravilnih struktura ograničenih prostorom.
Pregledi
U znanosti postoji 14 tipova elementarnih ćelija rešetki s jedinstvenom geometrijom. Prvi ih je opisao francuski fizičar Auguste Bravais 1848. Ovaj znanstvenik se smatra utemeljiteljem kristalografije.
Ove vrste elementarnih struktura kristalne rešetke grupirane su u 7 kategorija, koje se nazivaju singonije, ovisno o omjeru duljina stranica i jednakosti kutova:
- cubic;
- tetragonalno;
- ortoromb;
- romboedarski;
- šesterokutni;
- triclinic.
Najjednostavniji i najčešći u prirodi odod njih je prva kategorija, koja je pak podijeljena u 3 vrste rešetki:
- Jednostavni kubik. Sve čestice (a to mogu biti atomi, električno nabijene čestice ili molekule) nalaze se na vrhovima kocke. Ove čestice su identične. Svaka ćelija ima 1 atom (8 vrhova × 1/8 atoma=1).
- Cubic usredotočen na tijelo. Razlikuje se od prethodnog modela po tome što se u središtu kocke nalazi još jedna čestica. Svaka stanica ima 2 atoma materije.
- Kocka sa središtem lica. Čestice su sadržane u vrhovima elementarne ćelije, kao iu središtu svih lica. Svaka od stanica ima 4 atoma.
Primitivna ćelija
Elementarna ćelija se naziva primitivnom ako se njezine čestice nalaze samo na vrhovima rešetke i odsutne su drugdje. Njegov volumen je minimalan u usporedbi s drugim vrstama. U praksi se često pokaže da je nisko-simetrična (primjer je Wigner-Seitzova ćelija).
Za neprimitivne stanice, atom u središtu volumena dijeli ih na 2 ili 4 identična dijela. U strukturi usmjerenoj na lice, postoji podjela na 8 dijelova. U metalografiji se koristi koncept elementarne, a ne primitivne ćelije, budući da simetrija prve ćelije omogućuje potpuniji opis kristalne strukture materijala.
Znakovi
Svih 14 tipova elementarnih ćelija imaju zajednička svojstva:
- oni su najjednostavnije ponavljajuće strukture u kristalu;
- svaki centar rešetke sastoji se od jednogčestice, nazvane čvorom rešetke;
- ćelijski čvorovi su međusobno povezani ravnim linijama koje čine geometriju kristala;
- suprotna lica su paralelna;
- simetrija elementarne strukture odgovara simetriji cijele kristalne rešetke.
Prilikom odabira strukture elementarne ćelije, poštuju se neka pravila. Mora imati:
- najmanji volumen i površina;
- najveći broj identičnih rubova i kutova između njih;
- pravi kutovi (ako je moguće);
- prostorna simetrija, koja odražava simetriju cijele kristalne rešetke.
Volume
Obujam elementarne ćelije određuje se ovisno o njezinom geometrijskom obliku. Za kubičnu singoniju, izračunava se kao duljina lica (udaljenost od centra do centra atoma) podignuta na treći stepen. Za heksagonalni sustav, volumen se može odrediti pomoću formule u nastavku:
gdje su a i c parametri kristalne rešetke, mjereni u angstromima.
U praksi se izračunavaju parametri kristalne rešetke kako bi se kasnije odredila struktura spoja, masa atoma (na temelju težine zadanog volumena i Avogadrovog broja) ili njegov polumjer.
