Jednotková buňka krystalové mřížky slouží k popisu mikrostruktury materiálů. Mnoho fyzikálních a chemických vlastností látky závisí na jejích parametrech: tvrdost, bod tání, elektrická a tepelná vodivost, plasticita a další. Typy těchto elementárních struktur byly popsány již v 19. století. Jednou z odrůd je primitivní buňka. Chcete-li izolovat jednotkovou buňku v materiálové struktuře, musí být splněna řada podmínek.
Krystalová mřížka
Všechny pevné látky podle jejich vnitřní struktury lze klasifikovat do dvou forem: amorfní a krystalické. Charakteristickým rysem posledně jmenovaného je specifická organizovaná struktura částic.
Krystalová mřížka je zjednodušený trojrozměrný model pevných krystalů, který se používá k analýze jejich vlastností ve fyzice, chemii, biologii, mineralogii a dalších vědách. Navenek to vypadá jako mřížka. V jeho uzlech jsou atomy hmoty. Toto pole bodů má specifické, pravidelně se opakující pořadí specifické pro každý druh.látky.
Co je to jednotková buňka?
Jednotková buňka krystalové mřížky je nejmenší částí pevné látky, která nám umožňuje charakterizovat její vlastnosti. Slouží jako základ mřížky a je v ní nesčetněkrát duplikován.
Tento model se používá ke zjednodušení vizuálního popisu vnitřní struktury krystalů. V tomto případě je použit systém 3 krystalografických souřadnicových os, které se od běžných ortogonálních liší tím, že jde o konečné segmenty určité velikosti. Úhly mezi osami mohou být rovné 90° nebo mohou být nepřímé.
Pokud hustě vyplníte určitý objem elementárními buňkami, můžete získat ideální monokrystal. V praxi jsou běžnější polykrystaly, které se skládají z několika pravidelných struktur omezených prostorem.
Zobrazení
Ve vědě existuje 14 typů elementárních buněk mřížek s jedinečnou geometrií. Poprvé je popsal francouzský fyzik Auguste Bravais v roce 1848. Tento vědec je považován za zakladatele krystalografie.
Tyto typy elementárních struktur krystalové mřížky jsou seskupeny do 7 kategorií, nazývaných syngonie, v závislosti na poměru délek stran a rovnosti úhlů:
- cubic;
- tetragonal;
- orthorhombic;
- rhomboedral;
- hexagonal;
- triklinika.
Nejjednodušší a nejběžnější v příroděz nich je první kategorie, která se zase dělí na 3 typy mřížek:
- Jednoduchý krychlový. Všechny částice (a mohou to být atomy, elektricky nabité částice nebo molekuly) jsou umístěny ve vrcholech krychle. Tyto částice jsou totožné. Každá buňka má 1 atom (8 vrcholů × 1/8 atom=1).
- Krychlový systém zaměřený na tělo. Od předchozího modelu se liší tím, že ve středu krychle je ještě jedna částice. Každá buňka má 2 atomy hmoty.
- Krychlový tvar na střed. Částice jsou obsaženy ve vrcholech elementární buňky a také ve středu všech ploch. Každá z buněk má 4 atomy.
Primitivní buňka
Elementární buňka se nazývá primitivní, pokud se její částice nacházejí pouze ve vrcholech mřížky a nikde jinde chybí. Jeho objem je oproti jiným typům minimální. V praxi se často ukazuje jako nízko symetrický (příkladem je Wigner-Seitzova buňka).
U neprimitivních buněk je atom ve středu objemu rozděluje na 2 nebo 4 stejné části. Ve struktuře zaměřené na obličej je rozdělení na 8 částí. V metalografii se používá spíše pojem elementární než primitivní buňka, protože symetrie první buňky umožňuje úplnější popis krystalové struktury materiálu.
Znaky
Všech 14 typů elementárních buněk má společné vlastnosti:
- jsou to nejjednodušší opakující se struktury v krystalu;
- každý střed mřížky se skládá z jednohočástice, nazývané uzel mřížky;
- uzly buněk jsou propojeny přímými liniemi, které tvoří geometrii krystalu;
- protilehlé plochy jsou rovnoběžné;
- symetrie elementární struktury odpovídá symetrii celé krystalové mřížky.
Při výběru struktury elementární buňky se dodržují některá pravidla. Musí mít:
- nejmenší objem a plocha;
- největší počet identických hran a úhlů mezi nimi;
- pravé úhly (pokud je to možné);
- prostorová symetrie odrážející symetrii celé krystalové mřížky.
Volume
Objem elementární buňky je určen v závislosti na jejím geometrickém tvaru. Pro kubickou syngonii se vypočítá jako délka plochy (středová vzdálenost atomů) umocněná na třetí mocninu. U hexagonálního systému lze objem určit pomocí vzorce níže:
kde aac jsou parametry krystalové mřížky, měřené v angstromech.
V praxi se parametry krystalové mřížky vypočítávají, aby bylo možné později určit strukturu sloučeniny, hmotnost atomu (na základě hmotnosti daného objemu a Avogadrova čísla) nebo jeho poloměr.
