Jednotková bunka kryštálovej mriežky slúži na popis mikroštruktúry materiálov. Mnohé fyzikálne a chemické vlastnosti látky závisia od jej parametrov: tvrdosť, teplota topenia, elektrická a tepelná vodivosť, plasticita a iné. Typy týchto elementárnych štruktúr boli opísané už v 19. storočí. Jednou z odrôd je primitívna bunka. Na izoláciu jednotkovej bunky v štruktúre materiálu musí byť splnených niekoľko podmienok.
Kryštálová mriežka
Všetky pevné látky podľa ich vnútornej štruktúry možno klasifikovať do dvoch foriem: amorfné a kryštalické. Charakteristickou črtou týchto častíc je špecifická organizovaná štruktúra častíc.
Kryštálová mriežka je zjednodušený trojrozmerný model pevných kryštálov, ktorý sa používa na analýzu ich vlastností vo fyzike, chémii, biológii, mineralógii a iných vedách. Navonok to vyzerá ako mriežka. V jeho uzloch sú atómy hmoty. Toto pole bodov má špecifické, pravidelne sa opakujúce poradie špecifické pre každý druh.látky.
Čo je to jednotková bunka?
Jednotková bunka kryštálovej mriežky je najmenšia časť tuhej látky, ktorá nám umožňuje charakterizovať jej vlastnosti. Slúži ako základ mriežky a je v nej nespočetne krát duplikovaný.
Tento model sa používa na zjednodušenie vizuálneho popisu vnútornej štruktúry kryštálov. V tomto prípade je použitý systém 3 kryštalografických súradnicových osí, ktoré sa od bežných ortogonálnych líšia tým, že ide o konečné segmenty určitej veľkosti. Uhly medzi osami sa môžu rovnať 90° alebo môžu byť nepriame.
Ak nahusto vyplníte určitý objem elementárnymi bunkami, môžete získať ideálny monokryštál. V praxi sú bežnejšie polykryštály, ktoré pozostávajú z niekoľkých pravidelných štruktúr ohraničených priestorom.
Zobrazenia
Vo vede existuje 14 typov elementárnych buniek mriežok s jedinečnou geometriou. Prvýkrát ich opísal francúzsky fyzik Auguste Bravais v roku 1848. Tento vedec je považovaný za zakladateľa kryštalografie.
Tieto typy elementárnych štruktúr kryštálovej mriežky sú zoskupené do 7 kategórií, nazývaných syngónie, v závislosti od pomeru dĺžok strán a rovnosti uhlov:
- cubic;
- tetragonal;
- ortorombická;
- rhomboedral;
- hexagonal;
- triclinic.
Najjednoduchšie a najbežnejšie v prírode zz nich je prvá kategória, ktorá sa delí na 3 typy mriežok:
- Jednoduchý kubický. Všetky častice (a môžu to byť atómy, elektricky nabité častice alebo molekuly) sú umiestnené vo vrcholoch kocky. Tieto častice sú identické. Každá bunka má 1 atóm (8 vrcholov × 1/8 atóm=1).
- Kubica zameraná na telo. Od predchádzajúceho modelu sa líši tým, že v strede kocky je ešte jedna častica. Každá bunka má 2 atómy hmoty.
- Kocický rozmer zameraný na tvár. Častice sú obsiahnuté vo vrcholoch elementárnej bunky, ako aj v strede všetkých plôch. Každá z buniek má 4 atómy.
Primitívna bunka
Elementárna bunka sa nazýva primitívna, ak sa jej častice nachádzajú iba vo vrcholoch mriežky a inde chýbajú. Jeho objem je v porovnaní s inými typmi minimálny. V praxi sa často ukazuje ako nízko symetrický (príkladom je Wigner-Seitzova bunka).
Pri neprimitívnych bunkách ich atóm v strede objemu rozdeľuje na 2 alebo 4 rovnaké časti. V štruktúre zameranej na tvár je rozdelenie na 8 častí. V metalografii sa používa skôr koncept elementárnej ako primitívnej bunky, keďže symetria prvej bunky umožňuje úplnejší popis kryštálovej štruktúry materiálu.
Znaky
Všetkých 14 typov elementárnych buniek má spoločné vlastnosti:
- sú to najjednoduchšie opakujúce sa štruktúry v kryštáli;
- každý stred mriežky pozostáva z jednéhočastice, nazývané uzol mriežky;
- bunkové uzly sú prepojené rovnými čiarami, ktoré tvoria geometriu kryštálu;
- protiľahlé strany sú rovnobežné;
- symetria elementárnej štruktúry zodpovedá symetrii celej kryštálovej mriežky.
Pri výbere štruktúry elementárnej bunky sa dodržiavajú niektoré pravidlá. Musí mať:
- najmenší objem a plocha;
- najväčší počet identických hrán a uhlov medzi nimi;
- pravé uhly (ak je to možné);
- priestorová symetria odrážajúca symetriu celej kryštálovej mriežky.
Volume
Objem elementárnej bunky je určený v závislosti od jej geometrického tvaru. Pre kubickú syngóniu sa vypočíta ako dĺžka plochy (vzdialenosť atómov od stredu k stredu) umocnená na tretiu mocninu. V prípade šesťuholníkového systému možno objem určiť pomocou nižšie uvedeného vzorca:
kde a a c sú parametre kryštálovej mriežky, merané v angstromoch.
V praxi sa parametre kryštálovej mriežky vypočítavajú, aby sa neskôr určila štruktúra zlúčeniny, hmotnosť atómu (na základe hmotnosti daného objemu a Avogadro čísla) alebo jeho polomer.
