Kristalinė struktūra
Kristalas nėra tik taisyklingos formos kietasis kūnas. Mikroskopiniu mastu jis turi tolimąją periodinę tvarką: gardelė nusako pasikartojančias transliacijas, o bazė arba motyvas — kas priskirta kiekvienam gardelės taškui.
Gardelė, bazė ir elementarioji celė
Gardelė yra abstraktus periodinis taškų rinkinys, o bazė — atomas, jonas ar grupė, priskirta kiekvienam taškui. Jų derinys sudaro kristalinę struktūrą. Elementarioji celė yra geometrinis pasirinkimas, kuris transliacijomis atkuria visą struktūrą; ji nebūtinai yra „molekulės dėžutė“, o tą patį kristalą galima aprašyti keliomis lygiavertėmis celėmis.
Dalelių, dalijamų tarp celių, skaičiavimas
Ant celės ribų pavaizduoti atomai dalijami su kaimyninėmis celėmis. Kubinės celės kampo atomas duoda 1/8, sienos centro atomas — 1/2, o visiškai vidinis — 1. Todėl paprastosios kubinės, BCC ir FCC konvencinės celės turi atitinkamai Z=1, 2 ir 4. Kubiniam kristalui ρ=ZM/(NAa³).
Koordinacija ir pakavimas
Struktūra lemia artimiausių kaimynų skaičių ir erdvės užpildymo efektyvumą. BCC koordinacinis skaičius yra 8, FCC — 12. Tankus pakavimas pats savaime nelemia visų savybių, bet stipriai veikia tankį, dislokacijų slydimą ir mechaninę elgseną.
Difrakcija atskleidžia periodinius atstumus
Kristalinės plokštumos sklaido rentgeno spindulius. Konstruktyvi interferencija atsiranda, kai nλ=2d sinθ. Iš kampų gaunami tarplokštuminiai atstumai d, o intensyvumai teikia informaciją apie atomų padėtis celėje. Difrakcijos vaizdas nėra atomų fotografija — struktūra išvedama iš reciprokinės erdvės matavimo ir modelio.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Atomai FCC celėje
Sprendimas
8 kampai duoda 8×1/8=1, 6 sienų centrai — 6×1/2=3, todėl Z=4.
2. Vario tankis
Sprendimas
Kai Z=4, M=63,546 g mol⁻¹ ir a=361,5 pm=3,615×10⁻8 cm, gauname ρ≈8,9 g cm⁻³.
3. Pirmos eilės Braggo kampas
Sprendimas
Kai λ=0,154 nm ir d=0,200 nm, sinθ=λ/(2d)=0,385, todėl θ≈22,6°.