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

viena elementarioji celėtransliacinis kartojimas
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.

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

paprastoji kubinė: Z=1tūriškai centruota: Z=2sienomis centruota: Z=4
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).

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°.