Kristāla režģa vienības šūna kalpo, lai aprakstītu materiālu mikrostruktūru. Daudzas vielas fizikālās un ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no tās parametriem: cietības, kušanas temperatūras, elektriskās un siltuma vadītspējas, plastiskuma un citiem. Šo elementāro būvju veidi tika aprakstīti jau 19. gadsimtā. Viena no šķirnēm ir primitīvā šūna. Lai materiāla struktūrā izolētu vienības šūnu, ir jāievēro vairāki nosacījumi.
Kristāla režģis
Visas cietās vielas pēc to iekšējās struktūras var iedalīt divās formās: amorfā un kristāliskā. Pēdējās īpatnība ir daļiņu īpašā organizētā struktūra.
Kristālu režģis ir vienkāršots trīsdimensiju cieto kristālu modelis, ko izmanto, lai analizētu to īpašības fizikā, ķīmijā, bioloģijā, mineraloģijā un citās zinātnēs. Ārēji tas izskatās kā režģis. Tās mezglos atrodas matērijas atomi. Šim punktu masīvam ir noteikta, regulāri atkārtojoša secība, kas raksturīga katrai sugai.vielas.
Kas ir vienības šūna?
Kristāla režģa vienības šūna ir mazākā cietās vielas daļa, kas ļauj raksturot tās īpašības. Tas kalpo par režģa pamatu un tiek dublēts tajā neskaitāmas reizes.
Šis modelis tiek izmantots, lai vienkāršotu kristālu iekšējās struktūras vizuālo aprakstu. Šajā gadījumā tiek izmantota 3 kristalogrāfisko koordinātu asu sistēma, kas atšķiras no parastajām ortogonālajām ar to, ka ir noteikta izmēra galīgi segmenti. Leņķi starp asīm var būt vienādi ar 90° vai būt netieši.
Ja jūs blīvi piepildāt noteiktu tilpumu ar elementāršūnām, varat iegūt ideālu monokristālu. Praksē biežāk sastopami polikristāli, kas sastāv no vairākām regulārām, telpā ierobežotām struktūrām.
Skatījumi
Zinātnē ir 14 veidu režģu elementārās šūnas ar unikālu ģeometriju. Pirmo reizi tos aprakstīja franču fiziķis Ogists Bravai 1848. gadā. Šis zinātnieks tiek uzskatīts par kristalogrāfijas pamatlicēju.
Šie kristāla režģa elementārās struktūras veidi ir sagrupēti 7 kategorijās, ko sauc par singonijām atkarībā no malu garumu attiecības un leņķu vienādības:
- kubisks;
- tetragonāls;
- ortorombisks;
- romboedris;
- heksagonāls;
- triclinic.
Visvienkāršākā un dabā izplatītākā nono tiem ir pirmā kategorija, kas savukārt ir sadalīta 3 veidu režģos:
- Vienkāršs kub. Visas daļiņas (un tās var būt atomi, elektriski lādētas daļiņas vai molekulas) atrodas kuba virsotnēs. Šīs daļiņas ir identiskas. Katrā šūnā ir 1 atoms (8 virsotnes × 1/8 atoms=1).
- Ķermenim centrēts kubisks. Tas atšķiras no iepriekšējā modeļa ar to, ka kuba centrā ir vēl viena daļiņa. Katrā šūnā ir 2 matērijas atomi.
- Kubisks uz sejas. Daļiņas atrodas elementārās šūnas virsotnēs, kā arī visu virsmu centrā. Katrā šūnā ir 4 atomi.
Primitīvā šūna
Elementāršūnu sauc par primitīvu, ja tās daļiņas atrodas tikai režģa virsotnēs un citur to nav. Tās apjoms ir minimāls, salīdzinot ar citiem veidiem. Praksē tas bieži izrādās mazsimetrisks (piemērs ir Vīgnera-Seica šūna).
Neprimitīvām šūnām atoms tilpuma centrā sadala tās 2 vai 4 identiskās daļās. Seju centrētajā struktūrā ir dalījums 8 daļās. Metalogrāfijā tiek izmantots elementāras, nevis primitīvas šūnas jēdziens, jo pirmās šūnas simetrija ļauj pilnīgāk aprakstīt materiāla kristālisko struktūru.
Zīmes
Visiem 14 elementāršūnu veidiem ir kopīgas īpašības:
- tās ir visvienkāršākās kristāla struktūras, kas atkārtojas;
- katrs režģa centrs sastāv no vienadaļiņas, ko sauc par režģa mezglu;
- šūnu mezgli ir savstarpēji savienoti ar taisnām līnijām, kas veido kristāla ģeometriju;
- pretējās sejas ir paralēlas;
- elementārās struktūras simetrija atbilst visa kristāliskā režģa simetrijai.
Izvēloties elementārās šūnas struktūru, tiek ievēroti daži noteikumi. Viņai jābūt:
- mazākais apjoms un platība;
- lielākais identisku šķautņu un leņķu skaits starp tām;
- taisni leņķi (ja iespējams);
- telpiskā simetrija, kas atspoguļo visa kristāla režģa simetriju.
Skaļums
Elementārās šūnas tilpumu nosaka atkarībā no tās ģeometriskās formas. Kubiskajai singonijai to aprēķina kā sejas garumu (attālums no centra līdz centram), kas pacelts līdz trešajai pakāpei. Sešstūra sistēmai tilpumu var noteikt, izmantojot šādu formulu:
kur a un c ir kristāla režģa parametri, ko mēra angstromos.
Praksē kristāla režģa parametrus aprēķina, lai vēlāk noteiktu savienojuma struktūru, atoma masu (pamatojoties uz dotā tilpuma svaru un Avogadro skaitli) vai tā rādiusu.
