תא היחידה של סריג הגביש משמש לתיאור מבנה המיקרו של חומרים. תכונות פיסיקליות וכימיות רבות של חומר תלויות בפרמטרים שלו: קשיות, נקודת התכה, מוליכות חשמלית ותרמית, פלסטיות ועוד. סוגי המבנים היסודיים הללו תוארו כבר במאה ה-19. אחד הזנים הוא התא הפרימיטיבי. כדי לבודד תא יחידה במבנה החומר, יש לעמוד במספר תנאים.
סריג קריסטל
כל המוצקים לפי המבנה הפנימי שלהם ניתנים לסווג לשתי צורות: אמורפי וקריסטלי. מאפיין ייחודי של זה האחרון הוא המבנה המאורגן הספציפי של החלקיקים.
סריג קריסטל הוא מודל תלת מימדי מפושט של גבישים מוצקים, המשמש לניתוח תכונותיהם בפיזיקה, כימיה, ביולוגיה, מינרלוגיה ומדעים אחרים. כלפי חוץ, זה נראה כמו רשת. בצמתים שלו נמצאים אטומי החומר. למערך נקודות זה יש סדר ספציפי החוזר על עצמו באופן קבוע לכל מין.חומרים.
מהו תא יחידה?
תא היחידה של סריג הגביש הוא החלק הקטן ביותר במוצק המאפשר לנו לאפיין את תכונותיו. הוא משמש כבסיס לרשת ומשוכפל בו אינספור פעמים.
מודל זה משמש כדי לפשט את התיאור החזותי של המבנה הפנימי של גבישים. במקרה זה, נעשה שימוש במערכת של 3 צירי קואורדינטות קריסטלוגרפיות, הנבדלים מהאורתוגונלים הרגילים בכך שהם מקטעים סופיים בגודל מסוים. הזוויות בין הצירים יכולות להיות שוות ל-90° או להיות עקיפות.
אם אתה ממלא בצפיפות נפח מסוים בתאים יסודיים, אתה יכול לקבל גביש יחיד אידיאלי. בפועל, פוליגריסטלים נפוצים יותר, המורכבים מכמה מבנים רגילים מוגבלים בחלל.
צפיות
במדע, ישנם 14 סוגים של תאים יסודיים של סריג עם גיאומטריה ייחודית. הם תוארו לראשונה על ידי הפיזיקאי הצרפתי אוגוסט בראווה בשנת 1848. מדען זה נחשב למייסד הקריסטלוגרפיה.
סוגים אלה של מבנים אלמנטריים של סריג הגביש מקובצים ל-7 קטגוריות, הנקראות syngonies, בהתאם ליחס של אורכי הצלעות והשוויון של הזוויות:
- cubic;
- tetragonal;
- orthorhombic;
- rhombohedral;
- משושה;
- triclinic.
הפשוט והנפוץ ביותר בטבע ממתוכם היא הקטגוריה הראשונה, אשר בתורה מחולקת ל-3 סוגי סריג:
- קוביק פשוט. כל החלקיקים (והם יכולים להיות אטומים, חלקיקים טעונים חשמלית או מולקולות) ממוקמים בקודקודי הקובייה. חלקיקים אלו זהים. לכל תא יש אטום אחד (8 קודקודים × 1/8 אטום=1).
- קובי במרכז הגוף. הוא שונה מהדגם הקודם בכך שיש עוד חלקיק אחד במרכז הקובייה. לכל תא יש 2 אטומי חומר.
- מעוקב במרכז הפנים. חלקיקים כלולים בקודקודים של התא היסודי, כמו גם במרכז כל הפנים. לכל אחד מהתאים 4 אטומים.
תא פרימיטיבי
תא יסודי נקרא פרימיטיבי אם חלקיקיו ממוקמים רק בקודקודי הסריג ונעדרים במקום אחר. נפחו מינימלי בהשוואה לסוגים אחרים. בפועל, לעתים קרובות מתברר שהוא נמוך-סימטרי (דוגמה לכך היא תא ויגנר-סייץ).
עבור תאים לא פרימיטיביים, האטום במרכז הכרך מחלק אותם ל-2 או 4 חלקים זהים. במבנה במרכז הפנים ישנה חלוקה ל-8 חלקים. במטלוגרפיה משתמשים במושג תא יסודי ולא פרימיטיבי, שכן הסימטריה של התא הראשון מאפשרת תיאור שלם יותר של מבנה הגבישי של החומר.
Signs
לכל 14 סוגי התאים היסודיים יש מאפיינים משותפים:
- הם המבנים החוזרים הפשוטים ביותר בגביש;
- כל מרכז סריג מורכב מאחדחלקיקים, הנקראים צומת הסריג;
- צמתי תאים מחוברים ביניהם בקווים ישרים היוצרים את הגיאומטריה של הגביש;
- הפנים המנוגדות מקבילות;
- הסימטריה של המבנה היסודי מתאימה לסימטריה של סריג הגביש כולו.
כאשר בוחרים את המבנה של תא יסודי, מקפידים על כמה כללים. היא חייבת לקבל:
- הנפח והשטח הקטן ביותר;
- המספר הגדול ביותר של קצוות וזוויות זהות ביניהם;
- זוויות ישרות (אם אפשר);
- סימטריה מרחבית, המשקפת את הסימטריה של סריג הגביש כולו.
כרך
נפח של תא יסודי נקבע בהתאם לצורתו הגיאומטרית. עבור סינגוניה מעוקבת, הוא מחושב כאורך הפנים (מרחק ממרכז למרכז של אטומים) המורם בחזקת שלישית. עבור מערכת משושה, ניתן לקבוע את הנפח באמצעות הנוסחה שלהלן:
כאשר a ו-c הם הפרמטרים של סריג הגביש, נמדד באנגסטרום.
בפועל, מחושבים הפרמטרים של סריג הגביש על מנת לקבוע מאוחר יותר את מבנה התרכובת, מסה של אטום (על סמך משקל נפח נתון ומספר אבוגדרו) או רדיוס שלו.
