เซลล์หน่วยของตะแกรงคริสตัลทำหน้าที่อธิบายโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีหลายอย่างของสารขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์: ความแข็ง จุดหลอมเหลว การนำไฟฟ้าและความร้อน ความเป็นพลาสติก และอื่นๆ ประเภทของโครงสร้างเบื้องต้นเหล่านี้มีอธิบายไว้ตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 19 หนึ่งในพันธุ์คือเซลล์ดึกดำบรรพ์ ในการแยกเซลล์หนึ่งหน่วยออกจากโครงสร้างวัสดุ ต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขหลายประการ
ตะแกรงคริสตัล
ของแข็งทั้งหมดตามโครงสร้างภายในสามารถจำแนกได้เป็นสองรูปแบบ: อสัณฐานและผลึก ลักษณะเด่นของโครงสร้างหลังคือโครงสร้างที่เป็นระเบียบเฉพาะของอนุภาค
คริสตัลแลตทิซเป็นแบบจำลองสามมิติแบบง่ายของผลึกแข็ง ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์คุณสมบัติของผลึกในฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา แร่วิทยา และวิทยาศาสตร์อื่นๆ ภายนอกดูเหมือนกริด ที่โหนดของมันคืออะตอมของสสาร แถวของคะแนนนี้มีลำดับเฉพาะ ทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอเฉพาะสำหรับแต่ละชนิดสาร.
เซลล์ยูนิตคืออะไร
เซลล์หน่วยของโครงตาข่ายคริสตัลเป็นส่วนที่เล็กที่สุดของของแข็งที่ช่วยให้เราระบุคุณสมบัติของมันได้ มันทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของกริดและทำซ้ำหลายครั้ง
โมเดลนี้ใช้เพื่อลดความซับซ้อนของคำอธิบายภาพโครงสร้างภายในของคริสตัล ในกรณีนี้ จะใช้ระบบพิกัด 3 แกน ซึ่งแตกต่างจากแกนตั้งฉากปกติตรงที่เป็นส่วนจำกัดของขนาดที่แน่นอน มุมระหว่างแกนสามารถเท่ากับ 90° หรือโดยอ้อม
หากคุณเติมเซลล์พื้นฐานในปริมาตรหนึ่งอย่างหนาแน่น คุณจะได้คริสตัลเดี่ยวในอุดมคติ ในทางปฏิบัติ โพลีคริสตัลพบได้ทั่วไปมากกว่า ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างปกติหลายแบบที่จำกัดพื้นที่
ดู
ในทางวิทยาศาสตร์ มีเซลล์โครงข่ายพื้นฐาน 14 ชนิดที่มีรูปทรงเฉพาะตัว พวกเขาได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Auguste Bravais ในปี 1848 นักวิทยาศาสตร์คนนี้ถือเป็นผู้ก่อตั้งผลึกศาสตร์
โครงสร้างเบื้องต้นของตะแกรงคริสตัลเหล่านี้แบ่งออกเป็น 7 ประเภท เรียกว่า syngonies ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความยาวของด้านและความเสมอภาคของมุม:
- ลูกบาศก์;
- เตตระกอน;
- orthorhombic;
- สี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน;
- หกเหลี่ยม;
- triclinic.
ธรรมชาติที่เรียบง่ายและธรรมดาที่สุดจากโดยเป็นประเภทแรก โดยแบ่งเป็น 3 แบบ คือ
- ลูกบาศก์อย่างง่าย. อนุภาคทั้งหมด (และอาจเป็นอะตอม อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าหรือโมเลกุล) อยู่ที่จุดยอดของลูกบาศก์ อนุภาคเหล่านี้เหมือนกัน แต่ละเซลล์มี 1 อะตอม (8 จุดยอด × 1/8 อะตอม=1)
- ลูกบาศก์ตรงกลางตัว. มันแตกต่างจากรุ่นก่อนตรงที่มีอนุภาคอีกตัวหนึ่งอยู่ตรงกลางของลูกบาศก์ แต่ละเซลล์มีสสาร 2 อะตอม
- ลูกบาศก์ตรงกลางหน้า. อนุภาคมีอยู่ในจุดยอดของเซลล์ระดับประถมศึกษาตลอดจนตรงกลางใบหน้าทั้งหมด แต่ละเซลล์มี 4 อะตอม
เซลล์ต้นกำเนิด
เซลล์ระดับประถมศึกษาจะเรียกว่า primitive ถ้าอนุภาคของมันอยู่ที่จุดยอดขัดแตะเท่านั้นและไม่มีอยู่ที่อื่น มีปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับประเภทอื่นๆ ในทางปฏิบัติ มักจะกลายเป็นความสมมาตรต่ำ (ตัวอย่างคือเซลล์ Wigner-Seitz)
สำหรับเซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์ดึกดำบรรพ์ อะตอมที่อยู่ตรงกลางของปริมาตรจะแบ่งออกเป็น 2 หรือ 4 ส่วนเหมือนกัน ในโครงสร้างใบหน้าเป็นศูนย์กลาง แบ่งเป็น 8 ส่วน ในโลหะวิทยา แนวคิดของระดับประถมศึกษามากกว่าเซลล์ดั้งเดิมถูกนำมาใช้ เนื่องจากความสมมาตรของเซลล์แรกช่วยให้สามารถอธิบายโครงสร้างผลึกของวัสดุได้อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น
สัญญาณ
เซลล์ระดับประถมศึกษาทั้งหมด 14 ชนิดมีคุณสมบัติร่วมกัน:
- พวกมันคือโครงสร้างที่ทำซ้ำง่ายที่สุดในคริสตัล
- โครงตาข่ายแต่ละอันประกอบด้วยหนึ่งอันอนุภาคที่เรียกว่า lattice node;
- เซลล์โหนดเชื่อมต่อกันด้วยเส้นตรงที่สร้างเรขาคณิตของคริสตัล
- หน้าตรงข้ามขนานกัน
- ความสมมาตรของโครงสร้างเบื้องต้นสอดคล้องกับความสมมาตรของโครงผลึกทั้งหมด
เมื่อเลือกโครงสร้างของเซลล์พื้นฐาน กฎบางอย่างจะถูกปฏิบัติตาม เธอต้องมี:
- ปริมาณและพื้นที่น้อยที่สุด;
- จำนวนขอบและมุมที่เหมือนกันระหว่างกันมากที่สุด
- มุมฉาก (ถ้าเป็นไปได้);
- สมมาตรเชิงพื้นที่ สะท้อนความสมมาตรของตาข่ายคริสตัลทั้งหมด
ปริมาณ
ปริมาตรของเซลล์ระดับประถมศึกษาจะขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของเซลล์ สำหรับสมการกำลังสามของลูกบาศก์ จะคำนวณจากความยาวของใบหน้า (ระยะห่างจากศูนย์กลางถึงศูนย์กลางของอะตอม) ที่ยกกำลังสาม สำหรับระบบหกเหลี่ยม ปริมาตรสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตรด้านล่าง:
โดยที่ a และ c คือพารามิเตอร์ของตาข่ายคริสตัล วัดเป็นอังสตรอม
ในทางปฏิบัติ พารามิเตอร์ของผลึกแลตทิซถูกคำนวณเพื่อกำหนดโครงสร้างของสารประกอบในภายหลัง มวลของอะตอม (ตามน้ำหนักของปริมาตรที่กำหนดและหมายเลขอะโวกาโดร) หรือรัศมีของอะตอม
