Ciało stałe – cechuje się
stabilnością kształtu
.
W zależności od stopnia uporządkowania struktury wewnętrznej dzielimy je na:
•
krystaliczne
i
•
amorficzne
(bezpostaciowe).
Monokryształ a polikryształ
•
ciało krystaliczne
(kryształ) – okresowe przestrzenne uporządkowanie dalekiego zasięgu,
•
monokryształ
– uporządkowanie w całej objętości kryształu,
•
polikryształ
– uporządkowanie tylko wewnątrz pewnych obszarów (ziaren).
Kryształ cechuje się anizotropią właściwości fizycznych
•
ciecze i
ciała amorficzne
(np. szkło) – brak struktury krystalicznej, nie wykazują anizotropii
właściwości; występuje tylko tzw.
uporządkowanie bliskiego zasięgu
,
•
ciała krystaliczne – skokowa zmiana właściwości przy przejściach fazowych,
•
ciała amorficzne – nie istnieje granica między fazami (ciekłą i stałą); traktowane są jako
przechłodzone ciecze,
•
ciekłe kryształy
– uporządkowane ułożenie cząsteczek, anizotropią właściwości fizycznych.
14.1. Sieć krystaliczna i układy krystalograficzne
Sieć krystaliczna
–
układ atomów charakterystyczny dla danego ciała.
Baza
sieci – najmniejszy element sieci, powtarzający się periodycznie w przestrzeni.
Baza zawiera 2 lub więcej atomów tego samego lub różnych pierwiastków:
•
kryształ diamentu – bazę stanowią dwa atomy węgla,
•
kryształ soli kuchennej – jeden atom sodu i jeden atom chloru.
Grupy atomów stanowiące bazę są ustawione w krysztale wg określonej sieci przestrzennej
nazywanej
siecią translacyjną
lub siecią punktową, tworzoną z punktów nazywanych węzłami sieci
(rys. 14.1).
(a) (b) (c)
Baza
Sieć krystaliczna Sieć translacyjna
Rys. 14.1. Dwuwymiarowa sieć krystaliczna (a), jej baza (b) i sieć translacyjna (c).
Symetria translacyjna sieci:
R
=
m
r
+
n
b
+
p
c
r
r
– elementarne wektory translacji.
Stałe sieciowe
– długości wektorów, tzn. liczby
a, b, c.
,
b
,
r
Komórka elementarna prosta
(prymitywna) –
równoległościan zbudowany na elementarnych
wektorach translacji.
W komórce prostej węzły sieci przestrzennej znajdują się tylko w narożach (na jedną komórkę
przypada jeden węzeł).
W niektórych rodzajach sieci wygodniej jest posługiwać się komórkami złożonych o większych
rozmiarach, ale za to o niższym stopniu symetrii niż komórka prosta. Są to tzw.
komórki złożone
,
które oprócz węzłów w narożach zawierają dodatkowe węzły. Sieci takie nazywamy
sieciami
centrowanymi
.
r
r
gdzie:
m, n, p
– liczby całkowite,
c
a
r
Komórka elementarna jest scharakteryzowana przez tzw. parametry sieci, tzn. długości jej
krawędzi
a, b, c
oraz kąty
α
,
β
,
γ
zawarte między tymi krawędziami
.
Kierunki wyznaczone przez wektory
a
,
b
,
c
nazywamy osiami krystalograficznymi.
z
c
β
α
y
a
γ
b
(a) (b)
x
Rys. 14.2. Sieć przestrzenna (a) i komórka elementarna (b).
W zależności od stosunku długości i wzajemnej orientacji krawędzi komórki elementarnej
wyróżniamy 14 typów sieci krystalograficznych, tzw.
sieci Bravais’go
.
W zależności od stopnia symetrii, sieci Bravais’go dzielimy na siedem układów krystalograficznych:
regularny, heksagonalny, tetragonalny, trygonalny (romboedryczny), rombowy, jednoskośny
i trójskośny
(rys. 14.3).
r
r
r
c
β
α
γ
a
Trójskośny
b
Prymitywna
O centrowanej
podstawie
Prymitywna
α
≠
β
≠
γ
α
=
β
=
90
o
a
≠
≠
b
c
Jednoskośny
o
γ
=
90
a
≠
b
≠
c
Prymitywna
Centrowana
przestrzennie
O centrowanej
podstawie
Centrowana
płasko
Centrowana
przestrzennie
Rombowy
α
=
β
=
90
o
a
≠
b
≠
c
Prymitywna
Centrowana
przestrzennie
Trygonalny
(romboedryczny)
Centrowana
płasko
Regularny
α
=
β
=
γ
=
90
o
Heksagonalny
Tetragonalny
90
o
α
=
β
=
γ
=
a
=
b
≠
c
90
o
α
=
β
=
γ
≠
a
=
b
=
c
a
=
b
=
c
Rys. 14.3. Układy krystalograficzne