Kategorie
Kamienie szlachetne

Struktura kryształów

Struktura kryształów

Już w XVIII w. wysunięto hipotezę, że prawidłowa zewnętrzna postać kryształów jest wynikiem ich budowy wewnętrznej. Początkowo przypuszczano, że elementami struktury kryształów, ułożonymi w regularną sieć przestrzenną, są cząsteczki o kształtach geometrycznych: kule, elipsoidy, wielościany. W wyniku badań przekonano się, że elementarnymi składnikami kryształów mogą być nie tylko cząsteczki chemiczne, ale także atomy i jony. Eksperymentalnie potwierdzono także słuszność wyobrażenia budowy wewnętrznej kryształów w postaci sieci przestrzennych, w których atomy, jony lub ich grupy powtarzają się w danym kierunku w dokładnie jednakowych odstępach.

Sieć przestrzenna i jej elementy.

Najprostszym elementem sieci przestrzennej jest punkt, zwany węzłem sieci. Zbiór identycznych punktów powtarzających się w jednakowych odstępach d1 wzdłuż jakiegoś kierunku tworzy prostą sieciową. Przez obranie innego, nierównoległego kierunku oraz odstępu d2 między punktami identycznymi otrzymujemy zbiór punktów powtarzających się prawidłowo w przestrzeni dwuwymiarowej, czyli płaszczyznę sieciową lub sieć płaską. Jeśli płaszczyznę sieciową przesuniemy o odstęp d3 w trzecim, nierównoległym kierunku uzyskamy prawidłowy układ punktów w przestrzeni, czyli sieć przestrzenną. Między siecią przestrzenną a zewnętrzną formą kryształów istnieje ścisły związek. Kryształy ograniczone są ścianami płaskimi, którym w sieci przestrzennej odpowiadają zbiory równoległych płaszczyzn sieciowych, każdej krawędzi kryształu odpowiada zbiór równoległych prostych sieciowych.

Najmniejszą jednostką objętościową sieci przestrzennej jest równoległościan elementarny, zwany również komórką jednostkową lub celką. Ograniczony jest on krawędziami o długościach d1, d2, d3, odpowiadającymi najmniejszym odległościom między atomami, jonami lub cząsteczkami znajdującymi się w węzłach sieci tworzących jego naroża. W najogólniejszym przypadku kąty między krawędziami równoległościanu elementarnego są różne (nierówne 90°), jak również i odstępy punktów sieciowych w trzech kierunkach są różne. Są jednak sieci prostokątne, a odstępy punktów sieciowych mogą być w dwóch lub trzech kierunkach równe.

Sieć przestrzenna danej substancji różni się od sieci innych substancji długością krawędzi równoległościanu elementarnego oraz w wielu przypadkach również kątami między nimi. Każda substancja ma więc własną sieć przestrzenną. Do opisania tej sieci konieczna jest znajomość kształtu jej równoległościanu elementarnego, który prawidłowo powtarza się w 3 kierunkach.

W celu zdefiniowania równoległościanu elementarnego przyjmuje się jeden z węzłów sieci przestrzennej za początek układu współrzędnych, a trzy wychodzące z niego proste sieciowe, za osie współrzędne x, y, z. Kąt między osiami y i z oznacza się literą a, między osiami x i z — α, a między osiami x i y — β. Najmniejszą odległość między punktami sieciowymi w kierunku osi x oznacza się a, w kierunku osi y — b, a w kierunku osi z — c. Zespół kątów α, β, γ oraz odstępów sieciowych a, b, c nazywa się stałymi sieciowymi, czyli stałymi sieci przestrzennych. Odstępy między punktami sieciowymi a, b, c mierzy się w nanometrach.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *