Кристалі́чна ґра́тка — геометрично правильне розміщення атомів (йонів, молекул), властиве речовині, що перебуває в кристалічному стані. Просторові фігури (наприклад, паралелепіпеди) у вершинах яких розміщено атоми, називаються комірками кристалічної ґратки, регулярна нескінченна система геометричних точок (вузлів ґратки), що є ідеально періодичною в трьох вимірах простору; існує 14 основних типів просторових ґраток.
Примітивна комірка
Найменша комірка кристалічної ґратки, зсувом якої можна відтворити весь кристал, називається примітивною коміркою.
У випадку простої ґратки, у якій всі атоми одного сорту, примітивна комірка містить один атом.
Типи кристалічних ґраток та їх параметри
Найменша комірка, яка зберігає усі елементи симетрії кристала, називається елементарною коміркою.
Навіть у випадку кристала з одним сортом атомів елементарна комірка містить кілька атомів. Наприклад, кристал заліза має кубічну об'ємноцентровану ґратку із 2 атомами в елементарній комірці. При високих температурах залізо переходить у фазу з ґранецентрованою кубічною ґраткою із 4 атомами в елементарній комірці.
| Кристалічні системи (Сингонія) | 14 ґраток Браве | |||
|---|---|---|---|---|
| триклінна | ||||
| моноклінна | примітивна | базоцентрована | ||
| ромбічна | примітивна | базоцентрована | об'ємноцентрована | гранецентрована |
| гексагональна | ||||
| тригональна | ||||
| тетрагональна | примітивна | об'ємноцентрована | ||
| кубічна | примітивна | об'ємноцентрована | гранецентрована | |
Основні параметри кристалічних ґраток:
- період або параметр ґратки дорівнює довжині ребра ґратки у напрямі головних осей кристалічної ґратки;
- координаційне число (К) характеризує щільність пакування ґратки, визначає кількість найближчих і рівновіддалених атомів у певній кристалічній ґратці;
- базис — це кількість атомів (іонів), що належать до однієї ґратки;
- атомний радіус — це половина відстані між центрами найближчих атомів у кристалічній ґратці певної кристалічної системи;
- коефіцієнт компактності — це відношення об'єму, що займають атоми (іони), до всього об'єму ґратки даного типу.
Дефекти кристалічної ґратки
Розташування структурних елементів у кристалічних ґратках мінералів рідко відповідає цій класичній картині, яка характеризується послідовним розташуванням у ґратці атомів або йонів (так звані ідеальні кристали). На противагу ідеальним кристалам, для яких характерне правильне розташування і періодичність атомів або йонів, реальні кристали відрізняються рядом відхилень — дефектів кристалічної ґратки (дислокацій). Згідно з загальноприйнятою класифікацією, розрізняють такі дефекти кристалічної ґратки (мал.):
- пустий вузол, створений внаслідок випадання з ідеальної ґратки атома або йона;
- власний атом або йон ґратки, розташований між її вузлами;
- чужорідний атом або йон, розташований між вузлами ґратки;
- чужорідний атом, який заміщає власний атом ґратки;
- йон у ґратці в нормальному стані, але з аномальним зарядом.
Дефекти Френкеля
Дефекти кристалічних ґраток, що полягають у розміщенні певної кількості атомів чи йонів у міжвузлях, причому частина вузлів може залишитись незайнятою.
Дефекти Шоткі
Дефекти кристалічних ґраток, що полягають у перенесенні певної кількості атомів чи йонів з вузлових позицій усередині кристала на його поверхню, частина вузлів відповідно залишається незайнятою.
Викривлення ґратки
Структурний безлад, що виникає з неправильного розташування елементарних комірок у кристалі.
Енергія ґратки
- 1. Зміна внутрішньої енергії (ΔU при 0 К) в процесі взаємного віддалення елементів структури кристала з віддалі, на якій вони знаходяться в кристалі в рівноважному стані, до нескінченності.
- 2. Енергія, яка виділяється при уявному процесі, в якому ізольовані йони, які знаходились на нескінченній віддалі один від одного, зблизились з утворенням кристала йонної сполуки.
Див. також
Примітки
- Афтанділянц Є. Г. Матеріалознавство: підручник / Є. Г. Афтанділянц, О. В. Зазимко, К. Г. Лопатько. — Херсон: ОЛДІ-плюс; К.: Ліра-К, 2013. — 612 с. — ISBN 978-966-2393-67-5
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
- Лазаренко Є. К., Винар О. М. Мінералогічний словник, К.: Наукова думка. — 1975. — 774 с.