La cella unitaria del reticolo cristallino serve a descrivere la microstruttura dei materiali. Molte proprietà fisiche e chimiche di una sostanza dipendono dai suoi parametri: durezza, punto di fusione, conducibilità elettrica e termica, plasticità e altri. I tipi di queste strutture elementari sono stati descritti già nel XIX secolo. Una delle varietà è la cellula primitiva. Per isolare una cella unitaria nella struttura del materiale, devono essere soddisfatte alcune condizioni.
Reticolo di cristallo
Tutti i solidi in base alla loro struttura interna possono essere classificati in due forme: amorfa e cristallina. Una caratteristica distintiva di quest'ultimo è la specifica struttura organizzata delle particelle.
Il reticolo cristallino è un modello tridimensionale semplificato di cristalli solidi, che viene utilizzato per analizzare le loro proprietà in fisica, chimica, biologia, mineralogia e altre scienze. Esternamente, sembra una griglia. Ai suoi nodi ci sono gli atomi della materia. Questa serie di punti ha un ordine specifico, che si ripete regolarmente, specifico per ciascuna specie.sostanze.
Cos'è una cella unitaria?
La cella unitaria del reticolo cristallino è la parte più piccola di un solido che ci permette di caratterizzarne le proprietà. Serve come base della griglia ed è duplicato in essa innumerevoli volte.
Questo modello viene utilizzato per semplificare la descrizione visiva della struttura interna dei cristalli. In questo caso si utilizza un sistema di 3 assi di coordinate cristallografiche, che differiscono dai soliti ortogonali in quanto sono segmenti finiti di una certa dimensione. Gli angoli tra gli assi possono essere pari a 90° o essere indiretti.
Se riempi densamente un certo volume di celle elementari, puoi ottenere un cristallo singolo ideale. In pratica sono più comuni i policristalli, costituiti da diverse strutture regolari limitate nello spazio.
Viste
Nella scienza, ci sono 14 tipi di celle elementari di reticoli con una geometria unica. Furono descritti per la prima volta dal fisico francese Auguste Bravais nel 1848. Questo scienziato è considerato il fondatore della cristallografia.
Questi tipi di strutture elementari del reticolo cristallino sono raggruppati in 7 categorie, dette singonie, a seconda del rapporto tra le lunghezze dei lati e l'uguaglianza degli angoli:
- cubico;
- tetragonale;
- ortorombico;
- romboedrico;
- esagonale;
- triclino.
Il più semplice e comune in natura dadi esse è la prima categoria, che a sua volta è suddivisa in 3 tipi di reticoli:
- Cubico semplice. Tutte le particelle (e possono essere atomi, particelle caricate elettricamente o molecole) si trovano ai vertici del cubo. Queste particelle sono identiche. Ogni cella ha 1 atomo (8 vertici × 1/8 atomo=1).
- Cubo centrato sul corpo. Si differenzia dal modello precedente in quanto c'è un' altra particella al centro del cubo. Ogni cellula ha 2 atomi di materia.
- Centrale sulla faccia cubica. Le particelle sono contenute nei vertici della cella elementare, nonché al centro di tutte le facce. Ciascuna delle celle ha 4 atomi.
Cella primitiva
Una cella elementare si dice primitiva se le sue particelle si trovano solo ai vertici del reticolo e sono assenti altrove. Il suo volume è minimo rispetto ad altri tipi. In pratica, spesso risulta essere poco simmetrico (un esempio è la cella di Wigner-Seitz).
Per le cellule non primitive, l'atomo al centro del volume le divide in 2 o 4 parti identiche. Nella struttura centrata sulla faccia, c'è una divisione in 8 parti. In metallografia viene utilizzato il concetto di cellula elementare piuttosto che primitiva, poiché la simmetria della prima cellula consente una descrizione più completa della struttura cristallina del materiale.
Segni
Tutti i 14 tipi di celle elementari hanno proprietà comuni:
- sono le strutture ripetitive più semplici in un cristallo;
- ogni centro del reticolo è composto da unoparticelle, chiamato nodo reticolare;
- I nodi cellulari sono interconnessi da linee rette che formano la geometria del cristallo;
- le facce opposte sono parallele;
- la simmetria della struttura elementare corrisponde alla simmetria dell'intero reticolo cristallino.
Nella scelta della struttura di una cella elementare, vengono seguite alcune regole. Deve avere:
- volume e area più piccoli;
- il maggior numero di spigoli e angoli identici tra loro;
- angoli retti (se possibile);
- simmetria spaziale, che riflette la simmetria dell'intero reticolo cristallino.
Volume
Il volume di una cella elementare è determinato in base alla sua forma geometrica. Per la singonia cubica, viene calcolata come la lunghezza della faccia (distanza da centro a centro degli atomi) elevata alla terza potenza. Per un sistema esagonale, il volume può essere determinato utilizzando la formula seguente:
dove a e c sono i parametri del reticolo cristallino, misurati in angstrom.
In pratica si calcolano i parametri del reticolo cristallino per poi determinare la struttura del composto, la massa di un atomo (in base al peso di un dato volume e il numero di Avogadro) o il suo raggio.
