Strukturen fester Körper

Festkörper werden aufgrund ihrer dreidimensionalen inneren Struktur entweder als amorph oder kristallin klassifiziert.

Bei amorphen Festkörpern wie Quarzglas fehlt eine geordnete innere Anordnung ihrer Partikel, während bei kristallinen Festkörpern wie Quarz die Partikel in einem sich wiederholenden dreidimensionalen Muster im gesamten Festkörper angeordnet sind.

Die Struktur eines kristallinen Festkörpers wird durch eine Elementarzelle dargestellt, die die kleinste sich wiederholende Einheit der kristallinen Struktur darstellt, die die Symmetrie der Struktur beibehält.

Das gesamte dreidimensionale Muster wird als Kristallgitter bezeichnet, das aus Gitterpunkten und Gittervektoren besteht. Die Gittervektoren grenzen die Kanten der Elementarzelle ab, und die Gitterpunkte können sich an den Ecken, an den Flächen oder in der Mitte der Elementarzelle befinden.

Gittersysteme werden durch die Abmessungen der Elementarzelle definiert. Es gibt 7 Arten von Gittersystemen: kubisch, tetragonal, orthorhombisch, rhomboedrisch, monoklistisch, triklin und hexagonal.

Die Positionen der Atome in einer Elementarzelle sind nicht unbedingt die gleichen wie die der Gitterpunkte. Das Muster der Atome in der Elementarzelle oder dem Motiv wird oft in Bezug auf die Positionen der Atome relativ zu einem bestimmten Gitterpunkt definiert.

Die Anzahl der Atome in einer Elementarzelle spiegelt die Packungseffizienz des Festkörpers wider, d. h. die Menge seines Volumens, die von Atomen eingenommen wird, und nicht den Raum zwischen ihnen. Eine höhere Anzahl von Atomen in der Elementarzelle entspricht in der Regel einer effizienteren Packung.

Atome, die einer Elementarzelle zugeordnet sind, dürfen nicht vollständig in der Zelle enthalten sein. Eine Möglichkeit, diese Teilatome zu zählen, besteht darin, jedes Atom an einer Ecke als ein Achtel eines Atoms und jedes Atom auf einer Fläche als die Hälfte eines Atoms zu betrachten.

Wenn eine Elementarzelle an jeder Ecke ein Atom hat, wird der Elementarzelle eines zugewiesen und die anderen sieben werden ignoriert. Wenn eine Elementarzelle auf jeder der beiden Flächen ein Atom hat, wird die eine der Elementarzelle zugewiesen und die andere ignoriert.