Structuren van vaste stoffen

Vaste stoffen worden geclassificeerd als amorf of kristallijn op basis van hun driedimensionale interne structuur. Bij amorfe vaste stoffen zoals gesmolten silicaglas ontbreekt een geordende interne rangschikking van hun samenstellende deeltjes, terwijl bij kristallijne vaste stoffen zoals kwarts de samenstellende deeltjes in een zich herhalend driedimensionaal patroon door de vaste stof zijn gerangschikt. De structuur van een kristallijne vaste stof wordt weergegeven door een eenheidscel, de kleinste zich herhalende eenheid van de kristallijne structuur die de symmetrie van de structuur behoudt.

Het algehele driedimensionale patroon staat bekend als een kristalstelsel, dat is samengesteld uit roosterpunten en roostervectoren. De roostervectoren bakenen de randen van de eenheidscel af en de roosterpunten kunnen zich op de hoeken, op de vlakken of in het midden van de eenheidscel bevinden. Kristalstelsels worden bepaald door de afmetingen van de eenheidscel.

Er zijn 7 soorten kristalstelsels:kubisch, tetragonaal, orthorhombisch, rhombohedraal, monoklien, triklien en zeshoekig. De posities van de atomen in een eenheidscel zijn niet noodzakelijk dezelfde als die van de roosterpunten. Het patroon van atomen in de eenheidscel, of motief, wordt vaak gedefinieerd in termen van de locaties van de atomen ten opzichte van een bepaald roosterpunt.

Het aantal atomen in een eenheidscel weerspiegelt de verpakkingsefficiëntie van de vaste stof, of de hoeveelheid van zijn volume ingenomen door atomen in plaats van de ruimte ertussen. Een groter aantal atomen in de eenheidscel komt doorgaans overeen met een efficiëntere indeling. Atomen die aan een eenheidscel zijn toegewezen, bevinden zich mogelijk niet volledig in de cel.

Een manier om deze deelatomen te tellen, is door elk atoom op een hoek te beschouwen als een achtste van een atoom en elk atoom op een vlak als de helft van een atoom. Anderzijds, als een eenheidscel een atoom op elke hoek heeft, wordt er een toegewezen aan de eenheidscel en worden de andere zeven genegeerd. Als een eenheidscel een atoom op elk van de twee vlakken heeft, wordt er een toegewezen aan de eenheidscel en wordt de andere genegeerd.