Структуры твердых тел

Твердые вещества классифицируются как аморфные или кристаллические на основе их трехмерной внутренней структуры. В аморфных твердых телах, таких как кварцевое стекло, отсутствует упорядоченное внутреннее расположение составляющих их частиц, тогда как в кристаллических твердых телах, таких как кварц, составляющие частицы расположены в виде трехмерной периодической пространственной укладки. Структура кристаллического твердого тела представлена элементарной ячейкой, которая является наименьшей повторяющейся единицей кристаллической структуры, и сохраняет симметрию структуры.

Общая трехмерная укладка известна как кристаллическая решетка, которая состоит из узлов решетки и векторов решетки. Векторы решетки очерчивают края элементарной ячейки, а узлы решетки могут находиться в углах, на гранях или в центре элементарной ячейки. Системы решеток определяются размерами элементарной ячейки.

Существует 7 типов решеток:кубическая, тетрагональная, орторомбическая, ромбоэдрическая, моноклинная, триклинная и гексагональная. Положения атомов в элементарной ячейке не обязательно совпадают с положениями узлов решетки. Атомная структура в элементарной ячейке или укладка часто определяется в терминах расположения атомов относительно данного узла решетки.

Число атомов в элементарной ячейке отражает эффективность упаковки твердого тела или величину его объема, занятого атомами, а не пространство между ними. Большее количество атомов в элементарной ячейке обычно соответствует более эффективной упаковке. Атомы в элементарной ячейке могут не полностью содержаться в ячейке.

Один из способов подсчитать эти частичные атомы это рассматривать каждый атом в углу как одну восьмую атома, а каждый атом на грани как половину атома. В качестве альтернативы, если элементарная ячейка имеет атом на каждом углу, один относится к элементарной ячейке, а остальные семь игнорируются. Если элементарная ячейка имеет атом на каждой из двух сторон, один относится к элементарной ячейке, а другой игнорируется.