Будова кристалів. Фізичні типи ґраток

Розміщення частинок у просторі, яке характеризується періодичністю повторень в трьох вимірах, називається кристалічною ґраткою. Точки, в яких розміщуються частинки (ними можуть бути атоми, молекули й іони), називаються вузлами кристалічної гратки. Відносно таких точок в кристалі здійснюються нульові й теплові коливання.

Всі тверді тіла, які мають кристалічну структуру, можуть бути або монокристалічними, або полікристалічними. Характерною особливістю монокристалів є їх анізотропність, тобто залежність багатьох фізичних властивостей від напрямку в кристалах. В певній мірі причиною анізотропних властивостей може бути різне число частинок на одиницю довжини в різних напрямках кристала (рис. 2.33).

Рис. 2.33

Тіла, фізичні властивості яких не залежать від напрямку, називаються ізотропними. Монокристали є анізотропними принаймні до деяких фізичних властивостей. Полікристали при звичайних умовах завжди ізотропні. Проте відповідними зовнішніми діями ізотропний кристал можна наділити анізотропними властивостями. Такими діями можуть бути механічна деформація, сильне електричне поле або сильне магнетне поле, тощо.

Згідно з сучасними уявленнями між структурними складовими в кристалах можуть існувати чотири типи зв¢язку: ковалентний, металевий, іонний і вандервальсівський. З цих причин всі кристали можна поділити на атомні, іонні, металеві і молекулярні кристали. Прикладами таких кристалів можуть бути: кухонна сіль NaCl – іоннийкристал; кристали алмазу, сірки – атомні кристали; метали в чистому вигляді – металеві кристали; тверді кристали CO₂, O_2, N₂ – молекулярні кристали.

За досліджуваннями видатного російського кристалографа Федорова кристалічній гратці відповідають 230 комбінацій елементів симетрії, або 230 просторових груп. Однак будь-яка складна просторова ґратка, за дослідженнями французького кристалографа Браве, може бути складена повторенням в різних напрямках одного і того ж структурного елемента, який називають елементарною ґраткою.

Дослідження Браве показали, що для пояснення різноманітності кристалічних ґраток достатньо всього сім типів елементарних ґраток. З урахуванням центрування граней і об¢ємів граток Браве появились додатково ще сім нових типів ґраток. Всього на сьогодні існує 14 типів ґраток Браве, розподілених по семи кристалічних системах.

Елементарна кристалічна ґратка має форму паралелепіпеда, який побудований на ребрах а, b, c з кутами між ними a, b і g, що називаються параметрами ґратки (рис.34). Елементарні кристалічні ґратки діляться на:

· Кубічна ґратка a=b=c; a=b=g=90⁰;

· Гексагональна ґратка a=b¹c; a=b¹g; a=b=90⁰; g=60^0;

· Ромбоедрична ґратка a=b=c; a=b=g¹90⁰;

· Тетрагональна ґратка a=b¹c; a=b=g=90⁰;

· Ромбічна ґратка a¹b¹c; a=b=g=90⁰;

· Моноклінна ґратка a¹b¹c; a=b=90⁰¹g;

· Триклинна ґратка a¹b¹c; a¹b¹g;

Рис. 2.34