La cèl·lula unitat de la xarxa cristal·lina serveix per descriure la microestructura dels materials. Moltes propietats físiques i químiques d'una substància depenen dels seus paràmetres: duresa, punt de fusió, conductivitat elèctrica i tèrmica, plasticitat, entre d' altres. Els tipus d'aquestes estructures elementals es van descriure ja al segle XIX. Una de les varietats és la cèl·lula primitiva. Per aïllar una cel·la unitat a l'estructura del material, s'han de complir una sèrie de condicions.
Enreixat de cristall
Tots els sòlids segons la seva estructura interna es poden classificar en dues formes: amorfs i cristal·lins. Una característica distintiva d'aquest últim és l'estructura organitzada específica de les partícules.
La xarxa cristal·lina és un model tridimensional simplificat de cristalls sòlids, que s'utilitza per analitzar les seves propietats en física, química, biologia, mineralogia i altres ciències. Exteriorment, sembla una quadrícula. Als seus nodes hi ha els àtoms de la matèria. Aquesta sèrie de punts té un ordre específic, que es repeteix regularment, específic per a cada espècie.substàncies.
Què és una cel·la unitat?
La cèl·lula unitat de la xarxa cristal·lina és la part més petita d'un sòlid que ens permet caracteritzar les seves propietats. Serveix com a base de la graella i s'hi duplica innombrables vegades.
Aquest model s'utilitza per simplificar la descripció visual de l'estructura interna dels cristalls. En aquest cas s'utilitza un sistema de 3 eixos de coordenades cristal·logràfiques, que es diferencien dels ortogonals habituals en que són segments finits d'una mida determinada. Els angles entre els eixos poden ser iguals a 90° o ser indirectes.
Si omples densament un cert volum amb cèl·lules elementals, pots obtenir un únic cristall ideal. A la pràctica, els policristalls són més comuns, que consisteixen en diverses estructures regulars limitades a l'espai.
Vistes
A la ciència, hi ha 14 tipus de cèl·lules elementals de gelosia amb una geometria única. Van ser descrits per primera vegada pel físic francès Auguste Bravais l'any 1848. Aquest científic es considera el fundador de la cristal·lografia.
Aquests tipus d'estructures elementals de la xarxa cristal·lina s'agrupen en 7 categories, anomenades singonies, en funció de la proporció de les longituds dels costats i la igu altat dels angles:
- cúbic;
- tetragonal;
- ortoròmbic;
- romboèdric;
- hexagonal;
- triclínic.
El més senzill i comú a la natura ded'ells és la primera categoria, que al seu torn es divideix en 3 tipus de gelosia:
- Cúbic simple. Totes les partícules (i poden ser àtoms, partícules carregades elèctricament o molècules) estan situades als vèrtexs del cub. Aquestes partícules són idèntiques. Cada cel·la té 1 àtom (8 vèrtexs × 1/8 àtom=1).
- Cúbic centrat en el cos. Es diferencia del model anterior perquè hi ha una partícula més al centre del cub. Cada cèl·lula té 2 àtoms de matèria.
- Cúbic centrat en la cara. Les partícules estan contingudes als vèrtexs de la cèl·lula elemental, així com al centre de totes les cares. Cada una de les cèl·lules té 4 àtoms.
Cèl·lula primitiva
Una cèl·lula elemental s'anomena primitiva si les seves partícules només es troben als vèrtexs de la gelosia i estan absents en altres llocs. El seu volum és mínim en comparació amb altres tipus. A la pràctica, sovint resulta ser poc simètric (un exemple és la cèl·lula Wigner-Seitz).
Per a les cèl·lules no primitives, l'àtom del centre del volum les divideix en 2 o 4 parts idèntiques. A l'estructura centrada en la cara, hi ha una divisió en 8 parts. En metalografia, s'utilitza el concepte de cèl·lula elemental en lloc de primitiva, ja que la simetria de la primera cel·la permet una descripció més completa de l'estructura cristal·lina del material.
Signes
Els 14 tipus de cèl·lules elementals tenen propietats comunes:
- són les estructures que es repeteixen més simples en un cristall;
- cada centre de gelosia consta d'unpartícules, anomenades node de gelosia;
- els nodes de cèl·lules estan interconnectats per línies rectes que formen la geometria del cristall;
- cares oposades són paral·leles;
- la simetria de l'estructura elemental correspon a la simetria de tota la xarxa cristal·lina.
Quan s'escull l'estructura d'una cel·la elemental, se segueixen algunes regles. Ha de tenir:
- volum i àrea més petits;
- el nombre més gran d'arestes i angles idèntics entre ells;
- angles rectes (si és possible);
- simetria espacial, que reflecteix la simetria de tota la xarxa cristal·lina.
Volum
El volum d'una cel·la elemental es determina en funció de la seva forma geomètrica. Per a la singonia cúbica, es calcula com la longitud de la cara (distància centre a centre dels àtoms) elevada a la tercera potència. Per a un sistema hexagonal, el volum es pot determinar mitjançant la fórmula següent:
on a i c són els paràmetres de la xarxa cristal·lina, mesurats en angstroms.
A la pràctica, es calculen els paràmetres de la xarxa cristal·lina per tal de determinar posteriorment l'estructura del compost, la massa d'un àtom (en funció del pes d'un determinat volum i el nombre d'Avogadro) o el seu radi.
