Кристалічна структура твердих тіл

Кристалічні речовини – це тверді тіла, у яких структура розміщення частинок речовини характеризується впорядкованістю й періодичністю. У кристалічній структурі є ближній і дальній порядок розміщення складових частинок (атомів, іонів, молекул).

Будову кристала описують моделлю кристалічної ґратки яка складається з безкінечних рядів плоских мікроскопічних вузлуватих ґрат.
Кристалічна ґратка – це просторова регулярна структура у вузлах якої на перетині напрямків розміщені однотипні частинки, що формують кристал.
Головним структурним елементом кристалічної ґратки є елементарна чарунка (рис. Д1.1), яка несе в собі всі елементи симетрії кристалу.

Рис.Д1.1. Елементарна чарунка та її основні параметри:
І, ІІ, ІІІ – кристалографічні напрямки; а, в, с, – довжини ребер; α, β, γ, – кути між ребрами; A_i – окремий (довільний) вузол кристалічної ґратки.

Елементарною чарункою кристалічної ґратки називають найменший за об’ємом паралелепіпед у кристалічній ґратці, паралельним переміщенням якого можна створити весь кристал.

Рис.Д1.2. Зображення елементарних чарунок: а) кубічної об’ємноцентрованої;
б) кубічної гранецентрованої; в) гексагональної щільної (щільноупакованої).

Вид ґраток кристалу залежить від геометричних співвідношень між довжинами ребер а, в, с і кутами між ними α, β, γ;, а також від типу елементарних чарунок. Типи елементарних чарунок: Р – примітивна, атоми розміщаються тільки в кутах паралелепіпеда; F – гранецентрована, атоми розміщаються в кутах й у центрі всіх граней; I - об'ємноцентрована, атоми розміщаються в кутах й у центрі паралелепіпеда; С – базоцентрована, атоми розміщаються в кутах й у центрі 2 протилежних граней. Можливо всього 14 основних типів просторових ґраток. Ці ґратки називають ґратками Браве. Усі просторові ґратки ділять на 7 груп (або 7 сингоній чи сукуть) за співвідношенням довжин ребер та величинами кутів між ними.

Для позначення основних кристалографічних площин та кристалографічних напрямків у кристалі використовують спеціальні індекси Міллера (рис. Д1.3). Це найменші цілі числа, величини яких обернено пропорційні відрізкам, які відсікає грань на осях координат.

Рис.Д1.3. Приклади позначення основних кристалографічних площин (а, б, в) та кристалографічних напрямків (г) у кубічному кристалі з допомогою індексів Міллера.

Символи грані (кристалографічної площини) записуються як (hkl), сукупність однотипних площин – {hkl}. Символи кристалографічних напрямків записуються як [hkl], а сукупність однотипних напрямків позначається як < hkl >.