La cellule unitaire du réseau cristallin sert à décrire la microstructure des matériaux. De nombreuses propriétés physiques et chimiques d'une substance dépendent de ses paramètres: dureté, point de fusion, conductivité électrique et thermique, plasticité, etc. Les types de ces structures élémentaires ont été décrits dès le XIXe siècle. L'une des variétés est la cellule primitive. Pour isoler une cellule unitaire dans la structure matérielle, un certain nombre de conditions doivent être remplies.
Réseau cristallin
Tous les solides selon leur structure interne peuvent être classés en deux formes: amorphe et cristalline. Une caractéristique distinctive de ce dernier est la structure organisée spécifique des particules.
Le réseau cristallin est un modèle tridimensionnel simplifié de cristaux solides, qui est utilisé pour analyser leurs propriétés en physique, chimie, biologie, minéralogie et autres sciences. Extérieurement, cela ressemble à une grille. À ses nœuds se trouvent les atomes de matière. Ce tableau de points a un ordre spécifique, se répétant régulièrement, propre à chaque espèce.substances.
Qu'est-ce qu'une cellule unitaire ?
La cellule unitaire du réseau cristallin est la plus petite partie d'un solide qui nous permet de caractériser ses propriétés. Il sert de base à la grille et y est dupliqué un nombre incalculable de fois.
Ce modèle est utilisé pour simplifier la description visuelle de la structure interne des cristaux. Dans ce cas, on utilise un système de 3 axes de coordonnées cristallographiques, qui diffèrent des axes orthogonaux habituels en ce qu'il s'agit de segments finis d'une certaine taille. Les angles entre les axes peuvent être égaux à 90° ou indirects.
Si vous remplissez densément un certain volume de cellules élémentaires, vous pouvez obtenir un monocristal idéal. En pratique, les polycristaux sont plus courants, constitués de plusieurs structures régulières limitées dans l'espace.
Vues
En science, il existe 14 types de cellules élémentaires de réseaux avec une géométrie unique. Ils ont été décrits pour la première fois par le physicien français Auguste Bravais en 1848. Ce scientifique est considéré comme le fondateur de la cristallographie.
Ces types de structures élémentaires du réseau cristallin sont regroupés en 7 catégories, appelées syngonies, selon le rapport des longueurs des côtés et l'égalité des angles:
- cubique;
- tetragonal;
- orthorhombique;
- rhomboèdre;
- hexagonal;
- triclinique.
La nature la plus simple et la plus courante ded'entre eux est la première catégorie, qui à son tour est divisée en 3 types de réseaux:
- Cube simple. Toutes les particules (et elles peuvent être des atomes, des particules chargées électriquement ou des molécules) sont situées aux sommets du cube. Ces particules sont identiques. Chaque cellule a 1 atome (8 sommets × 1/8 atome=1).
- Cubique centré sur le corps. Il diffère du modèle précédent en ce qu'il y a une particule de plus au centre du cube. Chaque cellule contient 2 atomes de matière.
- Cubique à faces centrées. Les particules sont contenues dans les sommets de la cellule élémentaire, ainsi qu'au centre de toutes les faces. Chacune des cellules a 4 atomes.
Cellule primitive
Une cellule élémentaire est dite primitive si ses particules ne sont situées qu'aux sommets du réseau et sont absentes ailleurs. Son volume est minime par rapport aux autres types. En pratique, il s'avère souvent être à faible symétrie (un exemple est la cellule de Wigner-Seitz).
Pour les cellules non primitives, l'atome au centre du volume les divise en 2 ou 4 parties identiques. Dans la structure face centrée, il y a une division en 8 parties. En métallographie, on utilise le concept de cellule élémentaire plutôt que primitive, puisque la symétrie de la première cellule permet une description plus complète de la structure cristalline du matériau.
Panneaux
Les 14 types de cellules élémentaires ont des propriétés communes:
- ce sont les structures répétitives les plus simples dans un cristal;
- chaque centre de réseau se compose d'unparticules, appelées le nœud du réseau;
- les nœuds des cellules sont reliés entre eux par des lignes droites qui forment la géométrie du cristal;
- les faces opposées sont parallèles;
- la symétrie de la structure élémentaire correspond à la symétrie de l'ensemble du réseau cristallin.
Lors du choix de la structure d'une cellule élémentaire, certaines règles sont suivies. Elle doit avoir:
- plus petit volume et surface;
- le plus grand nombre d'arêtes et d'angles identiques entre eux;
- angles droits (si possible);
- symétrie spatiale, reflétant la symétrie de l'ensemble du réseau cristallin.
Volume
Le volume d'une cellule élémentaire est déterminé en fonction de sa forme géométrique. Pour la syngonie cubique, elle est calculée comme la longueur de la face (distance centre à centre des atomes) élevée à la troisième puissance. Pour un système hexagonal, le volume peut être déterminé à l'aide de la formule ci-dessous:
où a et c sont les paramètres du réseau cristallin, mesurés en angströms.
En pratique, les paramètres du réseau cristallin sont calculés afin de déterminer ultérieurement la structure du composé, la masse d'un atome (basée sur le poids d'un volume donné et le nombre d'Avogadro) ou son rayon.
