Строение кристаллов

Глава 7. ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ

§1. Кристаллы

Строение кристаллов

Твердое состояние вещества характеризуется состоянием взаимного расположения атомов.

По этому признаку различаются кристаллические и аморфные вещества.

Большинство твердых тел обнаруживают кристаллическую структуру. Для такой структуры характерно периодическое расположение атомов вдоль любого направления, т.е. наличие кристаллической решетки, в узлах которой находятся атомы. Иными словами для кристаллов характерно наличие дальнего порядка в расположении атомов. Для аморфного состояния характерно наличие ближнего порядка в расположении атомов (т.е. расположение соседних атомов вблизи данного атома сохраняется от атома к атому) и отсутствие дальнего порядка.

В кристалле можно выделить элементарную ячейку, периодическим повторением которой строится весь кристалл. Она задается тремя векторами (базисными векторами) и углами α, β, γ между ними. В общем случае элементарная ячейка – параллелепипед (рис. 41)

Линейный размер ячейки близок к диаметру атома (~ 10^-10 м).

Объем V₀ элементарной ячейки:

. (1)

Длины ребер называются периодами идентичности кристалла.

Плотность ρ кристалла:

, (2)

где М – масса атомов, находящихся в элементарной ячейке.

Самая простая модель кристалла — шарики, плотно упакованные в ящике. Есть кристаллические решетки, которые так и называются плотноупакованными.

Структуру кристалла, т. е. расположение атомов в кристалле можно определить методами дифракции рентгеновских лучей, электронов, нейтронов.

Периодическое расположение атомов в пространстве обусловливает возможность их строгой классификации, основанной на перечислении их типов симметрии. Симметрия кристалла – это набор операций, после мысленного проведения которых, кристалл переходит сам в себя. Это — повороты вокруг осей, отражения в плоскостях, плоскости зеркального скольжения, трансляции (переносы).

Все возможные типы симметрии структур кристаллических решеток были определены русским кристаллографом Е.С.Федоровым в конце XIX в. Всего имеется 230 типов симметрии кристаллических решеток.

Крупные кристаллы, имеющие форму правильных многогранников, называются монокристаллами. Их форма определяется химическим составом кристалла.

Поликристаллы состоят из большого числа сросшихся мелких хаотически расположенных монокристаллов.