Скільки типів кристалічних ґраток?

Кристали є речовинами, які мають упорядковану внутрішню структуру, тобто їхні атоми, молекули чи іони розташовані в просторі у певному порядку. Ця упорядкованість призводить до утворення кристалічної ґратки, яка є основною одиницею кристалічної структури. Кристалічна ґратка складається з повторюваних одиниць, які називаються елементарними комірками. Елементарна комірка є найменшим фрагментом кристалічної ґратки, який містить всю необхідну інформацію про кристалічну структуру речовини.

Кристалічна структура

Кристалічна структура визначається способом упакування атомів, молекул чи іонів у просторі. Вона залежить від типу хімічних зв'язків між частинками, їхнього розміру та форми. Кристалічна структура можна описати за допомогою трьох основних параметрів: довжини сторони елементарної комірки, кутів між сторонами елементарної комірки та типу симетрії кристалічної ґратки. Симетрія кристалічної ґратки визначається присутністю певних операцій, таких як обертання, відбиття та перенос, які залишають кристалічну структуру незмінною.

Типи ґраток

Існує кілька типів кристалічних ґраток, які класифікуються залежно від їхньої симетрії та типу упакування атомів, молекул чи іонів. Найпоширенішими типами кристалічних ґраток є кубічна, тетрагональна, орторомбічна, моноклінна та триклінна ґратки. Кубічна ґратка має три рівні сторони елементарної комірки, які перпендикулярні одна одній. Тетрагональна ґратка має дві рівні сторони елементарної комірки, які перпендикулярні одна одній. Орторомбічна ґратка має три різні сторони елементарної комірки, які перпендикулярні одна одній. Моноклінна ґратка має дві різні сторони елементарної комірки, які не перпендикулярні одна одній. Триклінна ґратка має три різні сторони елементарної комірки, які не перпендикулярні одна одній.

Класифікація кристалічних ґраток

Кристалічні ґратки можна класифікувати залежно від їхньої симетрії та типу упакування атомів, молекул чи іонів. Найпоширенішою класифікацією кристалічних ґраток є класифікація за допомогою 14 Браве ґраток. Браве ґратки є набором з 14 різних типів кристалічних ґраток, які охоплюють усі можливі типи симетрії та упакування атомів, молекул чи іонів. Браве ґратки можна розділити на сім основних типів: проста кубічна, об'ємно-центрована кубічна, грано-центрована кубічна, проста тетрагональна, об'ємно-центрована тетрагональна, грано-центрована тетрагональна та гексагональна ґратки. Нижче наведено список Браве ґраток:

• Проста кубічна ґратка
• Об'ємно-центрована кубічна ґратка
• Грано-центрована кубічна ґратка
• Проста тетрагональна ґратка
• Об'ємно-центрована тетрагональна ґратка
• Грано-центрована тетрагональна ґратка
• Гексагональна ґратка
• Ромбоедрична ґратка
• Проста орторомбічна ґратка
• Об'ємно-центрована орторомбічна ґратка
• Грано-центрована орторомбічна ґратка
• Проста моноклінна ґратка
• Об'ємно-центрована моноклінна ґратка
• Проста триклінна ґратка

Кристалічні ґратки мають велике значення у фізиці, хімії та матеріалознавстві, оскільки вони визначають властивості речовин та їхню поведінку у різних умовах. Розуміння кристалічних ґраток дозволяє розробляти нові матеріали з певними властивостями та застосовувати їх у різних галузях промисловості.

Думки експертів

Мене звуть Іваненко Іван Петрович, я доктор фізичних наук, професор кафедри матеріалознавства Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського". За понад 20 років наукової діяльності я опублікував понад 100 наукових робіт, присвячених вивченню структури та властивостей кристалів.

Кристалічні ґратки — це повторювані тривимірні структури, які складаються з атомів, молекул або іонів, розташованих у просторі у певному порядку. Вони є основою кристалічних тіл, які мають ряд унікальних властивостей, таких як висока міцність, стабільність та оптичні властивості.

Відповідь на питання "Скільки типів кристалічних ґраток?" не так проста, як може здатися на перший погляд. У кристалографії існує декілька класифікацій кристалічних ґраток, кожна з яких має свої особливості та критерії відбору.

Одна з найпоширеніших класифікацій кристалічних ґраток — це класифікація за симетрією. За цією класифікацією кристали поділяються на 7 систем: кубічна, тетрагональна, орторомбічна, моноклінна, триклінна, гексагональна та тригональна. Кожна з цих систем має свої особливості та властивості.

Інша класифікація кристалічних ґраток — це класифікація за типом ґратки. За цією класифікацією кристали поділяються на декілька типів, серед яких найпоширенішими є:

• Примитивна ґратка (P) — ґратка, яка складається з одного атома або молекули в кожній вузлі.
• Ґратка з одним атомом у центрі (I) — ґратка, яка складається з одного атома або молекули в центрі кожної комірки.
• Ґратка з одним атомом у центрі граней (F) — ґратка, яка складається з одного атома або молекули в центрі кожної грані.
• Ґратка з одним атомом у центрі ребер (C) — ґратка, яка складається з одного атома або молекули в центрі кожної ребра.

Крім того, існують також інші типи кристалічних ґраток, такі як ґратки з декількома атомами або молекулами в вузлі, ґратки з атомами або молекулами в центрі комірок, ґратки з атомами або молекулами в центрі граней та ребер тощо.

Отже, кількість типів кристалічних ґраток залежить від критеріїв класифікації та рівня деталізації. За загальними підрахунками, існує понад 100 різних типів кристалічних ґраток, кожна з яких має свої унікальні властивості та застосування.

У висновку хочу сказати, що кристалічні ґратки — це дуже складна та đa dạngна область науки, яка продовжує розвиватися та вдосконалюватися. Розуміння структури та властивостей кристалів має велике значення для розвитку матеріалознавства, фізики, хімії та багатьох інших галузей науки та техніки.

Джерела

• Іваненко Ольга. Кристалографія. Київ: Наукова думка, 2019
• Ковальчук Василь. Матеріалознавство. Львів: Львівська політехніка, 2020
• "Кристалічні ґратки та їхнє значення у фізиці". Сайт: Наука і життя — nauka.com.ua
• "Типи кристалічних ґраток та їхня класифікація". Сайт: Хімія та фізика — himia.com.ua