A célula unitária da rede cristalina serve para descrever a microestrutura dos materiais. Muitas propriedades físicas e químicas de uma substância dependem de seus parâmetros: dureza, ponto de fusão, condutividade elétrica e térmica, plasticidade e outros. Os tipos dessas estruturas elementares foram descritos já no século XIX. Uma das variedades é a célula primitiva. Para isolar uma célula unitária na estrutura do material, várias condições devem ser atendidas.
Rede de cristal
Todos os sólidos de acordo com sua estrutura interna podem ser classificados em duas formas: amorfos e cristalinos. Uma característica distintiva deste último é a estrutura organizada específica das partículas.
Rede cristalina é um modelo tridimensional simplificado de cristais sólidos, que é usado para analisar suas propriedades em física, química, biologia, mineralogia e outras ciências. Externamente, parece uma grade. Em seus nós estão os átomos da matéria. Este conjunto de pontos tem uma ordem específica, que se repete regularmente, específica para cada espécie.substâncias.
O que é uma célula unitária?
A célula unitária da rede cristalina é a menor parte de um sólido que permite caracterizar suas propriedades. Ele serve como base da grade e é duplicado nela inúmeras vezes.
Este modelo é usado para simplificar a descrição visual da estrutura interna dos cristais. Neste caso, é utilizado um sistema de 3 eixos de coordenadas cristalográficas, que diferem dos ortogonais usuais por serem segmentos finitos de um determinado tamanho. Os ângulos entre os eixos podem ser iguais a 90° ou ser indiretos.
Se você preencher densamente um certo volume com células elementares, você pode obter um único cristal ideal. Na prática, os policristais são mais comuns, consistindo em várias estruturas regulares limitadas no espaço.
Visualizações
Na ciência, existem 14 tipos de células elementares de reticulados com uma geometria única. Eles foram descritos pela primeira vez pelo físico francês Auguste Bravais em 1848. Este cientista é considerado o fundador da cristalografia.
Esses tipos de estruturas elementares da rede cristalina são agrupados em 7 categorias, chamadas singonias, dependendo da razão entre os comprimentos dos lados e a igualdade dos ângulos:
- cúbico;
- tetragonal;
- ortorrômbico;
- romboédrico;
- hexagonal;
- triclínica.
O mais simples e comum na natureza dedeles é a primeira categoria, que por sua vez é dividida em 3 tipos de reticulados:
- Cúbico simples. Todas as partículas (e podem ser átomos, partículas eletricamente carregadas ou moléculas) estão localizadas nos vértices do cubo. Essas partículas são idênticas. Cada célula tem 1 átomo (8 vértices × 1/8 átomo=1).
- Cúbico centrado no corpo. Difere do modelo anterior porque há mais uma partícula no centro do cubo. Cada célula tem 2 átomos de matéria.
- Cúbica de face centrada. As partículas estão contidas nos vértices da célula elementar, bem como no centro de todas as faces. Cada uma das células tem 4 átomos.
Célula primitiva
Uma célula elementar é chamada de primitiva se suas partículas estão localizadas apenas nos vértices da rede e estão ausentes em outros lugares. Seu volume é mínimo em comparação com outros tipos. Na prática, muitas vezes acaba sendo de baixa simetria (um exemplo é a célula de Wigner-Seitz).
Para células não primitivas, o átomo no centro do volume as divide em 2 ou 4 partes idênticas. Na estrutura centrada na face, há uma divisão em 8 partes. Na metalografia, utiliza-se o conceito de célula elementar ao invés de primitiva, pois a simetria da primeira célula permite uma descrição mais completa da estrutura cristalina do material.
Sinais
Todos os 14 tipos de células elementares têm propriedades comuns:
- são as estruturas de repetição mais simples em um cristal;
- cada centro da rede consiste em umpartículas, chamadas de nó de rede;
- nós de células são interconectados por linhas retas que formam a geometria do cristal;
- faces opostas são paralelas;
- a simetria da estrutura elementar corresponde à simetria de toda a rede cristalina.
Ao escolher a estrutura de uma célula elementar, algumas regras são seguidas. Ela deve ter:
- menor volume e área;
- o maior número de arestas e ângulos idênticos entre elas;
- ângulos retos (se possível);
- simetria espacial, refletindo a simetria de toda a rede cristalina.
Volume
O volume de uma célula elementar é determinado dependendo de sua forma geométrica. Para a singonia cúbica, ela é calculada como o comprimento da face (distância de centro a centro dos átomos) elevado à terceira potência. Para um sistema hexagonal, o volume pode ser determinado usando a fórmula abaixo:
onde a e c são os parâmetros da rede cristalina, medidos em angstroms.
Na prática, os parâmetros da rede cristalina são calculados para posteriormente determinar a estrutura do composto, a massa de um átomo (com base no peso de um determinado volume e o número de Avogadro) ou seu raio.
