Атомна кристалічна решітка

Будь-яка речовина в природі, як відомо, складається з більш дрібних частинок. Вони, в свою чергу, пов'язані і утворюють певну структуру, яка визначає властивості конкретної речовини.

Атомна кристалічна решітка властива твердим речовин і виникає при низьких температурах і високому тиску. Власне, саме завдяки такій будові, алмаз, метали і низка інших матеріалів набувають характерну міцність.

Будова таких речовин на молекулярному рівні виглядає, як кристалічна решітка, кожен атом в якої пов'язаний зі своїм сусідом найміцнішим з'єднанням, існуючим в природі - ковалентним зв'язком. Всі найдрібніші елементи, що утворюють структури, розташовані упорядковано і з певною періодичністю. Представляючи собою сітку, в кутах якої розташовані атоми, оточені завжди однаковим числом супутників, атомна кристалічна решітка практично не змінює своєї будови. Загальновідомо, що змінити структуру чистого металу або сплаву можна лише нагріваючи його. При цьому температура тим вище, чим міцніші зв'язки в решітці.

Іншими словами, атомна кристалічна решітка є запорукою міцності і твердості матеріалів. При цьому, однак, варто враховувати, що розташування атомів в різних речовинах також може відрізнятися, що, в свою чергу, впливає на ступінь міцності. Так, наприклад, алмаз і графіт, що мають у складі один і той же атом вуглецю, у вищій мірі відрізняються один від одного за показниками міцності: алмаз - найтвердіша речовина на Землі, графіт ж може розшаровуватися і ламатися. Справа в тому, що в кристалічній решітці графіту атоми розташовані шарами. Кожен шар нагадує бджолину соту, в якій атоми вуглецю сочленени досить слабо. Подібна будова обумовлює шарувату крошение грифелей олівця: при поломці частини графіту попросту відшаровуються. Інша справа - алмаз, кристалічна решітка якого складається з збуджених атомів вуглецю, тобто тих, що здатні утворювати 4 міцних зв'язку. Зруйнувати таке зчленування просто неможливо.

Кристалічні решітки металів, крім того, володіють певними характеристиками:

1. Період решітки - величина, що визначає відстань між центрами двох поруч розташованих атомів, вимірювана по ребру решітки. Загальноприйняте позначення не відрізняється від оного в математиці: a, b, c - довжина, ширина, висота решітки відповідно. Очевидно, що розміри фігури настільки малі, що відстань вимірюється в найменших одиницях виміру - десятої частки нанометра або ангстремах.

2. К - координаційне число. Показник, що визначає щільність упаковки атомів в рамках однієї решітки. Відповідно, щільність її тим більше, чим вище число К. За фактом ж дана цифра являє собою кількість атомів, що знаходяться якомога ближче і на рівній відстані від досліджуваного атома.

3. Базис решітки. Також величина, що характеризує щільність решітки. Являє собою загальне число атомів, які належать конкретній досліджуваної комірці.

4. Коефіцієнт компактності вимірюється шляхом підрахунку загального обсягу решітки, поділеного на той обсяг, що займають всі атоми в ній. Як і попередні дві, ця величина відображає щільність досліджуваної решітки.

Ми розглянули лише кілька речовин, яким властива атомна кристалічна решітка. Між тим, їх безліч. Незважаючи на велику різноманітність, кристалічна атомна решітка включає в себе одиниці, завжди з'єднані за допомогою ковалентного зв'язку (полярної або неполярной). Крім того, подібні речовини практично не розчиняються у воді і характеризуються низькою теплопровідністю.

У природі існує три види кристалічних решіток: кубічна об'ємно-центрована, кубічна гранецентрированная, щільноупакована гексагональная.