Структура и структурный тип

Основные понятия кристаллографии

Структура и структурный тип

Кристаллография изучает строение твердых тел в кристаллическом состоянии. Характерной особенностью этого состояния является правильное внутреннее строение кристаллов, которое часто проявляется в правильности форм и симметрии их внешней огранки. С помощью рентгеновских лучей впервые удалось изучить закономерности расположения частиц и измерить межатомные расстояния в различных кристаллах. Широко используется представление о кристалле как о бесконечной решетке, в узлах которой располагаются атомы или ионы. Такую решетку называют структурной решеткой или структурой. Структурная решетка может быть определена некоторым элементом ее объема - элементарной ячейкой, переносом которой можно получить всю систему.

Элементарная ячейка структуры дает представление о взаимном расположении в пространстве конкретных материальных частиц - атомов и ионов. Например, на рис.1.1 дана элементарная ячейка структуры типичного ионного кристалла NaCl. Она представляет из себя куб с параметром a=5,64 Å. В такой ячейке можно рассчитать расстояния между всеми интересующими нас частицами.

Изучение различных кристаллических структур показывает, что структурные ячейки некоторых веществ и соединений очень похожи, а именно они одинаковы по расположению в них материальных частиц с точностью до подобия (в других сингониях обязательно сохранение симметрии), хотя и отличаются величиной параметров.

Например, в кристаллах LiF (a = 4,02 Å), KСl (a =6,29 Å), LiBr (a = 5,05 Å), NaBr (a = 5,97 Å), а также целого ряда других ионных соединений, расположение ионов точно такое же, как и у хлористого натрия (рис.1.1). В связи с этим все такие кристаллы объединяют в один структурный тип.

Рис.1.1. Структурная решетка хлористого натрия.

Каждый структурный тип получает название по одному из входящих в него веществ, например, “структурный тип NaCl”. Понятие структурного типа удобно в тех случаях, когда нас интересуют не абсолютные размеры ячейки, а взаимное расположение в ней материальных частиц.

Для характеристики закономерностей расположения атомов (ионов) в структуре кристалла в кристаллографии широко используется также понятие пространственной решетки. Она строится на основе реальной структуры. Для понимания этого рассмотрим элементы симметрии, присущие кристаллическим структурам.