위의 내용을 통해 "결정 구조"의 개념에 대해 다음과 같은 정의를 내릴 수 있습니다. 결정 구조는 결정 격자를 형성하는 공간 내 엄격하게 정의된 지점에 입자가 규칙적으로 배열되어 있는 구조입니다. 이 순서를 통해 우리는 고체 상태의 구조와 결정체의 상호 작용력의 특성과 관련된 현상을 실험적으로 이론적으로 완전히 연구할 수 있습니다.

각 크리스탈에는 특성이 있습니다. 이방성그리고 액체 상태로의 뚜렷한 전이 온도. 결정은 입자 배열의 외부 대칭을 특징으로 하며 이는 중심, 축 및 대칭면의 세 가지 대칭 요소의 존재로 표현됩니다. 대칭 중심 -결정의 외부 표면을 연결하는 모든 직선을 반으로 나누는 점으로 어떤 방향으로든 통과하여 그려집니다. 대칭면거울 이미지에 대한 물체처럼 크리스탈을 서로 관련된 두 부분으로 나눕니다. 대칭축- 특정 각도만큼 회전하면 새 위치가 이전 위치와 완전히 일치하는 선입니다. 대칭 요소가 많을수록 결정의 외부 대칭성이 높아집니다. 완벽하게 대칭인 도형은 공입니다.

현재 대칭 요소(계통)의 조합에 의한 다양한 결정 형태는 정방형(입방형), 삼각형, 육각형, 정방형, 마름모형, 단사정형 및 삼사정형의 7가지 유형으로 축소됩니다. 표 3.2. 시스템에 따른 결정의 분류가 제공됩니다.

표 3.2. 시스템 별 결정 분류

하부 시스템의 결정은 대칭성이 덜한 것이 특징입니다. 더 높은 범주의 계의 결정은 더 완벽한 결정 격자 모양을 가지므로 특정 존재 조건에서 더 안정적입니다.

결정 상태의 많은 물질은 다음과 같은 특징을 갖습니다. 다형성, 즉. 서로 다른 특성을 지닌 여러 결정 구조의 형태로 존재하는 물질의 능력. 단순 물질의 다형성을 호출합니다. 동소체. 탄소(다이아몬드, 흑연), 석영(α-석영, β-석영), 철, 텅스텐 등의 다형성 변형이 알려져 있습니다.

두 가지 다른 물질이 동일한 결정 구조, 유사한 화학식을 가지며 구성 입자의 크기가 크게 다르지 않으면 혼합 결정을 형성할 수 있습니다. 이러한 물질을 동형(isomorphic)이라고 하며, 혼합 결정을 형성하는 능력을 동형(isomorphism)이라고 합니다. 예: 카올리나이트 Al 2 O 3 결정은 구성과 구조가 유사하지만 특성이 다릅니다. 2SiO2. 2H 2 O, 납석 Al 2 O 3. 4SiO2. 2H 2 O 및 몬모릴로나이트 Al 2 O 3. 4SiO2. 3H2O.

진짜 크리스탈. 실제 활동에서 우리는 결정 성장의 평형 조건 변화, 결정화 중 불순물 포획 및 하에서 형성된 결정 격자의 교란(결함)으로 인해 이상적인 결정과 다른 실제 결정을 다룹니다. 다양한 종류의 외부 영향의 영향.

비정질 구조

비정질 구조는 고체의 물리적 상태 중 하나이며, 비정질 물질은 두 가지 특징을 가지고 있습니다. 첫째, 정상적인 조건에서 이러한 물질의 특성은 선택한 방향에 의존하지 않습니다. 그들 - 등방성. 둘째, 온도가 증가함에 따라 비정질 물질은 부드러워지고 점차적으로 액체 상태로 변합니다. 정확한 녹는점은 알 수 없습니다.

물질의 결정질 및 비정질 상태에 공통적으로 나타나는 점은 입자의 병진 운동이 없고 평형 위치 주변의 진동 운동만 보존된다는 것입니다. 그들 사이의 차이점은 결정에 기하학적으로 규칙적인 격자가 존재하고 비정질 물질의 원자 배열에 장거리 질서가 없다는 것입니다.

물질의 비정질 상태는 결정질 상태에 비해 항상 덜 안정적이며 내부 에너지가 과잉 공급됩니다. 이와 관련하여 특정 조건 하에서 비정질 상태에서 결정질 상태로의 전이가 자발적으로 발생합니다.

무정형 상태의 고체는 두 가지 방법으로 얻을 수 있습니다. 첫 번째 방법은 주로 이온 및 공유 구조의 결정질 물질 용융물을 급속 냉각시키는 것입니다. 이러한 비정질체의 대표적인 예로는 규산염 유리, 역청, 수지 등이 있습니다.

두 번째 방법은 결정구조의 분산이다. 결정체의 분산 결과, 무정형 분산체가 콜로이드 및 용액 형태로 형성됩니다. 붕괴 또는 응축을 통해 분산은 응집 상태를 변경합니다. 예를 들어, 과포화 용액은 겔화되어 중합체를 형성하거나 결정화될 수 있습니다.

비정질 물질은 비트로이드(유리), 분산 시스템 및 폴리머로 구분됩니다.

비트로이드- 유리질 구조를 갖는 무정형 상태의 고체입니다. 이미 언급한 바와 같이 유리는 주로 규산염 용융물을 급속 냉각하여 형성됩니다. 급속 냉각으로 인해 정돈된 구조가 생성되지 않습니다. 특히 분자의 부피가 크고 냉각 속도가 빠른 경우에는 더욱 그렇습니다.

강의 10

고체의 구조. 결정 구조를 기술하는 원리

우리 주변의 대부분의 물질은 고체 상태입니다. 일부 고체는 빛나고 차가우면 변형될 수 있습니다. 궤조다른 것들은 규칙적인 결정면과 투명한 벽개면을 가진 결정이며, 그 중 일부는 다음과 같이 분류됩니다. 염류,또는 이온 결정,그리고 일부는 공유 결정.다른 많은 고체는 무르며 응축된 가스 분자의 많은 특성을 유지합니다. 이것은 분자 결정입니다.

관찰된 고체의 결정 구조(단위 셀에 있는 원자의 배열)는 원자 중심 좌표의 함수로서 시스템의 최소 에너지 위치에 의해 결정됩니다. 일반적으로 이러한 최소화에는 가능한 원자 위치 집합에 대한 양자 화학 계산이 필요하므로 다소 복잡한 수학적 절차입니다. 그러나 많은 경우(순수한 이온, 반 데르 발스 또는 금속 결정에서 원자 간 상호 작용의 방향이 없는 불포화 힘이 있는 경우) 원자를 특정 조건을 가진 단단한 공으로 간주하면 결정 구조에 대한 설명이 상당히 단순화될 수 있습니다. (주어진 유형의 원자간 상호작용에 대해 주어진 전하 상태에서 주어진 원자의 특성) 반경. 앞서 설명한 것처럼 명백한 근사치에도 불구하고 이온 결합과 반 데르 발스 결합이 있는 결정에 대한 이러한 접근 방식은 원자가 전자 껍질이 눈에 띄게 겹쳐지는 상태로 서로 접근할 때 상호 반발 에너지가 급격히 증가함으로써 정당화될 수 있습니다. 원자간 거리가 멀면 이 에너지가 작습니다.

액체 및 기체와 달리 고체는 전단 변형에 대한 저항성을 갖고 있어 외부 힘의 영향을 받아도 물질의 모양이 유지됩니다. 이 특징은 고체를 구성하는 입자(원자, 분자 또는 이온)의 정렬된 배열로 이어지는 원자간 상호작용의 장거리 특성과 밀접하게 관련되어 있습니다. 최대 주문 정도 - 장거리 주문즉, 고체의 어느 지점에서든 입자의 정확한 배열이 엄격하게 주기적으로 반복되는 것은 결정에서 실현되는 반면, 무정형 고체는 단지 특징이 있습니다. 더 가까이1차 주문- 여러 원자 간 거리를 초과하지 않는 거리에서 입자의 규칙적인 배열. 결과적으로, 결정과 달리 비정질 고체가 액체 상태로의 전이가 연속적으로 발생하며, 이러한 의미에서 비정질체(예: 유리)는 때때로 과냉각 액체로 간주됩니다.

세 가지 종류의 물질, 즉 분자 결정, 공유 결정, 금속을 고려해 봅시다.

그림 1은 주기율표 요소의 결정이 이러한 클래스 중 어느 클래스에 속하는지 보여줍니다. 명확하게 분자 결정을 형성하는 원소는 15개(표 오른쪽 상단)이고, 금속 원소는 약 70개(표 왼쪽)입니다. 금속과 분자 결정 사이에는 공유 결정과 분류하기 어려운 일부 고체를 포함하는 요소가 있습니다. 일부 원소(예: 비소 및 안티몬)는 분자 형태와 금속 형태를 모두 갖습니다. 인은 또한 공유 결정과 분자 결정을 모두 생성합니다. 이러한 경계 요소는 중간 특성으로 인해 특히 중요하므로 이에 대해 특별한 주의를 기울일 것입니다.

두 가지 다른 비금속의 화합물은 항상 분자 또는 공유 결합 결정을 형성합니다. 금속과 비금속의 결합은 일반적으로 이온 또는 공유 결합 결정을 형성합니다. 두 개의 금속은 하나 이상의 금속 화합물을 형성하거나 (더 자주) 한 원소가 다른 원소에 용해되는 일련의 금속 용액을 형성할 수 있습니다.

비금속 결정 구조의 규칙성은 다음과 같이 설명됩니다. 규칙(8-N) 흄-로더리,원자의 배위수(원자가 근처 원자와 연결되는 결합 수)에 따라 CN = 8 - N, 어디 N-주기율표의 단기 버전에 있는 그룹 번호입니다.

이 규칙은 단일 공유 결합을 수행하는 전자 옥텟과 전자쌍의 안정성에 대한 아이디어를 기반으로 하기 때문에 이 규칙은 그룹 IV부터 시작하는 주요 하위 그룹의 요소에만 유효합니다.

예를 들어, 6족(S, Se) 원소의 결정에서 CN = 8 - 6 = 2; 따라서 구조는 고리 분자(사방정계 및 단사정계 황의 S8) 또는 긴 폴리머 사슬(플라스틱 황 및 셀레늄의 S )을 포함합니다. 고리와 사슬의 원자는 공유 결합으로 서로 연결되어 있으며 사슬과 고리 사이에는 반 데르 발스 힘이 작용합니다.

VII 족 원소의 결정의 경우 CN = 8-7 = 1이며 이는 예를 들어 I2와 같은 이원자 분자로 구성된 결정으로 이어집니다. 분자 내의 원자는 공유 결합으로 연결되어 있으며 분자는 반 데르 발스 힘에 의해 결정으로 결합됩니다.

그러나 모든 기본 결정이 분자 유형의 결합을 갖는 것은 아닙니다. IV 주 하위 그룹(보다 정확하게는 C, Si, Ge)의 원소의 경우에만 배위수가 규칙 8에서 파생된 4이기 때문에 독점적으로 공유 결합을 갖는 결정이 형성될 수 있음을 알 수 있습니다. N, 결정의 모든 원자를 공유 결합의 3차원 네트워크로 연결하기에 충분합니다. 이러한 기본 결정의 주요 특징은 다형성 경향과 결과적으로 나타나는 다양한 특성입니다(그림 2). 이러한 요소의 안정적인 변형은 높은 기계적 특성(영률, 전단 계수, 강도, 경도) 값과 높은 융점 및 끓는점을 갖는 공유 결합 결정입니다. 전형적인 예: 결정 격자(다이아몬드 격자라고도 함)의 각 원자가 sp3 혼성화 상태에 있는 실리콘은 인접한 실리콘 원자의 사면체로 둘러싸여 있습니다. 이러한 사면체 결합의 견고한 3차원 네트워크는 결정 격자에 높은 안정성을 제공합니다. 결정질 실리콘은 높은 녹는점(1420°C)과 끓는점(3300°C), 뛰어난 강도 및 내화학성(물과 산 용액에 불용성)을 가지고 있습니다.

우리는 정상적인 조건에서 대부분의 단순 물질과 복잡한 물질이 고체라고 이미 말했습니다. 고체화학의 가장 중요한 임무 중 하나는 고체의 구조와 그 특성 사이의 관계를 확립하는 것입니다.

그 점을 상기시켜 드리겠습니다. 결정 구조는 결정 내의 원자의 특정 배열입니다.이 위치는 시간과 공간에 걸쳐 평균화되며 결정의 전자 또는 핵 밀도의 평균 통계적 최대값에 해당합니다.

집합으로 설명되는 결정 내 원자 배열의 이상화된 수학적 형태 원자 위치이내에 결정 격자그리고 230개 중 하나 공간 대칭 그룹,해당 이상적인 구조.완전히 구별하다 정렬된 구조,각 원자 위치는 동일한 유형의 원자로 완전히 채워지며, 무질서한 구조,단일 정렬 원자가 완전히 차지하지 않는 원자 위치가 있는 경우. 결정 구조의 다양한 측면이 서로 다른 내에서 고려됩니다. 구조 모델.지역 특징 미세구조크리스탈 미팅 실제 구조.결정 구조는 방법에 의해 실험적으로 결정됩니다. 구조 분석.

결정 구조(내부 구조)는 결정(외부 구조)의 다면적인 모양을 결정합니다.

결정은 단거리 및 장거리 질서가 모두 존재하는 것이 특징인 고체입니다.이것은 물질의 고체 상태의 평형 형태입니다.

모든 결정체는 예외 없이 격자구조를 갖고 있는 것이 특징이다. 그러한 격자를 상상하려면, 정신적으로 공간을 많은 동일한 평행육면체로 채우고, 평행한 방향으로 전체 면을 따라 닿아야 합니다. 그러한 건물의 가장 간단한 예는 서로 밀접하게 인접한 벽돌 벽돌입니다. 각 평행육면체 내부의 해당 점(예: 무게 중심 또는 꼭지점)을 선택하면 모델이 생성됩니다. 공간 격자.특정 결정 구조에서 공간 격자 노드의 위치는 개별 원자나 이온 또는 원자 그룹(분자)으로 채워질 수 있습니다. 격자에서 입자가 위치하는 직선을 직선이라고 합니다. 행으로,입자가 자리잡은 평면을 호출합니다. 평평한 메쉬. 평평한 격자, 행, 꼭지점은 결정의 면과 가장자리에 해당합니다.

결정 격자는 결정을 구성하는 물질 입자(원자, 이온, 분자)의 3차원 배열입니다.

일반적으로 좌표 방향의 등가성은 해당 좌표축 X, Y, Z를 따라 단위 벡터(a, b, c 스케일)의 형태로 표시될 수 있습니다.

단위 벡터의 관계에 대한 세 가지 가능성(a = b = c, a = b ≠ c, a 1 ~ 1 c)을 통해 결정학적 좌표계를 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 세 그룹 - 세 가지 범주의 결정체:

· 가장 높은 카테고리의 크리스탈(a = b = c)는 좌표축이 완전히 동일하다는 특징이 있는데, 이는 그러한 결정의 대칭 그룹에 여러 개의 고차 축이 존재하기 때문입니다.

· 중간 등급 결정체(a = b ≠ c)는 더 높은 차수의 단 하나의 축만 그룹에 존재하는 것과 관련된 좌표축의 부분 동등성을 특징으로 합니다.

· 저등급 크리스탈(a ≠ b ≠ c)는 좌표 방향이 완전히 동일하지 않다는 특징이 있으며, 이는 더 높은 차수의 축이 없기 때문에 설명됩니다.

나열된 각 범주의 각도 관계를 고려하면 다음을 도출할 수 있습니다. 결정학적 좌표계(시스템).

단일 좌표계를 갖는 대칭 클래스는 syngony 또는 시스템이라는 계열로 결합됩니다.

닫힌 대칭 작업의 다양한 조합을 포함하는 총 32개의 다양한 결정학적 점 그룹이 있습니다. 이러한 점 그룹은 결정학 시스템과의 연관성에 따라 분류됩니다.

결정학적	단위 셀의 모서리 간 관계	점 그룹
트리클리닉	a ≠ b ≠ c a ≠ b ≠ g ≠ 90°
단사정계	a ≠ b ≠ c a = b = 90° ≠ g	2(Z축을 따라 한 방향으로만). 중
직교(사방정계)	a ≠ b ≠ c a = b = g = 90°
정사각형	a = b = g = 90°	4, , 4/m, 422, 4mm, 2m, 4/mmm(4차 축은 Z축을 따라서만 실행됩니다)
삼각형과 육각형		6, , 6/m, 622, 6mm, m2, 6/mmm (3차(6차) 순서 축은 Z축을 따라서만 실행됩니다.)
큐빅	a = b = g = 90°	23, m3, 432, 4m, m3m (4개의 3차 축이 단위 셀의 체적 대각선을 따라 전달됨)

등가 위치 시스템은 주어진 점 그룹의 대칭 요소에 의해 서로 변환되는 점 세트입니다.

주어진 SEP에 포함된 포인트의 수를 시스템 다중성 또는 위치 다중성이라고 합니다. 또는 다중도는 대칭 요소를 곱하여 얻은 점의 수입니다.

포지션이라고 합니다 사적인, 점이 대칭 요소에 있는 경우: 축, 대칭 평면, 특수 반전 점, 대칭 중심.

포지션이라고 합니다 일반적인, 점이 대칭 요소에 없는 경우.

결정의 원자는 닫힌 대칭 요소뿐만 아니라 열린 대칭 요소로도 연결될 수 있습니다.

동일 평면이 아닌 세 개의 벡터 집합을 변환 그룹 또는 결정 격자라고 합니다.

벡터,비, c를 전송 벡터 또는 변환이라고 하며 해당 모듈을 격자 동일 기간이라고 합니다.

벡터 a를 기반으로 만들어진 평행육면체,비, s를 격자 반복의 평행육면체라고 합니다.

격자의 구성 요소는 노드, 노드 행 및 노드 메쉬입니다.

공간 격자는 결정 구조에서 원자 분포의 3차원 주기성을 반영하는 기하학적 이미지입니다.

격자는 한 가지 유형의 원자로 정의됩니다.

격자를 정의하려면 주어진 격자의 모든 특징을 가장 완벽하게 반영하는 최소 링크인 평행육면체를 선택해야 합니다. 즉, 기본 셀을 선택해야 합니다.

단위 셀은 반복의 평행육면체이며, 결정학적 좌표계를 따라 가장 짧은 평행 이동을 기반으로 구축되었습니다.

세 가지 가능한 벡터 관계 – ㅏ = 비 = 씨, ㅏ = 비 ¹ 씨, ㅏ ¹ 비 ¹ 씨– 결정학적 좌표계, 즉 32개의 대칭 클래스를 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 크리스탈의 세 가지 범주:

1. 가장 낮은 카테고리의 결정체 (ㅏ ¹ 비 ¹ 씨)는 좌표 방향이 완전히 동일하지 않은 것이 특징이며, 이는 더 높은 차수의 축이 없기 때문에 설명됩니다. 좌표 방향이 동일하지 않다는 조건으로 인해 가장 낮은 범주에는 더 높은 차수의 축이 없는 클래스만 포함됩니다..gif" width="13" height="20 src=">) 또는 전혀 없는 클래스만 포함됩니다. 대칭 요소(1).

2. 중간 카테고리 결정 (ㅏ = 비 ¹ 씨)는 대칭 그룹에 단 하나의 고차 축만 존재하는 것과 관련된 좌표 축의 부분적 동등성을 특징으로 합니다. 두 수평 방향(a = b)의 등가 조건으로부터 중간 범주의 결정 대칭은 더 높은 차수의 단일 축을 가진 그룹으로 설명됩니다. 수직 좌표축이 이 축과 결합됩니다. 지, 나머지 두 개는 – 엑스그리고 와이– 주축에 수직인 평면에서 선택됩니다. 따라서 주축과 축 사이의 각도 엑스그리고 와이직선, 즉 a = b = 90°. 축 사이의 각도 g 엑스그리고 와이는 주축의 차수에 따라 결정되며 4차 축이 있는 경우 90°, 3차 및 6차 축의 경우 120°와 같습니다. 따라서 중간 범주에는 두 개의 시스템에 해당하는 두 개의 좌표계가 있습니다.

3. 가장 높은 카테고리의 크리스탈 (ㅏ = 비 = 씨)은 대칭 그룹에 여러 개의 고차 축이 존재하기 때문에 좌표축이 완전히 동일하다는 특징이 있습니다.

따라서 이 세 가지 번역에서 기본 평행육면체, 즉 기본 셀을 구성하는 것이 가능합니다. 옵션 ㅏ, 비, 씨, ㅏ, 비, g- 단위 셀 매개변수.

상기시켜 드리겠습니다 단위 셀 선택 규칙(결정학적 좌표축 선택 규칙).

1. 선택한 셀은 격자대칭을 가지고 있어야 합니다.

2. 결정학적 축은 절점 열을 따라 향합니다.

3. 결정학적 좌표축은 특별한 방향, 즉 2차 이상의 대칭축(있는 경우)과 결합됩니다.

4. 다른 모든 조건이 동일할 때 단위 셀의 부피는 최소이어야 합니다.

3차원 공간(반드시 물질적일 필요는 없음)에서 임의의 점을 선택하고 이를 격자 노드 중 하나로 간주하면 나머지 노드에는 원본과 동일한(물리적 및 기하학적으로) 이 공간의 모든 점이 있게 됩니다. 하나.

이런 의미에서 격자‑물질의 결정 상태를 표현한 것입니다., 다른 대칭 요소가 없더라도 결정질 물질의 경우 항상 격자 또는 격자 구조와 같은 기본 대칭 요소를 보유합니다.

모든 평행육면체 시스템과 마찬가지로 3차원 격자도 고유한 대칭 기능을 가지고 있습니다. 그것은 항상 중심 대칭이며 반전 중심은 격자 노드, 즉 평행 육면체의 꼭지점과 그 사이 거리의 중간 점에 위치합니다. 더 높은 차수의 축에는 필연적으로 이를 따라 교차하는 대칭 평면이 수반됩니다. 대칭축 자체는 결정학적 순서에 의해서만 제한됩니다. N= 1, 2, 3, 4, 6. 마지막 조건은 최종 초기 수치의 대칭을 설명하는 무한한 수의 점 그룹 중에서 유일하게 32개의 결정학적 점 그룹을 선택합니다.

기하학적 이미지인 격자의 점대칭 그룹은 가장 높은 값에 해당합니다.- 홀로헤드럴-각 시스템의 클래스.

3차원 격자는 동일 평면이 아닌 세 개의 평행 이동 벡터로 표현될 수 있습니다. 이는 이러한 벡터를 기반으로 구축된 평행육면체를 의미합니다. 반복 평행 육면체- 할 것이다 격자세포. 평행육면체가 모든 격자의 특징적인 셀 역할을 하기 위해서는, 즉 주요 대칭 특징을 반영하기 위해, 그 모서리(병진 벡터)가 최대 대칭의 특별한 방향, 즉 격자의 방향과 일치해야 합니다. 결정학적 좌표축. 이렇게 선택된 셀을 셀이라고 합니다. 브라베 셀또는 단위 세포. 셀의 유형과 대칭은 셀이 전달하는 이름과 해당 공간 격자에 반영됩니다(그림 3). 브라베 셀의 모양은 좌표 기준에 따라 결정되므로 대칭이 다른 7개의 격자가 (, , 음, https://pandia.ru/text/80/189/images/image013_92.gif" width="46" height="41 src="> .gif" width="14" height="19 src=">m)은 6가지 유형의 평행육면체로 표현될 수 있습니다(육각형 격자는 동일한 좌표 참조로 제공되므로 동일한 모양의 Bravais 셀(밑면에 120도 마름모가 있는 평행육면체)으로 표시되기 때문입니다).

격자 유형을 특성화하려면 다음 두 가지 특성을 나타내는 것이 필요하고 충분합니다.

1. 결정학적 시스템;

2. 셀의 "중심화" 유형.

단위 셀은 다음과 같습니다.

1. 기본 - 셀의 꼭지점만 노드입니다.

2. 중심 - 셀의 꼭지점에 있지 않은 추가 노드가 있습니다.

그림 3 - Bravais 격자 유형

결정학적 축이 올바르게 선택되면 추가 노드는 어떤 위치에서도 가능하지 않고 엄격하게 정의된 위치에서만 가능합니다. 그러나 가능한 옵션의 수는 적습니다. 비원시 격자를 호출합니다. 중심.

비원시형(중심형) 격자는 다음 유형일 수 있습니다.

I - 몸체 중심(노드가 볼륨 중앙에 있음)

C(A, B) – 베이스 중심(대향하는 두 면이 중심에 있음)

F – 면 중심(추가 노드가 모든 면의 중심에 위치함)

R – 이중 몸체 중심(2개의 추가 노드가 볼륨 대각선을 3개의 동일한 부분으로 나눕니다)

다양한 결정학 시스템(시스템) 그룹에서 좌표계 선택을 결정하는 규칙은 격자를 다양한 방식으로 중심에 두는 방법도 제한합니다.

결정 구조의 대칭성을 설명하기 위해 "공간군"이라는 개념이 사용됩니다.

결정 구조의 대칭 요소 집합을 공간군이라고 합니다.

구조를 설명한다는 것은 다음을 나타냄을 의미합니다.

2) 브라베 격자형;

3) 화학식의 종류

4) CN 및 배위 다면체;

5) 공식 단위의 수 등

6) 화학 결합 유형에 따른 구조의 특성화;

7) 기하학적 특성에 기초한 구조의 특성;

8) PShU-PSK 측면의 구조;

9) 원자의 기본 좌표;

10) 공간 그룹 및 구조 유형.

비금속 기본 결정의 구조와 함께 금속의 구조가 그림 4에 나와 있습니다.

각 사각형의 아래쪽 선은 실온에서 안정한 형태를 보여주고 그 다음에는 더 높은 온도에서 발생하는 형태를 보여줍니다.

약어 fcc는 원자가 가장 가까운 면심 입방 구조, bcc - 체심 입방 구조, hcp - 원자가 밀집된 육각형 구조를 나타냅니다.

fcc 및 hcp 구조는 W. Goldschmidt가 1926년에 처음 제안한 가장 가까운 구형 패킹(PU) 모델의 프레임워크 내에서 가장 명확하게 설명됩니다. 원자는 단단한 공으로 표시되며 평면에는 밀도가 높은 배열에 대한 옵션이 하나만 있습니다(그림 5a).

볼이 첫 번째 레이어의 오목한 부분에 위치하도록 두 번째 레이어를 배치하면 가장 조밀한 패킹이 완성되며 가능한 유일한 방법입니다(그림 5b). 세 번째 레이어의 볼은 두 가지 방법으로 배열할 수 있습니다.

1) 첫 번째 공 위의 세 번째 층 공, 두 번째 공 위의 네 번째 공 등으로 교대 층이 ABAVABAB 시퀀스에 해당합니다 (문자 A와 B는 조밀하게 포장 된 층을 나타냄). 수평면에서 서로 상대적으로 이동), 배치 방법은 육각형 밀착 패킹(hcp)에 해당합니다(그림 6, ㅏ);

2) 두 번째 레이어의 볼과 관련하여 세 번째 레이어의 볼은 첫 번째 레이어의 볼 위에 있지 않도록 위치합니다.

그런 다음 네 번째 레이어는 첫 번째 레이어를 반복하고, 두 번째 레이어는 다섯 번째 레이어를 반복하는 식으로 진행됩니다. 레이어 교대는 ABCAB... ABC에 해당하고 배치 방법은 입방밀폐 패킹(FCC)에 해당합니다(그림 6, 비). hcp 구조에서는 층의 평면과 그에 수직인 볼의 패킹이 다르지만 fcc 구조에서는 입방체의 세 가지 주요 평면 모두에서 패킹이 동일합니다(즉, 이방성이 덜합니다) ). 차이점에도 불구하고 이 두 가지 유형의 조밀한 구형 패킹은 공통된 특징을 나타냅니다.

1) 볼이 차지하는 공간의 비율 - 두 경우 모두 충전율은 74.05%입니다.

2) 원자의 배위수는 12이다.

3) 두 패키지 모두 두 가지 유형의 보이드가 있습니다. 즉, 4개의 접촉 볼로 형성된 사면체와 6개의 볼로 형성된 팔면체입니다. 사면체 공극은 반경이 있는 공을 수용할 수 있습니다. 아르 자형테트라 = 0,225 아르 자형, 반경이 있는 팔면체 공으로 아르 자형10월=0,414 아르 자형, 어디 아르 자형- 가장 조밀한 패킹을 구성하는 볼의 반경;

4) 가장 가까운 패킹에는 볼 1개당 팔면체 공극 1개와 사면체 공극 2개가 있습니다.

최근접 패킹의 개념에서 다형성은 fcc 및 hcp와는 달리, 조밀 패킹된 레이어가 교대로 나타나는 순서로 간주됩니다.

예를 들어 4층 육각형 패킹...ABSBABBC...(4H로 표시됨)의 층 순서가 있습니다.

밀도가 낮은 구형 패킹 중에서 가장 널리 사용되는 것은 체심 입방 패킹(BCC)이며 충전율은 68.01%입니다.

이러한 유형의 포장은 동일한 크기의 볼을 평면에 배치하여 정사각형 배열을 형성한 다음 두 번째 레이어의 볼을 첫 번째 레이어의 볼에 의해 형성된 오목한 부분에 배치해야 얻을 수 있습니다(그림 7). ), 세 번째 레이어의 볼은 첫 번째 레이어 등을 반복합니다. hcp 구조의 경우와 마찬가지로 레이어의 교대는 시퀀스 ABAB...AB에 해당하지만 각 레이어는 밀집되어 있지 않습니다. 원자의 배위수가 12인 fcc, hcp와 달리, 고려 중인 구조의 배위수는 8이다.

그림 7 – 몸 중심 입방 격자

금속이 다형성(동소체)을 특징으로 한다는 것은 쉽게 알 수 있으며(그림 2), 원자의 전자 구조의 약간의 변화만으로도 결정 격자의 재구성이 일어나기에 충분합니다. fcc와 hcp 구조 사이의 상호 전이열은 1kJ/mol을 초과하지 않는 반면, 융해열은 10~40kJ/mol 범위입니다.

대부분의 금속은 세 가지 구조(fcc, bcc, hcp) 중 하나를 가지며, Mn, Ga, In, Hg는 유사하지만 왜곡된 구조를 가지고 있습니다. 구조 유형과 주기율표에서 금속 위치 사이의 단순한 패턴을 감지하는 것은 어렵습니다. 그럼에도 불구하고, 짝을 이루지 않은 원자가의 수가 증가한다는 것은 명백합니다. 에스- 그리고 아르 자형- 1(알칼리 금속)에서 3(세 번째 주요 하위 그룹의 금속)까지 결합을 형성하는 데 사용된 상태의 전자는 CN을 8(bcc 격자)에서 12(fcc 또는 hcp 격자)로 증가시킵니다. 다형성에서 원자가 전자 수를 늘리는 효과는 온도를 낮추거나 압력을 높이는 것과 동일합니다.

산소를 제외한 모든 비금속 원소는 반자성입니다. 1B-IIIB족에 속하는 금속을 제외한 금속은 상자성입니다. 금속 중에서 철, 코발트, 니켈은 유난히 자성이 크다. 온도 의존성의 유형에 따라 다음과 같은 금속 그룹을 구별할 수 있습니다. 자기 특성은 최대 1100°C(Mo, W, Os)까지 거의 변하지 않습니다. 자기 감수성은 Curie-Weiss 법칙(K, Mg, Zn, In, Sc)을 따릅니다. 자기 특성은 용융 온도(Na, Cd, Al)에서 약간 변합니다. 자기 특성(Ag, Au, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi)의 변칙적인 변화와 마지막으로 전이 지점에서 자기 특성이 변경(Zn, Tl)되거나 변경되지 않습니다(Ti, Sn). 멘델레예프의 주기율에 따라 정렬된 화학 원소 집합은 하위 집합, 즉 전형적인 금속, 강자성체, 초전도체, 유전체, 반도체 및 반금속에 해당하는 상당히 고립된 화학 원소 영역으로 나뉩니다.

1.4. 결정 구조의 주요 유형

가장 가까운 원자나 이온 사이의 거리를 결정할 때 공간 격자에서 원자의 점 배열은 단순화되어 결정 구조를 연구하는 데 적합하지 않습니다. 그러나 결정 구조의 물리적 특성은 물질의 화학적 성질, 원자(이온)의 크기 및 이들 사이의 상호 작용력에 따라 달라집니다. 따라서 다음에서는 원자나 이온이 공 모양을 가지며 다음과 같은 특징을 갖는다고 가정합니다. 유효 반경, 이는 영향권의 반경을 의미하며, 동일한 유형의 가장 가까운 이웃 원자 또는 이온 두 개 사이의 거리의 절반과 같습니다. 입방 격자에서 유효 원자 반경은 0/2입니다.

유효 반경은 각 특정 구조마다 고유값이 다르며 이웃 원자의 특성과 수에 따라 달라집니다. 서로 다른 원소의 원자 반경은 동일한 배위수를 갖는 결정을 형성할 때만 비교할 수 있습니다. 코디네이터 번호 z주어진 원자(이온)의 결정 구조에서 동일한 유형의 가장 가까운 원자(이온)의 수입니다. 정신적으로 인접한 입자의 중심을 직선으로 서로 연결하면

조정 다면체; 이 경우 그러한 다면체를 구성하는 원자(이온)는 그 중심에 위치합니다.

배위수와 입자의 유효 반경 비율은 특정 방식으로 서로 관련되어 있습니다. 즉, 입자 크기의 차이가 작을수록 z가 커집니다.

결정 구조(격자 유형)에 따라 z는 3에서 12까지 다양합니다. 아래에 표시된 것처럼 다이아몬드의 구조에서는 z = 4, 암염에서는 z = 6(각 나트륨 이온이 6개의 염소 이온으로 둘러싸여 있음) . 금속의 경우 일반적인 배위수는 z = 12이고, 결정질 반도체의 경우 z = 4 또는 z = 6입니다. 액체의 경우 배위수는 원자의 가장 가까운 이웃의 평균 수로 통계적으로 결정됩니다.

배위수는 결정 구조에서 원자의 패킹 밀도와 관련이 있습니다. 상대 패킹 밀도–

이것은 구조의 전체 부피에 대한 원자가 차지하는 부피의 비율입니다. 배위수가 높을수록 상대 패킹 밀도가 높아집니다.

섹션 1. 물리화학적 결정학의 기본 원리

결정 격자는 최소한의 자유 에너지를 가지려고 노력합니다. 이는 각 입자가 가능한 최대 수의 다른 입자와 상호 작용하는 경우에만 가능합니다. 즉, 배위수는 최대 m이어야 합니다. 조밀한 충전에 대한 요구는 모든 유형의 결정 구조의 특징입니다.

서로 닿아 공간의 대부분을 채우는 동일한 성질의 원자로 구성된 평면 구조를 생각해 보겠습니다. 이 경우 서로 인접한 원자를 가장 조밀하게 채우는 데는 한 가지 방법만 가능합니다.

무게 중심은 첫 번째 레이어의 공극에 떨어집니다. 이는 그림 1의 오른쪽 이미지에서 명확하게 볼 수 있습니다. 1.10, a(평면도). 여기서 두 번째 층의 원자 투영은 옅은 회색으로 표시됩니다. 두 번째 층의 원자는 꼭지점이 위쪽을 가리키는 기본 삼각형(실선으로 표시)을 형성합니다.

쌀. 1.10. 두 가지 유형의 구조에서 동일한 크기의 볼을 패킹할 때 레이어 순서: a – ABAB... 육각형 밀착 패킹(hcp); b – ABCAVS... 가장 조밀한 입방체 패키지(K PU)로 FCC(면심 입방체) 격자를 제공합니다. 명확성을 위해 세 번째와 네 번째 레이어는 완전히 채워지지 않은 상태로 표시됩니다.

1장. 결정물리학의 요소

세 번째 층의 원자는 두 가지 방식으로 배열될 수 있습니다. 세 번째 층 원자의 무게 중심이 첫 번째 층 원자의 무게 중심보다 높으면 첫 번째 층의 배치가 반복됩니다 (그림 1.10, a). 결과 구조는 육각형 밀착 패킹(GPU). Z축 방향으로 ABAVABAB... 레이어의 시퀀스로 표현될 수 있습니다.

세 번째 층 C의 원자(그림 1.10, b의 오른쪽에 어두운 회색으로 표시)가 첫 번째 층의 다른 공극 위에 위치하여 기본 삼각형을 형성하고 B 층에 대해 180° 회전한 경우(점선으로 표시) ), 네 번째 레이어는 첫 번째 레이어와 동일하고 결과 구조는 다음과 같습니다. 입방 조밀 포장(FCC)는 Z축 방향으로 일련의 레이어 АВСАВСАВСАВС...가 있는 면심 입방 구조(fcc)에 해당합니다.

가장 조밀한 패킹의 경우 z = 12입니다. 이는 B층의 중앙 공의 예에서 명확하게 볼 수 있습니다. 바로 주변에는 A층의 공 6개와 B층의 아래와 위의 공 3개가 있습니다.

(그림 1.10, a).

배위수 z 외에도 다양한 구조는 전체 Bravais 셀 V 셀의 부피에 대한 원자가 차지하는 부피 V의 비율로 도입되는 패킹 밀도를 특징으로 합니다. 원자는 반경 r의 고체 공으로 표시되므로 V는 = n (4π/3)r 3입니다. 여기서 n은 셀에 있는 원자의 수입니다.

입방 셀의 부피는 V 셀 = a 0 3이며, 여기서 a 0은 격자 주기입니다. 육각형 밑면 면적을 갖는 HPU 셀의 경우 S = 3a 0 2 2 3

높이 c = 2a 0 23 이면 V cell = 3a 0 3 2 를 얻습니다.

결정 구조의 해당 매개변수인 기본 입방체(PC), 체심 입방체(BCC), 면심 입방체(FCC), 육각형 조밀 포장(HCP)이 표에 나와 있습니다. 1.2. 원자의 반경은 PC 구조 (2r = a 0)의 큐브 가장자리, bcc 구조의 공간 대각선 (4r = a 0 3) 및 면의 대각선(4r = a 0 2)

fcc 구조에서.

따라서 z = 12인 가장 가까운 패킹(fcc 및 hcp)을 갖는 구조에서 셀의 부피는 원자가 74%를 차지합니다. 배위수가 8과 6으로 감소함에 따라 패킹 밀도는 각각 68(bcc)과 52%(PC)로 감소합니다.

표 1.2

입방체 및 육각형 결정의 매개변수

크리스탈 매개변수
코디네이터 번호 z
세포 안의 원자 수 n
원자 반경 r	0 /2			2 4	0 /2
한 원자의 부피, V at /n
	0 3 π 6	a3π		3π 2 24	πa036
포장 밀도
		π 3 8 = 0.6		π 2 6 = 0.74	π 2 6 = 0.74
V at/ V 셀

물질이 결정화되는 동안 시스템은 최소한의 자유 에너지를 제공하려고 노력한다는 사실은 이미 언급되었습니다. 입자 간 상호 작용의 잠재적 에너지를 감소시키는 요인 중 하나는 최대 접근 방식과 가능한 가장 많은 수의 입자와의 상호 의사소통 확립, 즉 가장 높은 배위수로 더 조밀하게 패킹하려는 욕구입니다.

조밀한 패킹을 구현하려는 경향은 모든 유형의 구조에 특징적이지만 금속, 이온 및 분자 결정에서 가장 두드러집니다. 이들의 결합은 방향이 없거나 방향이 약합니다(2장 참조). 따라서 원자의 경우 이온

그리고 분자의 경우 고체 비압축성 구체 모델이 상당히 적합합니다.

그림 1에 표시된 Bravais 번역 격자를 참조하세요. 1.3

그리고 테이블에 1.1에서는 주로 화합물에 대한 결정 구조를 구성하는 데 가능한 모든 옵션이 소진되지 않았습니다. 사실 브라베 셀의 주기적인 반복은 한 가지 유형의 입자(분자, 원자, 이온)로만 구성된 번역 격자를 생성합니다. 따라서 복잡한 화합물의 구조는 Bravais 격자가 특정 방식으로 서로 삽입된 조합으로 구성될 수 있습니다. 따라서 반도체 결정은 방향성 공유 결합(비극성 또는 극성)을 사용하는데, 이는 일반적으로 개별적으로 매우 촘촘하게 채워진 최소 두 개의 격자를 결합하여 실현되지만 궁극적으로 "전체" 격자의 작은 배위 수(최대 z = 4).

원자의 동일한 공간 배열을 특징으로 하고 결정 격자의 매개변수(유형은 아님)만 서로 다른 물질 그룹이 있습니다.

따라서 그 구조는 하나의 공간 모델을 사용하여 설명할 수 있습니다( 하나의 구조적 유형)는 각 물질에 대한 격자 매개변수의 특정 값을 나타냅니다. 따라서 다양한 물질의 결정은 제한된 수의 구조 유형에 속합니다.

가장 일반적인 유형의 구조는 다음과 같습니다.

금속 결정에:

텅스텐 구조(OC K-격자); 구리 구조(fcc 격자), 마그네슘 구조(hcp 격자);

유전체 결정에서:

염화나트륨의 구조(이중 GC 격자); 염화세슘의 구조(이중 PC 격자);

반도체 결정에서:

다이아몬드 구조(이중 fcc 격자); 섬아연석 구조(이중 G CC-격자); wurtzite 구조(이중 HP Y 격자).

위에 나열된 구조와 해당 Bravais 격자의 특징과 실현 가능성을 간략하게 고려해 보겠습니다.

1.4.1. 금속 결정

텅스텐 구조(그림 1.1 1, a). 체심 입방 격자는 가장 가까운 패킹을 갖는 구조가 아니며 상대 패킹 밀도가 0.6 8이고 배위수 z = 8입니다. 평면(11 1)이 가장 조밀하게 패킹됩니다.

쌀. 1.11. 입방 격자의 유형: a - 체심 입방(bcc); b – 단순 입방체

섹션 1. 물리화학적 결정학의 기본 원리

텅스텐 W 외에도 모든 알칼리 및 알칼리 토금속과 대부분의 내화 금속에는 크롬 Cr, 철 Fe, 몰리브덴 Mo, 지르코늄 Zr, 탄탈륨 Ta, 니오븀 Nb 등 bcc 격자가 있습니다. 후자는 다음과 같습니다. 설명. 중심 원자에 대한 bcc 셀에서 가장 가까운 이웃은 입방체의 꼭지점에 있는 원자입니다(z = 8). 서로 간격을 두고 떨어져 있어요

인접한 셀(두 번째 배위 영역)에 있는 6개의 중심 원자. 이는 실질적으로 배위 수를 z 14로 증가시킵니다. 이는 fcc 격자와 비교하여 원자 사이의 평균 거리가 약간 증가하여 부정적인 기여를 보상하는 총 에너지 이득을 제공합니다. 여기서 원자는 거리 d = a 0 ( 2) 2 = 0.707a 0 에 위치합니다. 결과적으로 힘이 증가합니다.

텅스텐의 융점은 3,422 ºC에 이릅니다. 비교를 위해 z = 8인 간단한 입방체 구조(그림 1.11, b)는 느슨한 패킹을 가지며 폴로늄 Po에서만 발견됩니다.

그림 1은 구리(fcc 격자)의 구조를 보여줍니다. 1.12, a는 밀집 구조를 나타내며 상대 충전 밀도가 0.74이고 배위수 z = 12입니다. 구리 Cu 외에도 금 Au, 은 Ag, 백금 Pt와 같은 많은 금속의 특징입니다. 니켈 Ni, 알루미늄 Al, 납 Pb, 팔라듐 Pd, 토륨 Th 등

쌀. 1.12. 밀집된 결정 격자의 구조: a - 면심 입방체(구리 구조); b – 육각형 밀집형(마그네슘 구조)

1장. 결정물리학의 요소

나열된 금속은 비교적 부드럽고 연성이 있습니다. 사실 구리 유형 구조에서는 fcc 격자의 사면체 및 팔면체 공극이 다른 입자로 채워지지 않습니다. 이는 원자 사이의 결합의 방향성이 없기 때문에 소위 말하는 방향으로의 변위를 허용합니다. 슬라이딩 평면. fcc 격자에서 이는 가장 큰 패킹(111)의 평면이며, 그 중 하나가 그림 1에 음영 처리되어 있습니다. 1.12, 에이.

마그네슘의 구조(HCP 격자)는 그림에 나와 있습니다. 1.12, b는 마그네슘 Mg뿐만 아니라 카드뮴 Cd, 아연 Zn, 티타늄 Ti, 탈륨 Tl, 베릴륨 Be 등뿐만 아니라 대부분의 희토류 원소에도 일반적입니다. 그림 1의 GPU 격자는 PC 격자와 달리 1.12, b에는 기본 레이어 A 사이의 중간에 고정된 거리에 위치한 레이어 B(음영)가 있습니다.

2 = a 0 2 3(일부에서는 최대 10%의 편차가 관찰됨)

다른 금속). B 층의 원자는 가장 가까운 패킹을 갖는 기저 평면(0001)의 삼각형 중심 위에 위치합니다.

1.4.2. 유전체 결정

염화나트륨의 구조(그림 1.13, a)를 설명 할 수 있습니다

2개의 면 중심 입방 격자(구리의 구조 유형)로, 모서리를 따라 격자 주기의 절반(a 0 /2)만큼 이동됩니다.<100>.

큰 염소 음이온 Cl-는 fcc 셀의 노드를 점유하고 입방형 밀집 패킹을 형성하며, 여기서 더 작은 크기의 나트륨 양이온 Na+는 팔면체 공극만 채웁니다. 즉, NaCl 구조에서 각 양이온은 양이온으로부터 등거리에 있는 (100) 평면의 4개의 음이온과 수직 평면의 2개의 이온으로 둘러싸여 있습니다. 결과적으로 팔면체 조정이 이루어집니다. 이는 음이온의 경우에도 마찬가지입니다. 따라서 부격자의 배위수 비율은 6:6이다.

염화세슘의 구조 CsCl(이중 PC 격자),

그림에 표시됩니다. 1.13, b는 체적 대각선의 절반만큼 이동된 두 개의 기본 입방 격자로 구성됩니다. 사실 세슘 이온은 나트륨 이온보다 크고 NaCl 구조에서와 같이 fcc 유형인 경우 염소 격자의 팔면체(사면체에서는 더욱 그렇습니다) 공극에 들어갈 수 없습니다. CsCl 구조에서 각 세슘 이온은 8개의 염소 이온으로 둘러싸여 있으며 그 반대도 마찬가지입니다.

다른 할로겐화물도 이러한 유형의 구조로 결정화됩니다. 예를 들어 Cs(Br, I), Rb(Br, I), Tl(Br, Cl), AIV BVI 유형의 반도체 화합물 및 희토류 원소의 많은 합금이 있습니다. 유사한 구조가 헤테로극성 이온 화합물에서도 관찰됩니다.

1.4.3. 반도체 결정

다이아몬드 구조두 개의 면 중심 격자가 서로 삽입되어 공간 대각선을 따라 길이의 1/4만큼 이동된 조합입니다(그림 1.14, a). 각 원자는 사면체의 꼭지점에 위치한 4개로 둘러싸여 있습니다(그림 1.14, a의 굵은 선). 다이아몬드 구조의 모든 결합은 동일하며 다음 방향으로 향합니다.<111>서로 109° 28"의 각도를 만듭니다. 다이아몬드 격자는 배위수 z = 4인 느슨하게 채워진 구조에 속합니다. 다이아몬드 구조에서는 게르마늄, 규소 및 회색 주석이 결정화됩니다. 다이아몬드 외에 기본 반도체인 규소도 있습니다. Si, 게르마늄 Ge - 회색 주석 Sn도 이러한 유형의 구조로 결정화됩니다.

섬아연석 구조(이중 fcc 격자). 두 개의 보조 면심 입방 격자가 서로 다른 원자로 형성되면 ZnS 섬아연석 구조라고 불리는 새로운 구조가 발생합니다. 아연 블렌드(그림 1.14, b).

1장. 결정물리학의 요소

쌀. 1.14. 다이아몬드(a), 팔러라이트(b), 우르츠이트(c)의 구조. 사면체 결합은 굵은 선으로 강조 표시됩니다.

유형 AIII BV(갈륨 비소 GaA s, 갈륨 인화물 GaP, 인듐 인화물 InP, 인듐 안티몬화물 I nSb 등) 및 유형 AII BVI(아연 셀렌화물 ZnSe, 아연 텔루르화물 ZnTe, 카드뮴 황화물 CdS, 셀레나이드)의 많은 반도체 화합물은 다음을 갖습니다. 구조 카드뮴

섬아연석의 구조는 원자의 사면체 환경을 갖는 다이아몬드의 구조와 동일하며(그림 1.14, a), 하나의 fcc 부격자만이 갈륨 Ga 원자로 채워지고 다른 하나는 비소 As 원자로 채워집니다. GaAs 셀에는 대칭 중심이 없습니다. 즉, 구조는 네 방향에서 극성을 갖습니다.< 111 >. 밀집된 111) 평면과 (111) 평면 사이에는 차이가 관찰됩니다. 그 중 하나가 Ga 원자를 포함하면 다른 하나는 As 원자를 포함합니다. 이로 인해 표면 특성(미세 경도, 흡착, 화학적 에칭 등)에 이방성이 발생합니다.

섬아연석 구조에서 모든 층의 사면체의 삼각형 밑면은 이전 층의 사면체 밑면과 동일한 방식으로 방향이 지정됩니다.

Wurtzite 구조(듀얼 GPU 격자 포함), 그림에 표시됩니다. 1.14, c는 황화 아연의 육각형 변형의 특징입니다. ZnS에 가까운 반도체, 예를 들어 황화 카드뮴 CdS 및 셀렌화 카드뮴 CdSe는 이러한 구조를 가지고 있습니다. 대부분의 AII-VI 화합물은 "섬아연석-부르츠광" 상전이를 특징으로 합니다. 우르츠광 구조는 비금속 원자의 크기가 작고 전기 음성도가 높을 때 실현됩니다.

그림에서. 그림 1.14c는 밑면에 마름모가 있고 3개의 프리즘으로 형성된 육각형 중심에 120°의 각도가 있는 직선 프리즘 형태의 ZnS에 대한 원시 우르츠광 셀을 보여줍니다(그 중 2개는 그림에 표시됨). .

결정 구조

결정 구조

결정 내의 원자, 이온, 분자의 배열. 정의가 있는 크리스탈 화학. f-loy는 3차원 주기성을 갖는 고유한 운동 시스템을 가지고 있습니다. 결정 격자."K.s."라는 용어 격자 에너지, 격자 역학, 특정 화학 물질의 특정 구조로서의 격자를 말할 때 "결정 격자"라는 용어 대신 사용됩니다. 화합물, 특정 화합물의 원자 구조 설명 및 변형에 대해 설명합니다. 검. 특정 K.s에 대한 설명 결정의 단위 셀에 있는 원자 중심의 좌표를 나타내는 것으로 구성되어 있어 원자 간 거리를 결정하고 이를 통해 기하 구조를 연구할 수 있습니다. K.s의 특징

기초적인 연구 방법 K.s. 회절이다 - X선 구조 분석, 중성자 회절, 전자 회절.회절 방법은 시간이 지남에 따라 그리고 단위 셀에 있는 결정의 전체 부피에 걸쳐 평균된 연속 산란 물질을 제공합니다. 엑스레이 방법 분석을 통해 결정의 전자 밀도를 구하고 이는 푸리에 급수로 계산됩니다.

어디 x, y, z- 단위 셀의 좌표, - 부피, F hkl- 계수 푸리에가 불렀다 구조적 진폭. 셀 내 전자 밀도 분포는 대략 원자의 전자 밀도의 합으로 나타낼 수 있습니다( 나는):

어디 나- 시간 평균, 즉 열 운동에 의해 번짐, 원자 내 전자 분포. 최대값(1)은 원자에 해당합니다. 전자 밀도 덩어리로 중심 좌표를 찾을 수 있습니다. 아르 자형 (x, y, z) 기하구조를 생성합니다. 모델, 0.0001 - 0.00001 nm의 정확도로 원자 간 거리를 설정합니다.

중성자학에서는 결정의 핵 산란 진폭에 대해 (1)과 유사합니다. 에프중성은 핵 밀도의 분포를 결정합니다 n(r) 세포, 즉 열 운동에 의해 얼룩진 핵의 확률적 분포(참조: 구조적 중성자 회절).원자가 자기를 갖고 있다면 모멘트는 중성자 회절에 의해 자기적으로 결정됩니다. K.s. - 스핀 밀도 분포(참조: 자기).진폭에 의한 전자 회절에서 펠(1)에 따라 정전기 분포를 결정합니다. (전체 - 핵과 전자) 전위( 아르 자형).세 분포 모두의 최대값 위치는 일치합니다. 이는 단위 셀에 있는 원자 중심(핵)의 시간 평균 위치입니다.

기하학적 모델.기하구조를 생성합니다. 모델 K.s. 필요: 구조의 단위 셀(반복 평행육면체)의 매개변수에 대한 지식 - 일반적인 경우 모서리의 길이 에이, 비, 씨그리고 각도; 공간 시스템의 대칭성을 나타냅니다. 즉, 해당 시스템이 230개 공간 그룹 중 하나에 속하는지 여부를 나타냅니다(참조). 크리스탈 대칭) 그래서 - 좋아요 브라베 격자;. 화학적으로 다른 모든 원자의 좌표와 그 위치의 대칭을 나타냅니다. 이를 위해서는 세포의 대칭적으로 독립적인 부분에 있는 원자의 좌표를 아는 것으로 충분하며, 이로부터 공간 그룹의 작동을 고려하여 우주의 모든 원자의 위치를 ​​추론할 수 있습니다. . 이를 바탕으로 원자간 거리, 원자간 상호배위 등을 계산합니다. K.s의 특징 그래픽으로 K.s. 단위 셀에서 원자(“공”)의 배열로 표시됩니다(그림 1, a). 필요한 경우, 크고 접촉하는 "볼"은 밀집된 무기 물질의 원자 접촉을 보여줄 수 있습니다. (그림 1, 비) 또는 분자 구조. 이온 K.s의 이미지. 정점에 음이온이 있고 중심에 양이온이 있는 다면체가 자주 사용됩니다(그림 1c).

검. K. s. 결정의 원자 구조에 대한 여러 일반화 및 법칙, 즉 원자 반경, 화학 물질 유형에 대한 아이디어를 개발할 수 있게 되었습니다. 결정의 결합(이온성, 공유 결합, 금속성, 반 데르 발스, 수소), 결정에서 원자와 분자의 가장 가까운 패킹에 대한 규칙, 결정의 결합. 결정의 특성을 가지고 있습니다 (참조 크리스탈 화학). K.s. 대칭성은 에너지 계산의 출발점 역할을 합니다. 스펙트럼, 물리적 해석 결정의 성질(참조: 결정 물리학).

일부 결정의 단위 셀 매개변수

	결정의 종류	단위 셀 주기, nm	단위 셀의 원자 수
	무기 및 단순 분자 화합물		최대 수백
	복합 유기 화합물		최대 수천
	바이러스

10만 K.s. 이상이 연구되었습니다. 차이점. 그 중 약. 무기물 20,000 K.s. 요소, 차이점 화합물, 미네랄, 나머지 대부분은 유기물입니다. K.s. 격자 기간은 다양합니다. 결정의 범위는 분수에서 수백 nm에 이릅니다(표). K. s.의 X선 구조 분석 본질적인 연결 수는 최대입니다. 공간적, 화학적 결정을 위한 정확하고 신뢰할 수 있는 방법 구성 분자의 구조. 여러 가지가 연구되었습니다. 수백 K.s. 바이오에서 가장 복잡한 물질. 기원: 단백질, 핵산, 바이러스(참조. 생물학적 결정).무기물, 유기물의 모든 것을 기술하는 국제적인 컴퓨터 데이터 은행이 있습니다. 그리고 생물학적 K.s.

쌀. 1. 결정 구조 모델: ㅏ- 다이아몬드, 비 -염화나트륨, V- 바페르티사이트 BaFe 2 Tl(Si 2 O 7)O(OH).

현대의 정밀 회절 방법을 사용하면 원자 좌표(기하학 모델) 외에도 우주 구조의 다른 특성을 확인할 수 있습니다.

더 높은 순위의 텐서에 의해 설명되는 우주 시스템 원자의 열 진동의 불일치성을 실험적으로 자세히 결정하는 것이 가능합니다. 진동을 특징짓는 표면은 더 이상 3축 가우스 타원체가 아니며 대칭 중심도 없습니다. 부조화 매개변수를 사용하면 원자 진동의 특성을 음향, 강유전체와 연관시키는 것이 가능합니다. 결정의 특성은 결정의 고온 변형에서 상전이 동안 원자의 가능한 변위를 나타냅니다. 우주선의 원자 진동 빈도. 는 약 10 12Hz이며 분광학적으로 결정됩니다. 방법, 방법 비탄성 중성자 산란(센티미터. 결정 격자의 진동).

쌀. 2. 격자 내 원자의 열 진동 타원체 : ㅏ- 임의 방향의 일반적인 경우; 비- 구조의 진동 이방성 - 아세틸렌 - 300K에서 니켈 비스-사이클로펜타디엔. 왼쪽은 아세틸렌, 오른쪽은 사이클로펜타디엔.

관찰된 분포에서 빼기( 아르 자형)(1) 분포( 아르 자형)(2)를 통해 변형된 전자결정구조를 찾을 수 있다.

사실 식 (2)는 열 이동에 의해 얼룩진 결정의 자유 "원자"의 합이며, 전자 밀도는 화학 물질의 형성으로 인해 변하지 않습니다. 결정 시스템의 결합, 식 (1)은 이러한 결합이 모두 형성된 결정의 전자 밀도에 해당합니다. 값이 작다는 사실에도 불구하고 시스템의 여러 가지 미묘한 세부 사항을 식별할 수 있습니다. (그림 3). 따라서 "프로 원자"대신에 최대 값이 나타나는 것은 그 안에 전자가 과도하다는 것을 나타냅니다. 즉, 이것이 음이온이기 때문에 음전하를 띠고 최소 값이 나타나는 것은 그것이 양이온임을 나타냅니다. ; 이온화 정도는 dr def 값으로 추정할 수 있습니다. 이온 K.s. 전자는 원자 사이에 재분배되지만 "원자 간 공간"에서는 실질적으로 = 0입니다. 금속성 K.s. 원자의 전자 중 일부는 공유되어 원자간 공간에서 균일한 전자 밀도를 형성합니다. 공유 결정에서는 공유 결합을 형성하는 전자 쌍에 해당하는 원자 사이의 피크를 명확하게 나타냅니다. 분자 결정에는 원자의 고독 전자쌍에 해당하는 피크가 기록됩니다(그림 3). 수학. 치료 ( 아르 자형) 정전기 분포를 찾을 수 있습니다. 전자 전위, 위치 에너지, 원자의 장 구배 등. 전자 회절을 사용하면 전체(핵과 전자) 변형을 찾을 수 있습니다. 원자를 식별하고 식별합니다.

쌀. 3. 시아누르산의 변형 전자 밀도. 결합의 피크는 O 원자 근처의 원자가 결합 전자(고립 전자쌍)입니다.

결함. 모든 위치가 원자로 채워져 있는 것을 C.s.라고 합니다. 이상적인 K.s. 그러나 실제로는 K.s. 점(이상적인 위치에서 원자의 변위, 불순물 원자로의 원자 대체, 공극, 간극 원자 등), 선형 및 2차원(전위, 층 적용 오류 등) 등 여러 가지 결함이 있습니다. (보다. 결함결정에서). 예를 들어 점 결함 수가 많은 경우 CS의 전자 밀도에서 모든 셀의 평균 변화를 기록하는 것이 가능합니다. 루비 A1 2 0 3 +0.05% Cr에서 Cr은 A1의 위치를 ​​대체합니다. 빼기 또는 격자간 고용체 구조에서 br 분석은 원자가 특정 위치를 차지하는지에 대한 정보를 제공합니다.

크리스탈과 함께 원자가 고정점 주위에서 진동하는 물질. 평형 위치에는 결정이 있습니다. 원자, 그 그룹 또는 전체 분자는 통계적으로 서로 다릅니다. 조항 (참조 단단한).특정 결정의 열 분자. 무게 중심의 위치를 ​​유지하면서 구형 상태를 유지할 수 있는 구조입니다. 또는 원통형 회전. 일부 결정에서는 견고한 3차원 주기성이 존재합니다. 원자만으로 구성된 구조의 틀에서 특정 이온은 틀의 채널을 통해 자유롭게 이동하고 흐를 수 있습니다(참조. 이온 초전도체).하전 이온의 이동 경로는 dr def 분포에 의해 고정됩니다. 예를 들어 프레임 프레임 시스템에서도 마찬가지입니다. 제올라이트, 공극 내부에는 유기 분자가 있을 수 있습니다. 또한 박사에 의해 기록된 물질.

쌀. 4. 실리콘 내 인 클러스터의 원자 구조에 대한 전자현미경 이미지.

실제 코드에서 결함이 있는 특정 위치입니다. 또한 X선 및 중성자 지형학, 전자현미경(그림 4) 등을 사용하여 연구됩니다.

복잡한 K.s.이상적인 3차원 주기성과 함께 K.s. 다른 유형의 결정질이 있습니다. 원자의 순서. 따라서 규칙적인 3차원 격자의 "배경"에 대한 상부 구조에서는 상보성이 관찰됩니다. 예를 들어 자기장의 분포로 인해 이상적인 우주 시스템의 한두 주기의 배수인 주기를 갖는 질서정연함입니다. 원자의 순간, 전기 쌍극자 등. 때때로 그러한 상부 구조의주기는 주 격자주기의 배수가 아니며 Q.s입니다. ~라고 불리는 불균형하다. K.s. k.-l의 주기적 항목과 함께. 외부 원자가 포함되는 방향을 호출합니다. 변조. 예를 들어 마이크로 전자 공학에서 인공적으로 준비된 이종 구조. AlAs-GaAs는 공통적이고 동일한 결정을 가지고 있습니다. 격자 (기간 동일의 의미에서)이지만 하나 또는 다른 구성의 레이어가 번갈아 나타납니다 (그림 5). K.s가 있습니다. (예: 층상 규산염) 두 가지 이상의 고정층이 무질서하게 겹쳐진 형태. 예를 들어 건물 연결식 "리본" 또는 고정된 "기둥"의 구조 구성. 이 모든 것은 실제로 분해의 미세 부분의 원자 수준에서 단결정의 일관된 결합입니다. K.s.

쌀. 5. AlAs-GaAs 헤테로 구조의 원자 배열에 대한 전자 현미경 사진(배율 10 6).

더욱 복잡한 질서 교란으로 인해 기본 원칙이 부분적으로 또는 완전히 손실됩니다. K. s.의 표시 - 장거리 주문(참조: 장거리 및 단거리 주문),고분자, 액정의 구조에서 관찰되며, 준결정.

K.s. 특정 물질은 대칭성과 화학적 유형에 따라 분류됩니다. 사이. 다양한 화학 물질의 많은 물질. 구성은 동일하지만 원자 수의 비율이 동일하면 기하학적으로 유사한 K.s.를 갖습니다. 구조(예: MgO 및 TiN - NaCl의 구조 유형)에서. K. s의 대칭에서. 주어진 결정에서 가능한 물리적 요인을 예측하는 것이 가능합니다. 속성. 탄성, 광학, 전기 등과 같은 다양한 특성의 정량적 특성은 우주 구조에서 원자의 특정 배열과 연결될 수 있으며 때로는 우주 구조에서 직접 계산될 수도 있습니다. (센티미터. 크리스탈),

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결정(그리스어 xeufblpt, 원래 얼음, 나중에 암석 결정, 결정)은 원자가 규칙적으로 배열되어 3차원 주기적인 공간 배열인 결정 격자를 형성하는 고체입니다.

결정은 내부 구조, 즉 물질을 구성하는 입자(원자, 분자, 이온)의 여러 특정한 규칙적인 배열 중 하나를 기반으로 자연적인 외부 모양이 정대칭 다면체인 고체 물질입니다.

속성:

일률. 이 특성은 공간에서 동일하게 방향이 동일하지만 이 물질의 다른 지점에서 잘라낸 결정질 물질의 두 개의 동일한 기본 볼륨이 모든 특성에서 절대적으로 동일하다는 사실에서 나타납니다. 색상, 비중, 경도가 동일합니다. , 열전도도, 전기전도도 등

실제 결정질 물질에는 결정 격자를 왜곡시키는 영구적인 불순물과 내포물이 포함되어 있는 경우가 많다는 점을 명심해야 합니다. 따라서 실제 결정에는 절대적인 균질성이 존재하지 않는 경우가 많습니다.

결정의 이방성

많은 결정은 이방성 특성, 즉 그 특성이 방향에 의존하는 반면, 등방성 물질(대부분의 가스, 액체, 무정형 고체) 또는 유사등방성(다결정) 특성은 방향에 의존하지 않습니다. 결정의 비탄성 변형 과정은 항상 잘 정의된 슬립 시스템을 따라 발생합니다. 즉, 특정 결정학적 평면을 따라 그리고 특정 결정학적 방향에서만 발생합니다. 결정 매질의 다양한 영역에서 불균일하고 불균등한 변형 발생으로 인해 미세 응력장의 진화를 통해 이러한 영역 간에 강렬한 상호 작용이 발생합니다.

동시에 이방성이 없는 결정도 있습니다.

마르텐사이트 비탄성 물리학에서는 특히 형상 기억 효과 및 변형 가소성 문제에 대한 풍부한 실험 자료가 축적되어 있습니다. 거의 독점적으로 마르텐사이트 반응을 통한 비탄성 변형의 지배적인 발달에 대한 결정 물리학의 가장 중요한 입장이 실험적으로 입증되었습니다. 그러나 마르텐사이트 비탄성에 대한 물리적 이론을 구성하는 원리는 불분명합니다. 기계적 쌍정에 의한 결정 변형의 경우에도 비슷한 상황이 발생합니다.

금속의 전위 가소성에 대한 연구에서 상당한 진전이 이루어졌습니다. 여기서는 비탄성 변형 과정 구현의 기본 구조적, 물리적 메커니즘을 이해할 뿐만 아니라 현상을 계산하기 위한 효과적인 방법도 만들어졌습니다.

자가 증류 능력은 자유 성장 중에 면을 형성하는 결정의 특성입니다. 예를 들어 식용 소금과 같은 물질로 조각된 공을 과포화 용액에 넣으면 얼마 후 이 공은 입방체 모양을 갖게 됩니다. 대조적으로, 유리구슬은 비정질 물질이 자가 증류될 수 없기 때문에 모양이 변하지 않습니다.

일정한 융점. 결정체를 가열하면 온도가 특정 한계까지 상승하고, 더 가열하면 물질이 녹기 시작하고 모든 열이 결정 격자를 파괴하기 때문에 온도가 일정 시간 동안 유지됩니다. 녹기 시작하는 온도를 녹는점이라고 합니다.

크리스탈 분류

결정구조

각 물질마다 개별적인 결정 구조는 이 물질의 기본적인 물리적, 화학적 특성을 나타냅니다. 결정 구조는 원동 단위라고 하는 특정 원자 그룹이 결정 격자의 각 지점과 연관되어 있는 원자의 집합체이며 이러한 모든 그룹은 격자에 대한 구성, 구조 및 방향이 동일합니다. 이는 격자와 모티프 단위가 합성된 결과, 번역군에 의한 모티프 단위의 전파로 인해 구조가 발생한다고 볼 수 있다.

가장 단순한 경우, 모티프 단위는 구리나 철 결정과 같은 단일 원자로 구성됩니다. 이러한 모티프 단위를 기반으로 발생하는 구조는 기하학적으로 격자와 매우 유사하지만 점이 아닌 원자로 구성된다는 점에서 여전히 다릅니다. 이러한 상황은 종종 고려되지 않으며, 그러한 결정에 대한 "결정 격자" 및 "결정 구조"라는 용어는 동의어로 사용되며 이는 엄격하지 않습니다. 모티프 단위가 구성이 더 복잡한 경우(2개 이상의 원자로 구성됨) 격자와 구조의 기하학적 유사성이 없으며 이러한 개념의 변위로 인해 오류가 발생합니다. 예를 들어, 마그네슘이나 다이아몬드의 구조는 기하학적으로 격자와 일치하지 않습니다. 이러한 구조에서 모티프 단위는 두 개의 원자로 구성됩니다.

결정 구조를 특징짓는 주요 매개변수 중 일부는 서로 연관되어 있으며 다음과 같습니다.

§ 결정 격자 유형(systemony, Bravais 격자);

§ 단위 셀당 공식 단위 수;

§ 공간 그룹;

§ 단위 셀 매개변수(선형 치수 및 각도)

§ 세포 내 원자의 좌표;

§ 모든 원자의 배위수.

구조 유형

동일한 공간군과 결정 화학적 위치(궤도)에서 동일한 원자 배열을 갖는 결정 구조를 구조 유형으로 결합합니다.

가장 잘 알려진 구조 유형은 구리, 마그네슘, b-철, 다이아몬드(단순 물질), 염화나트륨, 섬아연석, 우르자이트, 염화 세슘, 형석(2원 화합물), 페로브스카이트, 스피넬(3원 화합물)입니다.

수정세포

이 고체의 구성 입자는 결정 격자를 형성합니다. 결정 격자가 입체적으로(공간적으로) 동일하거나 유사한 경우(동일한 대칭을 가짐), 결정 격자 사이의 기하학적 차이는 특히 격자 위치를 차지하는 입자 사이의 거리가 서로 다르기 때문에 발생합니다. 입자 자체 사이의 거리를 격자 매개변수라고 합니다. 기하학적 다면체의 각도뿐만 아니라 격자 매개변수는 구조 분석의 물리적 방법(예: X선 구조 분석 방법)에 의해 결정됩니다.

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쌀. 수정세포

종종 고체는 조건에 따라 두 가지 이상의 결정 격자 형태를 형성합니다. 이러한 형태를 다형성 변형이라고 합니다. 예를 들어, 단순 물질 중에는 마름모꼴 및 단사정계 유황, 흑연 및 다이아몬드가 알려져 있으며 이는 탄소의 육각형 및 입방체 변형이며, 복합 물질 중에서 석영, 삼중석 및 크리스토발라이트는 이산화규소의 다양한 변형입니다.

결정의 종류

이상적인 결정과 실제 결정을 분리하는 것이 필요합니다.

완벽한 크리스탈

실제로 그것은 완전하고 고유한 대칭을 가지며 이상적으로 부드럽고 매끄러운 모서리를 갖는 수학적 개체입니다.

진짜 크리스탈

이는 항상 격자 내부 구조의 다양한 결함, 면의 왜곡 및 불규칙성을 포함하며 특정 성장 조건, 공급 매체의 이질성, 손상 및 변형으로 인해 다면체의 대칭이 감소합니다. 실제 결정은 반드시 결정학적 면과 규칙적인 모양을 가질 필요는 없지만 결정 격자의 원자의 규칙적인 위치라는 주요 특성을 유지합니다.

결정 격자의 결함(결정의 실제 구조)

실제 결정에는 불완전성 또는 격자 결함이라고 불리는 원자 배열의 이상적인 순서에서 항상 편차가 있습니다. 이로 인해 발생하는 격자 붕괴의 기하학적 구조에 따라 결함은 점, 선형 및 표면으로 구분됩니다.

점결함

그림에서. 그림 1.2.5는 다양한 유형의 점 결함을 보여줍니다. 이는 빈 격자 사이트, 간극의 "자체" 원자, 격자 사이트 및 간극의 불순물 원자 등의 공석입니다. 처음 두 가지 유형의 결함이 형성되는 주된 이유는 온도가 증가함에 따라 강도가 증가하는 원자의 이동입니다.

쌀. 1.2.5. 결정 격자의 점 결함 유형: 1 - 공극, 2 - 침입형 사이트의 원자, 3 및 4 - 사이트 및 침입형 사이트의 불순물 원자

어떤 점 결함 주변에서는 반경 R이 1...2 격자 주기인 격자의 국부적 왜곡이 발생합니다(그림 1.2.6 참조). 따라서 그러한 결함이 많으면 분포 특성에 영향을 미칩니다. 원자 간 결합력과 그에 따른 결정의 특성.

쌀. 1.2.6. 공극(a) 주변의 결정 격자와 격자 위치의 불순물 원자(b)의 국부적 왜곡

선형 결함

선형 결함을 전위라고 합니다. 이들의 출현은 "추가" 원자 반면(외부 평면) 결정의 특정 부분에 존재하기 때문에 발생합니다. 이는 그림 1에 표시된 것처럼 금속의 결정화(원자 층 채우기 순서 위반으로 인해) 또는 소성 변형의 결과로 발생합니다. 1.2.7.

쌀. 1.2.7. 힘의 영향으로 결정 상부의 부분 변위로 인해 가장자리 전위()가 형성됩니다. ABCD - 슬립 평면; EFGН - 엑스트라 플레인; EN - 가장자리 전위선

전단력의 영향으로 특정 슬라이딩 평면("광 전단") ABCD를 따라 결정 상부의 부분적인 이동이 발생한 것을 볼 수 있습니다. 그 결과, 엑스트라플레인 EFGH가 형성되었습니다. 아래쪽으로 계속되지 않기 때문에 격자의 탄성 왜곡은 여러 원자 간 거리의 반경(예: 10 -7 cm - 항목 1.2.1 참조)으로 가장자리 EH 주위에 나타나며, 이 왜곡의 정도는 몇 배 더 큽니다( 최대 0.1...1cm에 도달).

외평면 가장자리 주변의 결정 결함은 선형 격자 결함이며 가장자리 전위라고 합니다.

금속의 가장 중요한 기계적 특성인 강도와 연성(주제 1.1 참조)은 전위의 존재와 몸체에 하중이 가해질 때의 거동에 따라 결정됩니다.

전위 이동 메커니즘의 두 가지 특징에 대해 살펴 보겠습니다.

1. 전위는 외부 평면의 "릴레이 레이스" 움직임을 통해 슬립 평면을 따라 매우 쉽게 (낮은 하중에서) 이동할 수 있습니다. 그림에서. 그림 1.2.8은 이러한 움직임의 초기 단계를 보여줍니다(가장자리 전위 선에 수직인 평면의 2차원 패턴).

쌀. 1.2.8. 가장자리 전위의 릴레이 이동의 초기 단계 (). A-A - 슬라이딩 평면, 1-1 외부 평면(초기 위치)

힘의 영향으로 외부 평면(1-1)의 원자는 평면(2-3)에서 슬라이딩 평면 위에 위치한 원자(2-2)를 떼어냅니다. 결과적으로 이들 원자는 새로운 외부평면(2-2)을 형성합니다. "오래된" 외부평면(1-1)의 원자가 빈 공간을 차지하여 평면(1-1-3)의 구성을 완료합니다. 이 행위는 외부계(1-1)와 관련된 “오래된” 전위가 사라지고, 외부계(2-2)와 관련된 “새로운” 전위의 출현을 의미한다. "릴레이 배턴"의 이동 - 하나의 평면 간 거리로의 전위. 전위의 이러한 릴레이 이동은 결정의 가장자리에 도달할 때까지 계속됩니다. 이는 결정의 상부 부분이 하나의 평면간 거리만큼 이동(즉, 소성 변형)됨을 의미합니다.

이 메커니즘에는 많은 노력이 필요하지 않습니다. 외부 평면을 ​​둘러싼 제한된 수의 원자에만 영향을 미치는 연속적인 미세 변위로 구성됩니다.

2. 그러나 그러한 탈구의 미끄러짐의 용이함은 경로에 장애물이 없는 경우에만 관찰된다는 것은 명백합니다. 이러한 장애물은 격자 결함(특히 선형 및 표면!)뿐 아니라 다른 상의 입자(재료에 존재하는 경우)입니다. 이러한 장애물은 격자 왜곡을 생성하고 이를 극복하려면 추가 외부 힘이 필요하므로 전위의 이동을 차단할 수 있습니다. 움직이지 않게 만드세요.

표면 결함

모든 산업용 금속(합금)은 다결정 재료입니다. 입자라고 불리는 수많은 작은 (보통 10 -2 ... 10 -3 cm) 혼돈 방향의 결정으로 구성됩니다. 각 결정립(단결정)에 내재된 격자 주기성은 이러한 물질에서 파괴된다는 것이 명백합니다. 결정립의 결정학적 평면이 각도 b만큼 서로에 대해 회전하기 때문입니다(그림 1.2.9 참조). 그 중 분수에서 수십도까지 다양합니다.

쌀. 1.2.9. 다결정 재료의 결정립계 구조 구조

결정립 사이의 경계는 일반적으로 무질서한 원자 배열을 갖는 최대 10원자간 거리의 전이층입니다. 이곳은 전위, 공석, 불순물 원자가 쌓이는 곳이다. 따라서 대부분의 다결정 재료에서 결정립계는 2차원 표면 결함입니다.

결정의 기계적 성질에 대한 격자 결함의 영향. 금속의 강도를 높이는 방법.

강도는 외부 하중의 영향으로 변형 및 파괴에 저항하는 재료의 능력입니다.

결정체의 강도는 적용된 하중에 대한 저항으로 이해되며, 결정의 한 부분이 다른 부분에 비해 움직이거나 찢어지는 경향이 있습니다.

금속에 이동 전위가 존재하면(이미 결정화 과정에서 최대 10 6 ... 10 8 전위가 1 cm 2와 동일한 단면에 나타남) 로딩에 대한 저항이 감소합니다. 연성이 높고 강도가 낮습니다.

분명히 강도를 높이는 가장 효과적인 방법은 금속에서 전위를 제거하는 것입니다. 그러나 이 경로는 기술적으로 진보되지 않았습니다. 전위가 없는 금속은 직경이 수 마이크론이고 길이가 최대 10 마이크론인 얇은 실(소위 "위스커") 형태로만 얻을 수 있습니다.

따라서 실질적인 강화 방법은 제동, 격자 결함(주로 선형 및 표면!) 수를 급격히 증가시켜 이동 전위를 차단하고 다상 재료를 생성하는 것을 기반으로 합니다.

금속 강도를 높이는 전통적인 방법은 다음과 같습니다.

– 소성 변형 (가공 경화 또는 경화 현상),

– 열(및 화학적 열) 처리,

– 합금화(특수 불순물 도입) 및 가장 일반적인 접근 방식은 합금을 생성하는 것입니다.

결론적으로, 이동 전위 차단을 기반으로 한 강도 증가는 연성 및 충격 강도 감소로 이어지며 이에 따라 재료의 작동 신뢰성이 저하된다는 점에 유의해야 합니다.

따라서 경화 정도에 대한 문제는 제품의 목적과 사용 조건에 따라 개별적으로 결정되어야 합니다.

문자 그대로의 다형성은 다형성을 의미합니다. 동일한 화학 조성의 물질이 서로 다른 구조로 결정화되어 서로 다른 결합의 결정을 형성하는 현상입니다. 예를 들어 다이아몬드와 흑연은 화학적 조성은 동일하지만 구조가 다르므로 두 광물 모두 물리적 특성이 크게 다릅니다. 속성. 또 다른 예는 방해석과 아라고나이트입니다. 이들은 CaCO 3의 조성은 동일하지만 다형체는 다릅니다.

다형성 현상은 결정질 물질의 형성 조건과 관련이 있으며 다양한 열역학적 조건에서 특정 구조만 안정적이라는 사실에 기인합니다. 따라서 금속 주석(소위 백색 주석)은 온도가 -18℃ 이하로 떨어지면 불안정해지고 부서져 다른 구조의 “회색 주석”을 형성합니다.

동형. 금속 합금은 한 원소의 원자가 다른 원소의 결정 격자 간극에 위치하는 다양한 조성의 결정 구조입니다. 이것은 소위 두 번째 종류의 고용체입니다.

제2종 고용체와 달리 제1종 고용체에서는 한 결정질 물질의 원자 또는 이온이 다른 결정질 물질의 원자 또는 이온으로 대체될 수 있습니다. 후자는 결정 격자의 노드에 위치합니다. 이런 종류의 용액을 동형 혼합물이라고 합니다.

동형현상의 발현에 필요한 조건:

1) 양이온은 양이온으로, 음이온은 음이온으로 같은 부호의 이온만 대체될 수 있습니다.

2) 비슷한 크기의 원자나 이온만 대체될 수 있습니다. 이온 반경의 차이는 완벽한 동형의 경우 15%, 불완전한 동형의 경우 25%를 초과해서는 안 됩니다(예: Mg 2+의 Ca 2+).

3) 극성 정도(즉, 결합의 이온성-공유 정도)가 가까운 이온만 대체될 수 있습니다.

4) 주어진 결정 구조에서 동일한 배위수를 갖는 원소만 대체 가능

5) 동형 치환은 이런 방식으로 일어나야 합니다. 결정 격자의 정전기적 균형이 방해받지 않도록 합니다.

6) 격자 에너지가 증가하는 방향으로 동형 치환이 발생합니다.

동형의 유형. 동형성에는 4가지 유형이 있습니다.

1) 등가 동형은 이 경우 동일한 원자가의 이온이 있고 이온 반경의 크기 차이가 15%를 넘지 않아야 한다는 사실을 특징으로 합니다.

2) 이종 동형. 이 경우, 다른 원자가의 이온 대체가 발생합니다. 이러한 치환을 사용하면 결정 격자의 정전기 균형을 방해하지 않고 하나의 이온을 다른 이온으로 대체할 수 없으므로 이종 동형을 사용하면 이형 동형과 마찬가지로 이온이 대체되지 않지만 특정 원자가의 이온 그룹이 대체됩니다. 동일한 총 원자가를 유지하면서 다른 이온 그룹에 의해.

이 경우, 한 원자가의 이온을 다른 원자가의 이온으로 대체하는 것은 항상 원자가 보상과 연관되어 있음을 항상 기억할 필요가 있습니다. 이러한 보상은 화합물의 양이온 부분과 음이온 부분 모두에서 발생할 수 있습니다. 이 경우 다음 조건이 충족되어야 합니다.

A) 대체된 이온의 원자가의 합은 대체되는 이온의 원자가의 합과 같아야 합니다.

B) 대체된 이온의 이온 반경의 합은 대체 이온의 이온 반경의 합에 가까워야 하며 15% 이하로 다를 수 있습니다(완벽한 동형의 경우).

3) 등구조적. 일어나는 일은 하나의 이온이 다른 이온으로 대체되거나 이온 그룹이 다른 그룹으로 대체되는 것이 아니라 하나의 결정 격자의 전체 "블록"이 다른 유사한 "블록"으로 대체되는 것입니다. 이는 광물의 구조가 동일한 유형이고 단위 셀 크기가 유사한 경우에만 발생할 수 있습니다.

4) 특별한 종류의 동형.

결정 격자 결함 전위

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결정화는 금속이 결정 구조를 형성하면서 액체 상태에서 고체 상태로 전이되는 과정입니다. 아크 용접 중 이음새 형성 계획. 액체 금속 결정의 성장이 시작되기 위해 필요한 핵심 요소 및 조건.

프레젠테이션, 2015년 4월 26일에 추가됨


유리의 구조(혼란스러운 방식으로 배열된 결정에 의한 형성) 및 생산 방법(용융 냉각, 증기 증착, 결정에 뉴런 충격)을 연구합니다. 결정화 및 유리전이 과정에 대해 알아봅니다.

초록, 2010년 5월 18일에 추가됨


바이폴라 트랜지스터의 작동 원리인 실제 결정의 결함입니다. 격자간 및 치환 고용체에서 결정 격자의 왜곡. 반도체의 표면 현상. 트랜지스터 매개변수 및 이미터 전류 전달 계수.