ساختارهای بلوری

 

اتم ها در حالت جامد تمایل دارند که جای ثابتی را اشغال کنند و این پدیده منجر به تشکیل بلورها در حالت جامد میشود.یک بلور از مجموعه اتم هایی که با نظم معینی در تمام حجم بلور توزیع شده اند تشکیل شده است.اگر بطور فرضیمرکز این اتم ها بهم وصل شوند،سیستمی بوجود می آید که شامل تعداد زیادی متوازی السطوح است.این سیستم را شبکه بلوری می نامند.کوچکترین متوازی السطوحی که با انتقال پیوسته آن در سه جهت بتوان تمام حجم شبکه را پر کرد،سلول واحد نامیده میشود.بعبارت دیگر از کنار هم گذاشتن سلول های واحد در سه جهت میتوان تمام حجم یک بلور را ساخت.

هر شبکه فضایی یا سلول واحد را میتوان با سه بردارa،bوc(در امتداد سه محور مناسب)و سه زاویه بین آنها مشخص کرد.بنابراین برای بررسی ساختار یک بلور کافیست کوپکترین بخش از یک شبکه فضایی که تمام ویژگی های آن بلور را داراست،یعنی سلول واحد،در نظر گرفته شود.

با توجه به روابط بین پارامترهای شبکه و زوایای بین یال ها،هفت سیستم بلوری وجود دارد:مکعبی،تتراگونال،اورتورمبیک،هگزاگونال یا منشور شش وجهی ،رومبوهدرال و منوکلینیک.

اکثر فلزات در یکی از سیستم های مکعبی یا هگزاگونال متبلور میشوند بنابراین ما با سه نوع شبکه کریستالی سروکار داریم که عبارتند از مکعب با سطوح مرکزدار(fcc)،مکعب مرکزدار(bcc)و هگزاگونال متراکم(hcp).

اغلب فلزات دارای یک شبکه مکعبی هستند اما فلزاتی هم هستند که در حالت جامد دارای بیش از یک نوع شبکه هستند که هر یک از آنها در یک محدوده دمای مشخص پایدار است.این چندگانگی یا(آلوتروپی) خود باعث به دست آوردن خواص مختلفی از یک فلز میشود،مانند آهن که دارای اهمیت خاصی در صنعت است.فلزات اغلب بشکل متراکم ترین شبکه ممکن ظاهر میشوند با فرض اینکه اتم ها بصورت توپهای سخت در نظر گرفته شوند،با قرار دادن آنها در کنار یکدیگر میتوان یک ساختار متراکم و بلوری ساخت.برای بیست آوردن ساختار متراکم از یک عنصر توپ هایی با اندازه های یکسان در کنار یکدیگر طوری قرار داده میشوند که حداقل فضای خالی در بین آنها باقی بماند.برای رسیدن به ساختار متراکم دو روش وجود دارد که نتیجه ان ساختار متراکم هگزاگونال و مکعبی با وجوه مرکزدار است،اتم ها در hcp در لایه های abcabc ولی fccدر لایه های ababروی هم قرار میگیرند.

پارامتر شبکه

 

پارامتر شبکه اندازه و شکل شبکه را مشخص میکند،شامل ابعاد اضلاع سلول واحد و زوایای بین اضلاع است.در یک سیستم مکعبی،تنها طول یکی از اضلاع مکعب برای مشخص کردن کامل سلول واحد لازم است،زیرا همه زوایا قاءمه هستند.این طول که در دمای محیط اندازه گیری میشود،پارامتر شبکه (a)نام دارد و اغلب با آنگستروم بیان میشود.گاهی اوقات تعداد بیشتری از پارامترهای شبکه برای تعیین اندازه و شکل سلولهای واحد پیچیده نیاز است.

تعداد اتم های در هر سلول واحد

 

منظور از تعداد اتم های در هر سلول واحد،تعداد اتم های متعلق به یک سلول واحد است.بنابراین هنگامی که تعداد اتم ها در هر سلول واحد شمرده میشوند باید این نکته را در نظر گرفت که این اتم ها ممکن است به بیش از یک سلول واحد تعلق داشته باشند تعداد اتم ها در هر سلول واحد برابر با حاصلضرب تعداد اتم های متعلق به هر نقطه شبکه در تعداد آن نقاط  در هر سلول واحد است در اکثر فلزات یک اتم در یک نقطه شبکه قرار گرفته است در نتیجه تعداد تعداد اتم ها با تعداد نقاط شبکه برابرست.در ساختارهای مکعبی ساده،مکعبی با سطوح مرکزدار و مکعبی مرکزدار یک اتم در هر نقطه شبکه قرار دارد.در بعضی ساختارهای پیچیده تر،برای مثال سرامیکها،ممکن است چند اتم به یک نقطه شبکه تعلق داشته باشند و سلول های واحد بسیار پیچیده تشکیل دهند.

 

ععد همسایگی

 

تعداد اتم هایی که در همسایگی یک اتم قرار دارند را عدد کوردیناسیون یا عدد همسایگی گویند.برای دو نوع ساختار fccوhcpاین عدد 12 است که حداکثر عدد همسایگی ممکن است،زیرا تنها در چنین حالتی است که چگالی حداکثر است و در نتیجه متراکم ترین نوع ساختار بلوری است.در شبکه bccاتم موجود در مرکز با 8 اتم واقع در گوشه های مکعب در تماس است و عدد همسایگی bccبرابر 8است.این نیز نشان میدهد که ساختارهای hcpوfccمتراکم تر از ساختارهای bccهستند.برای بدست آوردن عدد همسایگی در شبکه هایی که از ذرات با قطرهای محتلف تشکیل شده اند باید از نسبت شعاع کاتیون به شعاع آنیون استفاده کرد.

 

امین و امیر وزیریان:مسئولین کارگروه متالورژی کانون دانش پژوهان طلیعه خوزستان