Кристалічна гратка — це просторова сітка вузлів, що регулярно повторюються і паралельно розміщуються у просторі і в яких можуть розміщуватися атоми, іони або молекули речовини.

В основі кристалічної гратки лежить елементарна ко­мірка, яка є паралелепіпедом з характерним для даного типу гратки розташуванням атомів (див. рис. 1). Грані цього парале­лепіпеда а, Ь, с і кути між ними α, β, γ співпадають з кристалогра­фічними осями даного типу кристалів.

Якщо взяти велику кількість елементарних комірок і заповнити ними впритул одна до одної певний об'єм, зберігаючи паралельність граней та ребер, то отримаємо кристал ідеальної будови.

В залежності від геометрич­ної форми кристалів або форми елементарної комір­ки, кутів між її гранями а, β, γ та від співвідношення довжин ребер а, Ь, с роз­різняють сім систем (с и н г о н і й) кристалів: кубічну, тетраго­нальну, ромбічну, моноклінну, триклінну, гексаго­нальну, ромбоед­ричну. Системи криста­лів та їх геометричні ха­рактеристики наведені на рис. 3.

 

 

Кубічна а=Ь=с α=β=γ=90°

 

Тетрагональна а=Ь≠с α=β=γ=90'

 

Ромбічна а≠Ь≠с α=β=90' Моноклінна а≠Ь≠с α=γ=90°β≠90° Tpиклінна а≠Ь≠с α≠β≠γ≠90'

 

 

Гексагональна а=в=с α=β=90° γ=120⁰

 

Ромбоедрична а=в=с α=β=γ≠90'

 

Рис.3 Основні системи кристалів

 

В кубічній сис­темі всі кути елементар­ної комірки прямі і всі її ребра однакової довжини. Основними формами кубіч­ної системи є куб і октаедр (див. рис. 5). Для криста­лів цієї системи існують три решітки: проста, об'ємноцентрована та гранецентрована. В кубічній системі кристалізу­ється значна кількість металів (літій, залізо, мідь), деякі немета­ли (алмаз, кремній) та багато неорганічних сполук (NaCl, KC1, ZnS).

В тетрагональній системі всі кути між ребрами елементарної комірки дорівнюють 90°. Довжини двох ребер елемен­тарної комірки однакові за величиною і утворюють квадрат. Дов­жина третього не дорівнює довжині двох перших. Основні форми кристалів — квадратна призма та біпіраміда з квадратною основою (див. рис. 5). У цій системі кристалізуються Sn, SnO₂ тощо.

В гексагональній системі довжини двох ребер кристала однакові, а кути між ними дорівнюють 120°. Третє ребро знаходиться під кутом 90° і його довжина не дорівнює довжинам двох перших. Основні форми кристалів: гексагональна призма та біпіраміда (див. рис. 5). У гексагональній системі кристалізуються деякі метали (Zn, Hg) і сполуки (SiO₂, HgS, NaNO₃ тощо).

Геометричні характеристики кристалів інших сингоній наве­дено на рис. 3.

Типи кристалічних граток.

 

В залежності від природи частинок, що містяться у вузлах кристалічної гратки, а також від характеру сил між ними, розрізняють такі основні типи кристалічних граток: іонні, атомні, молекулярні і металічні.

 

У вузлах іонних граток розміщені іони протилежного знаку, зв'язані силами електростатичного притягання. Зазначимо, що чисто іонний зв'язок в криста­лах не реалізується. В іонних сполуках завжди є також кова­лентний зв'язок, а частка іон­ного зв'язку не перевершує 80—90 %. Наприклад, в кри­сталі NaCI частка іонного зв'яз­ку не перевершує 82%, а в мак­симально іонній сполуці CsF частка іонного зв'язку стано­вить 93%. В іонних решітках можуть міститися прості іони (кристал NaCI) і складні (кри­стал NH₄NO₃).

 

Рис.4.Кристалічна гратка алмазу

 

Як зазначалось, внаслідок ненасиченості і ненапрямленості іонного зв'язку іонні кристали характеризуються ве­ликими координаційними числами. До сполук з іонними гратками належать більшість солей і невелика кількість оксидів. Іонні гратки міцніші за молекулярні, проте слабкіші за атомні. Іонні сполуки характеризуються досить високими температурами плав­лення і кипіння; розчини і розплави їх мають високу електропровідність.

 

У вузлах атомних граток містяться атоми, зв'язані між собою ковалентним зв'язком. До речовин з атомними гратками належать алмаз (рис. 4), кремній, бор і деякі неорганічні сполуки. Будова ковалентних кристалів визначається типом гібридизації орбіталей атомів, які входять до їх складу. Речовини з атомними гратками характеризуються високими температурами плавлення, великою твердістю і практично нерозчинні у жодному з розчинників. У вузлах молекулярних граток розміщені молекули, зв'язані між собою міжмолекулярними силами. До речовин з молекуляр­ними гратками належать неметали (крім вуглецю і кремнію), всі органічні сполуки з неіонним зв'язком і багато неорганічних сполук. У сполуках, які містять атомні групи F—Н, О—Η, Ν—Н, структура кристалів в основному визначається водневим зв'язком. Сполуки з молекулярними гратками мають невелику твердість,.легкоплавкі і леткі.

 

У вузлах металічних граток містяться атоми металів, між якими вільно рухаються електрони. Для них найхарактерніші такі три типи кристалічних решіток (рис. 5): кубічна гранецентрована а (к.ч. 12), гексагональна б (к.ч. 12) та кубічна об'ємноцентрована в (к. ч. 8).

Є речовини, в кристалах яких значну роль відіграють два види взаємодії між складовими частинками. Так, у графіті атоми вуглецю зв'язані між собою в одних напрямках ковалентним зв'язком, а в ін­ших — металічним. Тому гратку графіту можна розглядати і як атомну, і як металічну. У деяких неорганічних сполуках (напри­клад, BeO, ZnS. CuCl) зв'язок між частинками, що містяться у вуз­лах гратки, частково іонний, а частково ковалентний. Тому такі гратки можна розглядати як проміжні між іонними і атомними.

Типи кристалічних грат у різних металів різні найбільш часто зустрічаються гратки: об'ємно-центрована кубічна (ОЦК) - а-Fe, Cr, W, гранецентрована кубічна (ГЦК) - г-Fe, А1, Си і гексагональна щильноупакована (ГЩУ) - Mg, Zn і ін.

Кристалічна гратка характеризуються певними параметрами, наприклад довжиною ребра куба для ОЦК і ГЦК, яка складає для металів 2,8-6· 10^-8 см.

 

а б в

 

Рис. 5. Кристалічні гратки металів