La celda unitaria de la red cristalina sirve para describir la microestructura de los materiales. Muchas propiedades físicas y químicas de una sustancia dependen de sus parámetros: dureza, punto de fusión, conductividad eléctrica y térmica, plasticidad, entre otros. Los tipos de estas estructuras elementales se describieron ya en el siglo XIX. Una de las variedades es la célula primitiva. Para aislar una celda unitaria en la estructura del material, se deben cumplir una serie de condiciones.
Retícula cristalina
Todos los sólidos según su estructura interna se pueden clasificar en dos formas: amorfos y cristalinos. Una característica distintiva de este último es la estructura organizada específica de las partículas.
La red cristalina es un modelo tridimensional simplificado de cristales sólidos, que se utiliza para analizar sus propiedades en física, química, biología, mineralogía y otras ciencias. Exteriormente, parece una rejilla. En sus nodos están los átomos de materia. Esta matriz de puntos tiene un orden específico que se repite regularmente para cada especie.sustancias.
¿Qué es una celda unitaria?
La celda unitaria de la red cristalina es la parte más pequeña de un sólido que nos permite caracterizar sus propiedades. Sirve como base de la cuadrícula y se duplica en ella innumerables veces.
Este modelo se utiliza para simplificar la descripción visual de la estructura interna de los cristales. En este caso se utiliza un sistema de 3 ejes de coordenadas cristalográficas que se diferencian de los ortogonales habituales en que son segmentos finitos de un tamaño determinado. Los ángulos entre los ejes pueden ser iguales a 90° o ser indirectos.
Si llena densamente un cierto volumen con células elementales, puede obtener un monocristal ideal. En la práctica, los policristales son más comunes y consisten en varias estructuras regulares limitadas en el espacio.
Vistas
En ciencia, hay 14 tipos de celdas elementales de redes con una geometría única. Fueron descritos por primera vez por el físico francés Auguste Bravais en 1848. Este científico es considerado el fundador de la cristalografía.
Estos tipos de estructuras elementales de la red cristalina se agrupan en 7 categorías, denominadas singonías, según la relación entre las longitudes de los lados y la igualdad de los ángulos:
- cúbico;
- tetragonal;
- ortorrómbico;
- romboédrico;
- hexagonal;
- triclínica.
El más simple y común en la naturaleza dede ellos es la primera categoría, que a su vez se divide en 3 tipos de redes:
- Cúbica simple. Todas las partículas (y pueden ser átomos, partículas cargadas eléctricamente o moléculas) están ubicadas en los vértices del cubo. Estas partículas son idénticas. Cada celda tiene 1 átomo (8 vértices × 1/8 átomo=1).
- Cúbico centrado en el cuerpo. Se diferencia del modelo anterior en que hay una partícula más en el centro del cubo. Cada celda tiene 2 átomos de materia.
- Cúbica centrada en las caras. Las partículas están contenidas en los vértices de la celda elemental, así como en el centro de todas las caras. Cada una de las celdas tiene 4 átomos.
Célula primitiva
Una celda elemental se llama primitiva si sus partículas están ubicadas solo en los vértices de la red y están ausentes en otros lugares. Su volumen es mínimo en comparación con otros tipos. En la práctica, a menudo resulta ser de baja simetría (un ejemplo es la celda de Wigner-Seitz).
Para las células no primitivas, el átomo en el centro del volumen las divide en 2 o 4 partes idénticas. En la estructura centrada en las caras, hay una división en 8 partes. En metalografía, se utiliza el concepto de celda elemental en lugar de primitiva, ya que la simetría de la primera celda permite una descripción más completa de la estructura cristalina del material.
Señales
Los 14 tipos de celdas elementales tienen propiedades comunes:
- son las estructuras repetitivas más simples en un cristal;
- cada centro de celosía consta de unapartículas, llamado nodo reticular;
- los nodos de las celdas están interconectados por líneas rectas que forman la geometría del cristal;
- las caras opuestas son paralelas;
- la simetría de la estructura elemental corresponde a la simetría de toda la red cristalina.
Al elegir la estructura de una celda elemental, se siguen algunas reglas. Ella debe tener:
- volumen y área más pequeños;
- el mayor número de aristas y ángulos idénticos entre ellas;
- ángulos rectos (si es posible);
- simetría espacial, que refleja la simetría de toda la red cristalina.
Volumen
El volumen de una celda elemental se determina en función de su forma geométrica. Para la singonía cúbica, se calcula como la longitud de la cara (distancia de centro a centro de los átomos) elevada a la tercera potencia. Para un sistema hexagonal, el volumen se puede determinar usando la siguiente fórmula:
donde a y c son los parámetros de la red cristalina, medidos en angstroms.
En la práctica, los parámetros de la red cristalina se calculan para luego determinar la estructura del compuesto, la masa de un átomo (basado en el peso de un volumen dado y el número de Avogadro) o su radio.
