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O segredo da célula unitária revelado: por que a célula unitária primitiva é a menor unidade da estrutura cristalina?
Em geometria, biologia, mineralogia e física do estado sólido, uma célula unitária é uma unidade repetitiva formada pelos vetores que descrevem os pontos na rede. Apesar do nome bastante sugestivo, uma célula unitária não tem necessariamente um tamanho unitário, ou mesmo um tamanho específico. Em contraste, a célula unitária primitiva é sem dúvida o conceito mais próximo de um vetor unitário, pois tem um tamanho definido para uma determinada rede e é a unidade básica a partir da qual células unitárias maiores são construídas.
As características geométricas da célula unitária não afetam apenas o planejamento da estrutura, mas também afetam as propriedades físicas do cristal.
O conceito de célula unitária é particularmente útil para descrever estruturas cristalinas em duas e três dimensões, embora possa ser compreendido em todas as dimensões. Uma rede pode ser caracterizada pela geometria de sua célula unitária, uma parte que gera um mosaico inteiro, geralmente um paralelogramo ou paralelepípedo, que é gerado apenas por translações.
Existem dois casos especiais de células unitárias: células primitivas e células regulares. A célula unitária primitiva corresponde a um único ponto da rede e é a menor célula unitária possível. Em alguns casos, a simetria completa da estrutura cristalina pode não emergir da célula unitária primitiva, caso em que uma célula unitária convencional pode ser usada. Uma célula unitária regular (que pode ou não ser uma célula unitária primitiva) é uma célula unitária com simetria completa da rede e pode conter mais de um ponto da rede.
A definição da célula unitária primitiva está intimamente ligada aos eixos primitivos (vetores), que são a menor unidade de volume da rede.
A célula unitária primitiva contém exatamente um ponto de rede, então para uma célula unitária normal, os pontos de rede pertencentes a n unidades são tratados no cálculo como se cada célula unitária contivesse 1/n dos pontos de rede. Grade. Isso significa que, no espaço tridimensional, se uma célula unitária primitiva tiver pontos de rede em todos os oito vértices, então a célula unitária primitiva na verdade contém apenas 1/8 de cada ponto de rede. Este método de cálculo permite que a célula unitária primitiva represente com precisão a forma básica de repetição da estrutura reticular.
Para cada rede de Bravais, há outra célula unitária primitiva, chamada célula de Wiegand-Seitz. O ponto de rede da célula unitária de Wiegand-Seitz está localizado no centro da célula unitária e geralmente não é um paralelogramo ou paralelepípedo. Esta célula unitária é uma partição do espaço do tipo Voronoi, e a rede recíproca da célula unitária de Wiegand-Seitz no espaço de momento é chamada de zona de Brillouin.
Na cristalografia, para cada rede específica, uma célula unitária convencional é escolhida com base na conveniência computacional. Essas células unitárias regulares podem ter sítios de rede adicionais adicionados às faces ou ao volume da célula unitária, onde o número de tais sítios e o volume da célula unitária regular são múltiplos inteiros da célula unitária original (por exemplo, 1, 2, 3 , ou 4).
Para qualquer rede bidimensional, a célula unitária geralmente é um paralelogramo, embora em alguns casos especiais seus ângulos internos possam ser retos, seus lados possam ter o mesmo comprimento, ou ambos. Todas as quatro e cinco redes de Bravais bidimensionais podem ser representadas usando células primitivas convencionais, enquanto a rede retangular concentrada também tem uma célula primitiva semelhante a um losango. Para distingui-las com base na simetria, elas são geralmente representadas usando uma célula primitiva contendo duas Representação convencional de células unitárias de pontos de rede.
Para qualquer rede tridimensional, a célula unitária convencional é geralmente um paralelepípedo e, em casos especiais, pode ter ângulos retos, ou lados de igual comprimento, ou ambos. Existem sete redes de Bravais tridimensionais representadas usando a célula primitiva regular, e outras sete (chamadas redes concentradas) também são representadas usando a célula primitiva paralelepipédica, mas são representadas usando a célula regular porque isso permite Essas unidades são distinguidas por sua simetria por terem mais de um ponto de rede na célula unitária.
O conhecimento de longa data dos cientistas sobre a estrutura cristalina permitiu muitos avanços tecnológicos. Então, no futuro, podemos usar esse conhecimento para desvendar mais mistérios da natureza?
