Гексагональная плотноупакованная структура.

В кристаллах часто встречается гексагональная плотноупакованная структура. Она образуется при складывании плотноупакованных плоскостей в простой последовательности: две плотноупакованные плоскости соприкасаются друг с другом таким образом, что каждый атом одной плоскости помещается в углублении между тремя атомами соседней плоскости.

Рис.4 а – укладка плотноупакованных плоскостей для получения кристаллической структуры типа гекс. п. у.; б – относительное расположение атомов в кристалле с гекс. п. у.; в – объемное изображение структуры гекс. п. у.

Кубическая гранецентрированная структура, или кубическая плотноупакованная структура

Родственная кристаллическая структура получается в том случае, когда плотноупакованные плоскости складываются в следующей последовательности. В этом случае первые две плоскости идут в последовательности АВ, а третья смещена по отношению к обеим плоскостям А и В в положение С. Четвертая плоскость занимает положение А. В итоге устанавливается повторяющаяся последовательность АВСАВС... Элементарная ячейка этой кристаллической структуры показана на рис.5. Эта ячейка не является минимально возможной, но зато она весьма удобна, так как представляет собой куб. Атомы занимают все вершины куба и центр каждой грани. Отсюда и происходит название — гранецентрированная кубическая структура (г. ц. к.).

Рис.5. Укладка плотноупакованных плоскостей для образования решетки г. ц. к. Элементарный куб - объем, обведенный жирными линиями.

Плотноупакованные плоскости обозначены затененными треугольниками.

Рис.6. Расположение атомных центров в решетке о. ц. к.

Эта элементарная ячейка представляет собой куб с атомами в каждой вершине и в центре куба. Такая структура не имеет плотной упаковки, поскольку каждый атом окружен только восемью соседями. Следует отметить, что соприкосновение атомов происходит вдоль диагоналей куба.

Простая кубическая структура

Другая возможная структура — это простое кубическое расположение атомов. В элементарном кубе такой структуры атомы расположены только в вершинах куба. Поэтому атомы касаются друг друга вдоль ребер куба (рис. 7). Эта структура имеет неплотную упаковку. Каждый атом имеет всего шесть ближайших соседей. Такая структура встречается только у одного элемента—полония и то лишь в определенной области температур.

Рис.7 Расположение атомных центров в простой кубической решетке.

2. Общие геометрические свойства простых структур

Общие характерные свойства описанных выше основных структур таковы, что можно проводить многочисленные расчеты, относящиеся к деталям их геометрии. Особенно просты расчеты для кубических решеток. Представляют интерес следующие характеристики: 1) количество ближайших соседей (так называемое координационное число); 2) атомный радиус, определяемый как половина расстояния между ближайшими соседями в кристалле чистого элемента (это расстояние дается в долях ребра куба а; 3) относительная плотность упаковки (доля объема, занятая сферическими атомами, по сравнению с общим объемом, который занят структурой).

Рис.8 Объемное изображение четырех кубических структур. а – г. ц. к.; б – о. ц. к.; в – простая кубическая структура; г – структура алмаза.