Jak obliczyć ułamek opakowania diamentowej sieci?

Atomy w ciałach stałych są ułożone w jedną z kilku okresowych struktur znanych jako sieć. Struktury krystaliczne, w przeciwieństwie do struktur amorficznych, wykazują określony, powtarzalny wzór ułożenia atomów. Większość ciał stałych tworzy regularny układ atomów w celu zminimalizowania energii w układzie. Najprostsza powtarzająca się jednostka atomów w strukturze nazywana jest komórką elementarną. Cała solidna konstrukcja składa się z tej komórki elementarnej powtórzonej w trzech wymiarach.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Krata diamentowa jest sześcienna zorientowana na twarz. Uproszczona frakcja upakowania to 8 x (atom V) / V komórka elementarna. Po dokonaniu podstawień dla znanej objętości kul i sześcianów oraz uproszczeniu, równanie staje się √3 x π/16 z rozwiązaniem 0,3401.

W sumie istnieje 14 rodzajów systemów kratowych, które są podzielone na siedem kategorii. Siedem typów sieci to sześcienne, czworokątne, jednoskośne, rombowe, romboedryczne, sześciokątne i trójskośne. Kategoria sześcienna obejmuje trzy typy komórek elementarnych: sześcienne proste, sześcienne skoncentrowane na ciele i kubiczne zorientowane na twarz. Krata diamentowa jest sześcienna zorientowana na twarz.

instagram story viewer

Wyśrodkowana na twarzy sześcienna struktura ma osiem atomów na komórkę elementarną, znajdujących się w każdym z rogów i środkach wszystkich sześciennych ścian. Każdy z atomów narożnych jest rogiem innego sześcianu, więc atomy narożne są wspólne dla ośmiu komórek elementarnych. Dodatkowo, każdy z sześciu atomów o środku twarzy jest współdzielony z sąsiednim atomem. Ponieważ 12 z jego atomów jest wspólnych, ma liczbę koordynacyjną równą 12.

Stosunek objętości atomów w komórce do całkowitej objętości komórki jest współczynnikiem upakowania lub frakcją upakowania. Frakcja upakowania wskazuje, jak blisko atomy są upakowane w komórce elementarnej.

Możesz obliczyć gęstość upakowania diamentu materiału za pomocą pewnych parametrów materiałowych i prostej matematyki.

Jak obliczyć ułamek opakowania diamentowej sieci?

Równanie na frakcję upakowania to:

Frakcja pakowania = (N atomów) x (V atom) / V komórka elementarna

N atomy to liczba atomów w komórce elementarnej. V atom to objętość atomu, a komórka elementarna V to objętość komórki elementarnej.

Podstaw do równania liczbę atomów na komórkę elementarną. Diament ma osiem atomów na komórkę elementarną, więc równanie frakcji upakowania diamentu staje się teraz:

Frakcja pakowania = 8 x (atom V) / komórka elementarna V

Podstaw do równania objętość atomu. Zakładając, że atomy są kuliste, objętość wynosi: V = 4/3 × π × r3

Równanie na frakcję upakowania staje się teraz:

Frakcja pakowania = 8 x 4/3 × π × r3/ V komórka elementarna

Zastąp wartość objętości komórki jednostkowej. Ponieważ komórka elementarna jest sześcienna, objętość wynosi V komórka elementarna = a3

Wzór na frakcję pakowania staje się wtedy:

Frakcja pakowania = 8 x 4/3 × π × r3/ a3

Promień atomu r jest równy √3 x a/8

Równanie jest następnie uproszczone do: √3 x π/16 = 0,3401

Teachs.ru
  • Dzielić
instagram viewer