Межузельные узлы в кристаллической структуре
В кристаллографии существует понятие межузельных узлов, которые представляют собой пустоты или промежутки, находящиеся между атомами в кристаллической структуре. Эти пустоты возникают из-за того, что атомы, как правило, не могут плотно соприкасаться друг с другом, и между ними всегда остается некоторое пространство. Это явление можно проиллюстрировать, если представить себе, как круги складываются вместе: даже при самом близком расположении между ними все равно останется пустое пространство. Аналогично, в элементарной ячейке кристаллической решетки, независимо от того, как расположены атомы, между ними всегда будут промежутки.
Эти межузельные узлы могут быть заполнены другими атомами, что приводит к образованию межузельных дефектов. Важно отметить, что изображение с упакованными кругами является лишь двумерной иллюстрацией, тогда как в реальности атомы в кристаллической решетке упакованы в трехмерном пространстве. Это трехмерное расположение атомов приводит к образованию междоузлий различной формы, в зависимости от конфигурации атомов в решетке.
Плотная упаковка атомов
Плотно упакованные элементарные ячейки, такие как гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотно упакованная (ГПУ) структуры, могут образовывать два различных типа пустот. Например, в гексагональной упаковке три атома могут образовать треугольное отверстие. Если атом находится на вершине этого треугольника, он создает тетраэдрическое междоузлие. Если три атома в верхнем слое повернуты так, что их треугольное отверстие совпадает с нижним, образуется октаэдрическое междоузлие.
В плотно упакованной структуре на одну элементарную ячейку приходится четыре атома, что приводит к образованию четырех октаэдрических пустот и восьми тетраэдрических пустот. Соотношение между ними составляет 1:1 для октаэдрических и 1:2 для тетраэдрических пустот. Тетраэдрическая пустота меньше по размеру и может вместить атом, радиус которого составляет 0,225 от радиуса атомов, составляющих решетку. Октаэдрическая пустота, в свою очередь, может вместить атом с радиусом, равным 0,414 от радиуса атомов решетки. Если атом, заполняющий это пространство, превышает указанные размеры, это может привести к искажению решетки из-за выталкивания окружающих атомов, однако он не может быть меньше этих значений.
Гранецентрированный куб (ГЦК)
Если в гранецентрированной кубической решетке заполнить половину тетраэдрических узлов ионами противоположного заряда, получится кристаллическая структура, известная как цинковая обманка. Если же заполнить все тетраэдрические узлы, образуется структура флюорита или антифлюоритовая структура. Заполнение всех октаэдрических узлов в ГЦК-решетке ионами противоположного заряда приводит к образованию структуры каменной соли.
Шестиугольные плотноупакованные (HCP)
В шестиугольной плотноупакованной решетке, если заполнить половину тетраэдрических узлов ионами противоположного заряда, образуется кристаллическая структура вюрцита. Заполнение всех октаэдрических позиций анионной решетки катионами приводит к образованию структуры арсенида никеля.
Простая кубическая структура
Простая кубическая элементарная ячейка, в которой атомы расположены в восьми углах куба, образует одну кубическую пустоту в центре. Если эти пустоты заполняются ионами противоположного заряда, получается структура хлорида цезия.
Объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка имеет шесть октаэдрических пустот, расположенных в центре каждой грани ячейки, и двенадцать пустот, находящихся в середине каждого ребра. В общей сложности это составляет шесть чистых октаэдрических пустот. Кроме того, в ОЦК-структуре имеется 24 тетраэдрических пустоты, расположенных вокруг каждой октаэдрической пустоты.
