Hệ tinh thể lập phương

Hệ tinh thể lập phương là một hệ tinh thể có các ô đơn vị là hình lập phương. Đây là một trong những dạng tinh thể đơn giản nhất và phổ biến nhất của các tinh thể kim loại. Một cách tổng quát, nếu viết theo các véctơ tịnh tiến không gian thì cấu trúc lập phương sẽ có các hằng số mạng ${\displaystyle a=b=c}$ và ba góc ${\displaystyle \alpha =\beta =\gamma =90^{o}}$.

Các mạng Bravais

Có ba kiểu mạng Bravais có cấu trúc tinh thể lập phương gồm:

• 
  Lập phương đơn giản
• 
  Lập phương tâm khối (bcc)
• 
  Lập phương tâm mặt (fcc)

• Lập phương đơn giản: là một hình lập phương, mỗi nút mạng là một nguyên tử nằm ở đỉnh của hình lập phương có cạnh là hằng số mạng. Cấu trúc lập phương đơn giản chỉ chứa 1 nguyên tử trong một ô nguyên tố.
• Lập phương tâm mặt (hay lập phương tâm diện): là cấu trúc lập phương với các nguyên tử nằm ở các đỉnh hình lập phương (8 nguyên tử) và 6 nguyên tử khác nằm ở tâm của các mặt của hình lập phương. Cấu trúc này chứa 4 nguyên tử trong một ô sơ cấp. Trong tinh thể học, cấu trúc lập phương tâm mặt được ký hiệu là ${\displaystyle fcc}$ (Face-centered cubic). Các chất điển hình có cấu trúc fcc là nhôm, đồng...
• Lập phương tâm khối: là cấu trúc lập phương với 8 nguyên tử ở các đỉnh hình lập phương và 1 nguyên tử ở tâm của hình lập phương. Cấu trúc này chứa 2 nguyên tử trong một ô sơ cấp, và thường được ký hiệu là ${\displaystyle bcc}$ (Body-centered cubic).

Các nhóm điểm và nhóm không gian

Có 36 nhóm không gian lập phương và 5 nhóm điểm được liệt kê theo bảng dưới đây:

Nhóm điểm	#	Các nhóm không gian lập phương
${\displaystyle 23\,\!}$	195-199	P23	F23	I23	P213	I213
${\displaystyle m{\bar {3}}\,\!}$	200-206	Pm${\displaystyle {\bar {3}}}$	Pn${\displaystyle {\bar {3}}}$	Fm${\displaystyle {\bar {3}}}$	Fd${\displaystyle {\bar {3}}}$	I${\displaystyle {\bar {3}}}$	Pa${\displaystyle {\bar {3}}}$	Ia${\displaystyle {\bar {3}}}$
${\displaystyle 432\,\!}$	207-214	P432	P4232	F432	F4132	I432	P4332	P4132	I4132
${\displaystyle {\bar {4}}3m\,\!}$	215-220	P${\displaystyle {\bar {4}}}$3m	F${\displaystyle {\bar {4}}}$3m	I${\displaystyle {\bar {4}}}$3m	P${\displaystyle {\bar {4}}}$3n	F${\displaystyle {\bar {4}}}$3c	I${\displaystyle {\bar {4}}}$3d
${\displaystyle m{\bar {3}}m\,\!}$	221-230	Pm${\displaystyle {\bar {3}}}$m	Pn${\displaystyle {\bar {3}}}$n	Pm${\displaystyle {\bar {3}}}$n	Pn${\displaystyle {\bar {3}}}$m	Fm${\displaystyle {\bar {3}}}$m	Fm${\displaystyle {\bar {3}}}$c	Fd${\displaystyle {\bar {3}}}$m	Fd${\displaystyle {\bar {3}}}$c
		Im${\displaystyle {\bar {3}}}$m	Ia${\displaystyle {\bar {3}}}$d

Hệ số xếp chặt

• Cấu trúc lập phương đơn giản có hệ số xếp chặt chỉ là 52%.
• Cấu trúc lập phương tâm mặt có hệ số xếp chặt là 74%.
• Cấu trúc lập phương tâm khối có hệ số xếp chặt 68%.

Các chất có cấu trúc tinh thể lập phương

• Cấu trúc đơn nguyên tử: Cấu trúc lập phương đơn nguyên tử tồn tại khá nhiều trong các kim loại (điển hình là kim loại chuyển tiếp). Cấu trúc lập phương đơn giản có hệ số xếp chặt rất thấp nên kém bền hơn, chất điển hình mang cấu trúc này là Polonium (Po). Cấu trúc fcc và bcc tồn tại phổ biến ở các kim loại, ví dụ như đồng, nhôm... mang cấu trúc fcc, sắt, crôm... mang cấu trúc bcc.
• Cấu trúc đa nguyên tử: Cấu trúc lập phương cũng tồn tại trong các chất có nhiều loại nguyên tử, ví dụ trong các hợp kim, hợp chất... Muối ăn (NaCl) là hợp chất điển hình với cấu trúc fcc, hợp kim Fe(Si) là hợp kim điển hình mang cấu trúc bcc...

Xem thêm

• Cấu trúc tinh thể
• Lục giác xếp chặt

Tham khảo

1. ^ Charles Kittel (1996). Introduction to Solid State Physics (ấn bản thứ 7). John Willey & Sons Inc. ISBN 0-471-11181-3.

Tham khảo