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Gli atomi all'interno dei solidi sono disposti in una delle numerose strutture periodiche note come reticolo. Le strutture cristalline, al contrario delle strutture amorfe, mostrano un modello ripetitivo definito di disposizioni atomiche. La maggior parte dei solidi forma una disposizione regolare di atomi come un modo per ridurre al minimo l'energia nel sistema. L'unità ripetitiva più semplice di atomi in una struttura è chiamata cellula unitaria. L'intera struttura solida è costituita da questa cella unitaria ripetuta in tre dimensioni.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Il reticolo del diamante è cubico centrato sulla faccia. La frazione di imballaggio semplificata è 8 x (V atom) / V cellula unitaria. Dopo aver effettuato sostituzioni per il volume noto di sfere e cubi e semplificato, l'equazione diventa √3 x π / 16 con una soluzione di 0,3401.
Esistono 14 tipi di sistemi reticolari in totale, suddivisi in sette categorie. I sette tipi di reticoli sono cubici, tetragonali, monoclini, ortorombici, romboedrici, esagonali e triclinici. La categoria cubica comprende tre tipi di celle unitarie: cubica semplice, cubica centrata sul corpo e cubica centrata sulla faccia. Il reticolo del diamante è cubico centrato sulla faccia.
La struttura cubica centrata sulla faccia ha otto atomi per cella unitaria situata in ciascuno degli angoli e nei centri di tutte le facce cubiche. Ciascuno degli atomi angolari è l'angolo di un altro cubo, quindi gli atomi angolari sono condivisi tra otto celle unitarie. Inoltre, ciascuno dei suoi sei atomi centrati sulla faccia è condiviso con un atomo adiacente. Poiché 12 dei suoi atomi sono condivisi, ha un numero di coordinamento di 12.
Il rapporto tra il volume degli atomi in una cella rispetto al volume totale di una cella è il fattore di impaccamento o la frazione di impaccamento. La frazione di imballaggio indica quanto gli atomi si imballano in una cella unitaria.
È possibile calcolare la densità di imballaggio del diamante di un materiale con alcuni parametri del materiale e matematica semplice.
Come calcolare la frazione di imballaggio di una grata di diamante
L'equazione per la frazione di imballaggio è:
Frazione dell'imballaggio = (N atomi) x (V atomo) / V cella unitaria
N atomi è il numero di atomi in una cellula unitaria. L'atomo V è il volume dell'atomo e la cella unitaria V è il volume di una cella unitaria.
Sostituisci il numero di atomi per cella unitaria nell'equazione. Il diamante ha otto atomi per cella unitaria, quindi l'equazione della frazione di imballaggio del diamante ora diventa:
Frazione dell'imballaggio = 8 x (V atom) / V cellula unitaria
Sostituisci il volume dell'atomo nell'equazione. Supponendo che gli atomi siano sferici, il volume è: V = 4/3 × π × r3
L'equazione per la frazione di imballaggio ora diventa:
Frazione dell'imballaggio = 8 x 4/3 × π × r3/ V cellula unitaria
Sostituire il valore per il volume della cella dell'unità. Poiché la cella unitaria è cubica, il volume è V cell unit = a3
La formula per la frazione di imballaggio diventa quindi:
Frazione dell'imballaggio = 8 x 4/3 × π × r3/ a3
Il raggio di un atomo r è uguale a √3 x a / 8
L'equazione viene quindi semplificata in: √3 x π / 16 = 0,3401