Toolyard

3D-просмотр кристаллических решёток

Уравнения этой модели

Z = N_верш ÷ 8 + N_ребро ÷ 4 + N_грань ÷ 2 + N_внутри
N_вершатомы в вершинах ячейкикаждый общий для 8 ячеек, сходящихся там
N_ребро, N_граньатомы на рёбрах и граняхребро общее для 4 ячеек, грань — для 2
Zатомов на элементарную ячейку1 для простой кубической, 2 для объёмноцентрированной, 4 для гранецентрированной; для соли — формульных единиц на ячейку

При текущих значениях:

ρ = Z M ÷ (N_A V)
Mмолярная масса одной формульной единицыдля NaCl 22,99 + 35,45 = 58,44 г/моль
N_Aпостоянная Авогадро6,022 × 10²³ на моль
Vобъём ячейкиa³ для кубической ячейки; (√3 ÷ 2) a² c для гексагональной
ρплотность кристалларентгеновские измерения a вместе с плотностью дали одно из лучших ранних значений N_A

При текущих значениях:

коэффициент упаковки = Σ (4/3) π r³ ÷ V
rрадиус каждого атома или ионаметаллические радиусы для металлов, ионные — для NaCl и CsCl, ковалентные — для цинковой обманки и алмаза
упаковкадоля ячейки, заполненная шарами52% у простой кубической, 68% у объёмноцентрированной, 74% у гранецентрированной и гексагональной плотноупакованной — максимум, достижимый для упаковки одинаковых шаров

При текущих значениях:

1 ÷ d² = (h² + k² + l²) ÷ a² (гексагональная: 4(h² + hk + k²) ÷ 3a² + l² ÷ c²)
h, k, lиндексы Миллераплоскости пересекают рёбра ячейки на a ÷ h, a ÷ k и a ÷ l; 0 означает, что плоскости параллельны этому ребру
dмежплоскостное расстояниерасстояние между соседними плоскостями семейства, нарисованного жёлтым

При текущих значениях:

n λ = 2 d sin θ
λДлина волны рентгеновского излучения λона должна быть меньше 2d, иначе плоскости не смогут отразить её ни под каким углом
θугол Брэггаугол между пучком и плоскостями; детектор стоит под 2θ к пучку
nпорядок отраженияотражение (2 2 2) — второй порядок (1 1 1): его плоскости вдвое ближе друг к другу

При текущих значениях:

F = Σ f_j e^(2πi (h x_j + k y_j + l z_j)), I ∝ |F|² (1 + cos² 2θ) ÷ (sin² θ cos θ)
x_j, y_j, z_jположение атома j в долях рёбер ячейкиатомы между плоскостями рассеивают не в фазе с атомами на них
f_jатомный фактор рассеяния атома jпримерно число электронов Z при малых углах, падает при больших; здесь f = Z e^(−2s²) ÷ (1 + 3s²), s = sin θ ÷ λ в Å⁻¹
Fструктурный факторпри F = 0 отражения нет: у объёмноцентрированного железа нет пика (1 0 0), потому что атом в центре гасит вершины

При текущих значениях:

Как пользоваться просмотром кристаллических решёток

  1. Выберите структуру. Элементарная ячейка нарисована с атомами реального примера при измеренном параметре решётки, а результаты считают атомы на ячейку (вершины делятся между 8 ячейками, рёбра — между 4, грани — между 2), координационное число, расстояние до ближайшего соседа, коэффициент упаковки и плотность рядом с измеренной. Переключитесь на заполнение пространства, чтобы увидеть атомы в реальном размере, или обрежьте их по граням ячейки, чтобы увидеть, какая часть каждого вершинного атома ей принадлежит.
  2. Задайте индексы Миллера h, k и l. Плоскости этого семейства рисуются жёлтым, атомы на них подсвечиваются, а результаты дают межплоскостное расстояние d и угол 2θ, под которым плоскости отражают рентгеновские лучи по закону Брэгга. Некоторые отражения отсутствуют, например (1 0 0) в объёмноцентрированном железе, потому что атомы между плоскостями рассеивают точно в противофазе; при малых расстояниях длина волны слишком велика, чтобы отражение вообще было.
  3. Смотрите, как детектор проходит от 0 до 150°: красный луч входит, жёлтый выходит под тем же углом к плоскостям и становится ярче, когда разность хода равна целому числу длин волн. График ниже показывает всю порошковую дифрактограмму. Двигайте параметр решётки, чтобы увидеть, как сдвигаются плотность и пики, и переключитесь на молибденовое излучение, чтобы увидеть больше пиков. Калькулятор молярной массы даёт массу, входящую в плотность.

Частые вопросы

Что такое элементарная ячейка?

Наименьший блок атомов, который строит весь кристалл, повторяясь во всех направлениях, как плитка. Кубическая ячейка описывается одной длиной — параметром решётки a; гексагональной ячейке магния нужны две, a и c. Число атомов на ячейку Z считает каждый вершинный атом за восьмую часть, рёберный — за четверть, а атом на грани — за половину, потому что их делят соседние ячейки.

Как рассчитать плотность кристалла?

Разделите массу атомов одной ячейки на её объём: ρ = Z M ÷ (N_A a³). Для меди 4 × 63,55 г/моль ÷ (6,022 × 10²³ × (361,5 пм)³) = 8,94 г/см³ при измеренной 8,96. В обратную сторону то же уравнение дало одно из самых точных ранних значений постоянной Авогадро.

Что такое индексы Миллера?

Три целых числа (h k l), обозначающие семейство параллельных плоскостей: плоскости пересекают рёбра ячейки в точках a ÷ h, a ÷ k и a ÷ l, а 0 означает, что плоскости параллельны этому ребру. В кубическом кристалле межплоскостное расстояние d = a ÷ √(h² + k² + l²). Для гексагональных кристаллов часто используют четыре индекса (h k i l), где i = −(h + k).

Почему некоторые рентгеновские отражения отсутствуют?

Закон Брэгга говорит, когда волны от одного набора плоскостей в фазе, но атомы между этими плоскостями тоже рассеивают. В объёмноцентрированном железе атом в центре ячейки сидит посередине между плоскостями (1 0 0) и точно их гасит, поэтому структурный фактор F равен нулю и пика нет. По тому, какие пики отсутствуют, рентгеновская дифракция и различает типы решёток.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по химии

Ещё научные симуляции

Симулятор движения тела, брошенного под угломСимулятор маятникаСимулятор опыта с двумя щелямиСимулятор электрического поляСимулятор орбитСимулятор пружинного маятникаСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома БораСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор линз и зеркалСимулятор стоячих волнСимулятор эффекта ДоплераСимулятор столкновений и импульсаСимулятор RC- и RL-цепейСимулятор заряженной частицы в магнитном полеСимулятор излучения абсолютно чёрного телаСимулятор специальной теории относительностиСимулятор преломления и полного внутреннего отраженияСимулятор последовательных и параллельных цепейСимулятор течения жидкости и закона БернуллиСимулятор электромагнитной индукции3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты

Руководства