Crystal Structure | Part 01

Chamoda Gunathilaka

ටිකක් බැරෑරුම් පාඩමක්. ආරම්භයක් විදිහට අපි ඝන ද්‍රව වායු වල අංශුවල සැකැස්ම කතා කරමු. ඝන ද්‍රව හා වායු වල අංශු සැකැස්ම එකිනෙකට වෙනස් වෙන්නේ කොහොමද ? ඝන ගැන කතා කළොත්, අංශු එකිනෙකට තදින් බැඳිලා තමයි තියෙන්නේ. ඒ වගේම ද්‍රව ගත්තොත් අංශු වැඩිය බැඳිලා නෑ වගේම ලිහිල් විදියට හා මෙහා චලනය වෙනවා. වායු කියන්නේ වෙනස්ම තත්ත්වයක් වායු වල අංශු නිදහසේ චලනය වෙනවා. කිසිම බැදීමක් නැතුවම නිදහසේ.

Crystaline material and non- crystaline/amorphous

ඉතින් crystal structure එක ගැන කතා කරන කොට, ඒකෙ කතා වෙන්නේ අංශුමය සැකැස්ම ගැන.ඒ කියන්නේ අංශු ඇහිරිලා තියෙන විදිහ. එතකොට ඒක බලපාන්නේ ඝනවස්තු වලට විතරයි. මේ crystaline material කියන්නේ මොකක්ද? සිංහලෙන් ස්ඵටික ද්‍රව්‍ය වලට තමයි crystalline material කියල කියන්නේ. non- crystaline/amorphous කියල අස්ඵටික ද්‍රව්‍ය හඳුන්වනු ලබනවා. crystalline material වල අංශුව ඇහිරිලා තියෙන්නේ ඉතාමත් ක්‍රමානුකූලව. 3D array එකක් විදිහට හෝ periodic විදිහට තමයි ඇහිරිලා තියන්නේ. ඒවගේම අස්ඵටික ද්‍රව්‍යවල විශේෂ  අංශු සැකැස්මක් නෑ.


ඇයි මේ crystalline materials වැල අංශු සැකැස්ම මේ තරම් පිළිවෙලකට තියෙන්නේ ?

ඒකට හේතුව අංශුවල තියෙන අන්තර් අණුක බල. crystalline materials වල අංශු පවතින්නේ ස්ථායි මට්ටමක ඒ කියන්නේ විකර්ෂණ බල සහ ආකර්ෂණ බල එකිනෙකට සමානය. අපි දන්නවා ස්ථායි වෙන්නේ එකේ අවම ශක්තියක් රඳවාගෙන ඉන්න කොට ශක්තිය වැඩිනම් ඒක නිතරම අස්ථායි. ඉතින් මේ ප්‍රස්තාර වලින් පේන විදිහට අන්තර් අණුක බන්ධන අවම ශක්තියක් රඳවාගෙන ඉන්නව. ඒ කියන්නේ මේවා ස්ථායි අවස්ථාවේ තමයි තියෙන්නේ.

Lattice දැලිස

දැලිස මොකක්ද කියලා කතා කරන්න කලින් අපි මෙතන අනුමාන කරන දෙයක් තියෙනවා. ඒ තමයි අණු පවතින්නේ hard-sphere model එකකට. වෘත්ත දෙකක් එකිනෙකට ළංව තියෙනවා වගේ. එතකොට ඒ කේන්ද්‍ර දෙක අතර දුර අරයන් දෙකකට සමානයි (2R). ඒවගේම හැම අංශුවක්ම එක වගේ කියලත් අපි උපකල්පනය කරනවා.

දැලිස(lattice): අංශු වල අනුයාත පිලිවෙල විස්තර කිරීමට යොදා ගන්නා දිගින්,පලලින් හා උසින් සහිත ව්‍යුහයක්.

Unit cell : දැලිසේ මූලික ඒකකය. මූලික කියල කිව්වේ මේ unit cell එකින් එක එකතු වෙලා තමයි දැලිසක් නිර්මාණය වෙන්නේ. ඒවගේම මේ unit cell එක දැලිස් ව්‍යුහයට අනුව වෙනස් වෙනවා. දිග,පලල, උස වගේම කෝණත් වෙනස් වෙනවා. මේවට lattice parameters (lattice constant) කියලත් කියනව. ඒ අදාල දැලිස් ව්‍යුහයට විතරක් ආවේණික නිසා.

Unit Cell
lattice parameters (lattice constant)

ඉතිං අවම ඉඩක් ඉතුරු වෙන විදිහට නිර්මාණය වෙන මේ දැලිස් ව්‍යුහ අංශු වල ඝනත්වය අනුව සහ සැකැස්ම අනුව කොටස් කිහිපයකට බෙදා වෙන් කරනවා.

  1. Simple cubic
  2. Body center cubic (BCC)
  3. Face center cubic (FCC)
  4. Hexagonal closed pack
a) simple cubic b) body center cubic c) face center cubic

Atomic Packing Factor APF

මේව ගැන වෙනම කතා කරන්න කලින් අපි බලමු මොකක්ද මේ Atomic packing factor එක එහෙම නැත්තම් APF එක කියන්නේ කියලා.

මුලු අංශු ගෝලයන්ගේ (hard-sphere model එකට අනුව) පරිමාව, unit cell එකක පරිමාවෙන් බෙදූ විට ලැබෙන අගයයි. APF එකට ඒකක නෑ වගේම අපි කලින් කතා කරපු කොටස් වලට අදාල අගය ආවේණිකයි (FCC - 0.68, BCC - 0.74).

for FCC

Void Fraction

Void fraction, ඒකියන්නේ unit cell එකක පවතින හිස් අවකාශය, කියන්නේ මෙකෙම අනෙක් පැත්ත.

Void fraction = 1 - APF

ඉතිං ඔය විදිහට තමයි APF එක වගේම void fraction එක ගන්නේ.

ඉතිං කලින් අපි කතා කරපු කොටස් වෙන වෙනම කතා කරන්නේ නැතුව වගුවකින් ඒක විස්තර කර ගමු. අපි මෙතනදි කතා කරනවා එක unit cell එකක තියන atoms ප්‍රමාණය. මෙතනදි අපි ගන්නේ ඒ unit cell එක තුල පවතින ප්‍රමාණය විතරයි ඒක atom වල කොටස් වලින් හැදිල තියන්නත් පුලුවන්. අනෙක් වචනය තමයි, Coordinate numbers. එක් අංශුවකට බැදුනු ආසන්නම අංශු සංඛ්‍යාවට. ඒකත් fcc,bcc,simple cubic අනුව වෙනස් වෙනවා. ඒ වගේම මොකක්ද මේ closed pack direction කියන්නේ ? මේක අපි පාවිච්චි කරන්නේ unit cell එකේ දිගක් ගන්න අවශ්‍ය උනාම මනින්න පටන් ගන්න ඕන දිශාව/පැත්ත තීරණය කරන්න. විශේශයෙන් අපි මේ direction එක ගන්නේ රේඛීය ඝනත්වය වැඩි වෙන විදිහට. යම් දුරකින් වැඩිම atoms ප්‍රමාණයක් අහු වෙන විදිහට. ඉතිං ඒ විදිහට මනින්න පටන් ගන්න ස්ථානය හා දිශාව එකිනෙකට වෙනස් වෙනවා.


මෙතනදි අපි a කියන්නේ unit cell එකක දිග, R කියන්නේ atomic radius හෙවත් අංශුවක අරීය දුර.

මේ 3D module එකක් නිසා හොදට පැහැදිලි කරගන්න පහල තියන videos බලන්න.


දැනගන්න..

දැලිස් සැකැස්ම 07 (crystal systems)
  1. Cubic
  2. Tetragonal
  3. Orthorhombic
  4. Monoclinic
  5. Hexagonal
  6. Trigonal
  7. Triclinic
දැලිස් (crystal lattice)
  • Simple Cubic
  • Body Centered Cubic
  • Face Centered Cubic
  • Simple Tetragonal
  • Body Centered Tetragonal
  • Simple Orthorhombic
  • Side Centered Orthorhombic
  • Body Centered Orthorhombic
  • Face CenteredOrthorhombic
  • Simple Monoclinic
  • Side Centered Monoclinic
  • Hexagonal
  • Trigonal
  • Triclinic

Theoretical density

යම් ස්ඵටික ලෝහයක ඝනත්වය theoretical density කියල කියනවා. මෙතනදි සාපේක්ෂ පරමාණුක ස්කන්ධය , unit cell එකක පවතින මුලු අංශු සංඛ්‍යාවෙන් ගුණ කරල ඒක මුලු unit cell පරිමාවෙන් බෙදල තමයි theoretical density එක හොයා ගන්නේ.

Theoretical density සහ APF එක ආශ්‍රිත ගැටලු කිහිපයක් දාන්නම්. මේක පලවෙනි කොටස විතරයි. දෙවනි කොටසින් අපි miller indices,crystallographic directions,linear density,crystallographic planes ගැන කතා කරමු. හැමෝටම ජය !!

0 Comments