Alkeiskoppi on kiderakenteen perusosa. Se on pienin rakenne, jota toistamalla koko kiderakenne saadaan rakennettua. Alkeiskoppi rakentuumolekyyleistä, atomeista taiioneista, joita voidaan kuvata kovina, pyöreinä palloina.
Kidejärjestelmä on hilan pisteryhmä, joka ei sisällä atomien paikkoja alkeiskopissa. Kidejärjestelmiä on seitsemän (laskevassa symmetriajärjestyksessä), kuutiollinen, tetragoninen, heksagoninen, trigoninen, ortorombinen, monokliininen ja trikliininen.[1] Erilaisten avaruushilojen luokittelun esitti ensimmäisenä saksalainenfyysikko,professori Mauritius Ludovicus (Moritz Ludvig)Frankenheim 1835 julkaisussaanDie Lehre von der Cohäsion, umfassened die Elasticität der Gase, die Elasticität und Coharenz der flüssigen und festen Körper und die Krystallkunde, Breslau, 1835. Hän teki kuitenkin virheen (15 hilaa), jonka ranskalainen fyysikkoAuguste Bravais korjasi 1848. Hän todisti olemassa olevan 14Bravais'n hilaa.
Bravais'n hilat määritellään kolmella hilavektorilla (hilavakio)a,b jac ja niiden välisillä kulmilla α, β ja γ. Koordinaatistona on yleensä oikeakätinen koordinaatisto. Bravais'n hiloja on edellä mainitut seitsemän, joiden sisällä esiintyy 1–4 variaatiota.
kuutiollisen rakenteen alkeiskopeille pätee a=b=c ja α=β=γ=90°
yksinkertainen kuutiollinen (engl.simple cubic, SC), atomit kuution kärkipisteissä
tilakeskinen kuutiollinen (TKK,body-centered cubic, BCC), atomit kuution kärkipisteissä ja sen keskipisteessä
Kiderakenteen tärkeä tekijä sen ominaisuuksien kannalta ontiivispakkauksellisuus, joka kertoo hilassa olevan tyhjän tilan määrästä, jos atomit oletetaan koviksi, pyöreiksi palloiksi. Yleisesti voidaan sanoa, että aineen kiderakenne määräytyy siten, että kiteen energia tulee mahdollisimman pieneksi.
Heksagonaalinen tiivispakkaus (vasemmalla) ja pintakeskeinen kuutiollinen pakkaus (oikealla).
Tasossa tiivein pakkaus saadaan aikaan siten, että jokaisella atomilla on kuusi naapuriatomia, jotka muodostavat sen ympärille säännöllisenkuusikulmion. Tällaista tasoa sanotaantiivispakkaustasoksi, jatiivispakkaussuunta on suunta, jossa tällaisen rakenteen atomit sijaitsevat peräkkäin jonossa toisiaan koskettaen. Kolmiulotteisessa avaruudessa tiivein pakkaus saadaanKeplerin konjektuurin mukaan siten, että tällaisia tasoja pinotaan päällekkäin. Tämä voidaan tehdä kahdella tavalla. Jos ne pinotaan toisensa päälle siten, että joka toisessa atomikerroksessa atomit tulevat vastaaviin kohtiin, muodostuuheksagonaalinen tiivispakkausrakenne (ns. ABABAB-pinous). Ne voidaan kuitenkin pinota myös siten, että vain joka kolmannessa tasossa atomit sattuvat samoihin kohtiin (ns. ABCABC-pinous), jolloin syntyy pintakeskeinen kuutiollinen rakenne (PKK). Nimensä mukaisesti tämä voidaan käsittää muodostuvaksi myös kuution muotoisista yksikkökopeista, joiden halki tiivispakkaustasot kulkevat niidenavaruuslävistäjien suuntaisesti. Kiteissä voi kuitenkin esiintyä myöspinousvirheitä, jotka ovat tyypillisiäkidevirheitä.
Kolmas yleinen kiderakenne on tilakeskeinen kuutiollinen (TKK). Sitä ei voida muodostaa edellä kuvatun kaltaisista tiivispakkaustasoista, ja se onkin hieman vähemmän tiivis kuin edellä mainitut.
Tilakeskeisiä ja pintakeskeisiä kuutiollisia sekä heksagonaalisia tiivispakkausrakenteita esiintyy varsinkinmetalleilla, mutta alhaisissa lämpötiloissa myösjalokaasuilla niiden esiintyessä kiinteässä olomuodossa. Sitä vastoin yksinkertainen kuutiollinen kiderakenne on harvinainen ja esiintyy alkuaineista ainoastaanpoloniumilla.[3]
Timanttimainen kiderakenne on eräänlainen pintakeskisen rakenteen muunnos. Siinä on atomi kaikilla pintakeskeisen kuutiollisen kiderakenteen mukaisilla paikoilla, mutta lisäksi kuutiomaisen kopin sisällä on neljä atomia sijoittuneina kuution avaruuslävistäjille siten, että niiden etäisyys kuution kärjistä on neljäsosa avaruuslävistäjän pituudesta. Paitsi timantilla, tämä kiderakenne esiintyy myöspiillä jagermaniumilla.
Koordinaatioluku ilmaisee, montako välitöntä naapuria kullakin atomilla on. Sekä pintakeskisessä kuutiollisessa(fcc) että heksagonisessa tiivispakkauksessa(hcp) koordinaatioluku on 12. Heksagonisessa tiivispakkauksessa (hcp) jokaisella atomilla on kuusi naapuria samassa tasossa sekä lisäksi kolme lähinnä ylemmässä ja kolme lähinnä alemmassa tasossa. Pintakeskisessä kuutiollisessa (fcc) tasossa jokaisen atomin lähimmät naapuriatomit ovat niiden kahdentoista neliön keskipisteessä, jotka rajoittavat kyseiseen atomiin liittyviä kuutiomaisia yksikkökoppeja. Tilakeskisessä kuutiollisessa rakenteessa koordinaatioluku on 8, yksinkertaisessa kuutiollisessa 6.
Kiderakenteella onpakkaustiheys, joka on PKK- ja heksagonisella rakenteella 74 % ja TKK-rakenteella 68 %. PKK- ja heksagonisessa rakenteessa on tiivispakkaustasoja, TKK-rakenteessa niitä ei ole. Tiivispakkaustasot toimivat usein liukutasoina plastisen muodonmuutoksen siirrosliukumisessa.
Ioniyhdisteiden kiderakenteet eroavat alkuaineiden kiderakenteista siinä, että niissä esiintyy eri alkuaineidenioneja. Esimerkiksiruokasuolan eli natriumkloridin kiderakenne muistuttaa yksinkertaista kuutiollista, mutta kidehilan joka toisen atomin paikalla onnatrium- (Na+ ja joka toisen paikallakloridi-ioni (Cl-) siten, että jokaisella ionilla on välittöminä naapureina kuusi vastakkaismerkkistä ionia.
Atomien väliin jäävään tyhjään tilaan voi sijoittua pienempiävälisija-atomeja. Tyhjä tila muodostaa erilaisiasäännöllisiä monitahokkaita.
