Il reticolo tetragonale a corpo centrato (BCT) rappresenta una delle 14 configurazioni di Bravais, collocandosi all’interno del sistema tetragonale. Nel 1845, il fisico e cristallografo francese Auguste Bravais delineò le 14 possibili distribuzioni di punti che possono formare celle elementari delle strutture cristalline tridimensionali.
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Caratteristiche della struttura tetragonale a corpo centrato
Immaginando il reticolo tetragonale a corpo centrato, si può visualizzare un parallelepipedo con un atomo situato in ciascun angolo e uno al centro. Rispetto al reticolo cubico a corpo centrato, che mostra un cubo con otto atomi agli angoli e uno al centro, il reticolo tetragonale presenta una discrepanza nelle dimensioni.
Una cella cubica di questo tipo rotazione lungo le sue diagonali in direzioni specifiche, designate come [1 1 1]. Qui, la simmetria atomica si distingue dalle tre direzioni reciprocamente perpendicolari, a differenza del reticolo tetragonale, dove tale simmetria non è presente.
Proprietà geometriche e coordinazione
Nel sistema tetragonale, simile a quello ortorombico, la cella unitaria assume la forma di un parallelepipedo con due lati uguali e uno differente, di conseguenza, a = b ≠ c. Gli angoli α, β e γ sono tutti uguali a π/2, rendendo il sistema tetragonale un caso speciale di quello ortorombico.
Ogni punto reticolare agli angoli di una cella è condiviso da otto celle adiacenti. Il punto situato al centro, invece, appartiene esclusivamente all’unità considerata. Se si assume che le specie presenti siano simili a sfere rigide, si può notare che una sfera centrale è circondata da otto sfere, determinando un numero di coordinazione pari a 8.
Parte delle sfere agli angoli sono condivise con otto celle unitarie adiacenti; di conseguenza, si può considerare che solo 1/8 di ciascuna di esse appartenga a quella cella. Ciò implica che le otto sfere agli angoli contribuiscono collettivamente all’equivalente di una sfera. Il numero totale di sfere per cella unitaria diventa quindi 1 + (8 * 1/8) = 2.
Per calcolare il fattore di impacchettamento atomico (APF), è fondamentale determinare la porzione di spazio occupata dagli atomi in contrasto con lo spazio vuoto. Il volume della cella unitaria è espresso come V = (a)(b)(c). Dato che a = b, ne consegue che V = a²c.
Esempi di composti con reticolo tetragonale a corpo centrato
In condizioni standard (STP), l’indio e il protoattinio cristallizzano secondo un reticolo tetragonale a corpo centrato. Quando il mercurio transita dallo stato liquido a quello solido a basse temperature, si presenta anche in una struttura BCT.
Un altro esempio è la martensite, una microstruttura formata nei metalli e nelle leghe durante il processo di tempra ad alte temperature. Essa si presenta come una soluzione solida sovrasaturata di carbonio in ferrite, caratterizzata da un reticolo tetragonale a corpo centrato.
La martensite, che appare aciculare e possiede elevate proprietà di durezza, si forma nei metalli durante il raffreddamento rapido dell’austenite; il carbonio non riesce a diffondersi correttamente dal reticolo. L’austenite, invece, corrisponde al ferro con una struttura cristallina cubica a facce centrate, fenomeno che avviene nel sistema del ferro-carbonio (Fe-C) a temperature superiori ai 723 °C.
La particolare proprietà del ferro di manifestarsi sotto forme allotropiche distinte offre varietà nelle sue strutture cristalline. A temperatura ambiente, presenta una struttura cubica a corpo centrato, mentre oltre i 910 °C si trasforma in cubica a facce centrate, nota come ferro gamma (γ-Fe) o austenite.
Infine, il processo di riscaldamento a temperature elevate fino a 720°C accompagnato da un prolungato periodo di ricottura può portare alla transizione della martensite a ferrite.
