ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Атомное строение кристаллов из "Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам" С помощью рентгеновских лучей в 1912 г. было установлено в кристаллах наличие плоских сеток, от которых лучи отражаются по закону Вульфа—Брэгга ln=2d sin Qn. В этом выражении Я — длина волны рентгеновских лучей fl — простые числа (1, 2, 3 и т. д.), показывающие порядок отражения d — межплоскостное расстояние 0л — угол отражения соответствующего порядка. [c.11] Таким образом, гипотеза регулярного, рещетчатого строения кристаллов была подтверждена экспериментально. Несколько позднее были расшифрованы структуры галита, алмаза и других минералов. При этом обнаружилось, что кристаллы подавляющей части минералов имеют атомное строение, в них нет молекул как особых структурных сооружений, пространственные решетки, в узлах которых находятся атомы, вставлены одна в другую, как это хорошо видно на структуре СзС1 (рис. 4). Структура кристалла оказалась более сложным сооружением по сравнению с абстрактной пространственной решеткой, которая представляет собой упрощенную модель атомного строения кристалла. [c.11] При изучении минеральных индивидов с помощью рентгеновских лучей легко устанавливают межплоскостные расстояния между наиболее плотными плоскими сетками. Несколько значений й между характерными плоскими сетками позволяют определить минеральный вид. [c.11] Расстояние между центрами атомов в кристаллическом пространстве измеряется в ангстремах м=10 см. [c.11] Энергетическое взаимодействие атомов в кристалле обусловливается строением электронных оболочек, что позволяет разделить химическую связь по роду атомов на типы ионные, ковалентные, металлические и молекулярные. В первых трех взаимодействие ато мов в основном определяется взаимным притяжением частиц, имеющих противоположные электрические заряды. Это так называемые кулоновские силы . Гравитационные силы настолько ничтожны, что ими можно пренебречь. Так, сила кулоновокого взаимодействия протона и электрона на расстоянии 1 А равна 2,3-Ю дин, тогда как сила гравитации составляет всего 5,5-10 дин. [c.12] Значение V для этого типа кристаллов колеблется в широких пределах (от 150 до 4000 ккал/моль). Чем выше значение и, тем большей механической и химической прочностью обладает кристалл. [c.12] Ковалентная (атомная) связь в кристаллах осуществляется между соседними атомами в результате обобществления электронов из наружных оболочек (алмаз С, сфалерит 2п5). В первом приближении длину связи можно определить, пользуясь значениями ионных радиусов, а энергию решетки можно вычислить по формуле Капустинского. [c.12] Металлическая связь свойственна металлам, в кристаллах которых положительно заряженные атомы окружены хаотически перемещающимися свободными электронами. Упрощенно эту связь можно представить как катионный каркас , погруженный в электронный газ . [c.12] На примере кислородных соединений М и Мп видно, что размеры атомов этих элементов различные. Однако в соединениях с атомами 5е расстояние между катионом и анионом остается неизменным—2,73 А. Следовательно, в соединениях с этим элементом длина связи обусловливается только атомами 5е. Таким образом, в кристаллах разного состава атомы одного элемента занимают примерно один и тот же объем, внутри которого создается силовое поле действия атома. Форма этого поля неизвестна и условно принимается за сферу, размер которой определяется радиусом. Этой приблизительной характеристикой поведения атома в структуре кристалла является эффективный радиус действия или кажущийся радиус действия, его в дальнейшем для краткости будем называть радиусом действия атома. Размер радиуса действия атома пропорционален энергии связи, поэтому он является универсальной константой атома, которая позволяет дать приблизительную оценку структуры кристаллов. [c.13] Радиус действия атомов не строго постоянный, он зависит от структуры кристалла, соседних ионов, а также от температуры и давления. Особенно сильно из.меняются форма и радиус действия крупных атомов под влиянием противоположно заряженных ионов. При этом нарушается симметрия в строении атома, электроны смещаются относительно ядра в направлении мелких ионов с большим зарядом — происходит своеобразная деформация сферы действия. Изменение сферы действия иона в симметрии распределения электронов под влиянием внешних зарядов называется поляризацией. Чем больше радиус. действия иона и чем меньше его заряд, тем легче он поляризуется. Наибольшей поляризующей способностью обладают ионы с минимальным радиусом действия я большим зарядом (валентностью). [c.14] В результате поляризации ионов расстояние между катионом и анионом, расположенными рядом, не равно сумме радиусов их действия, оно, как правило, несколько меньше. [c.14] Величина ионных радиусов немного уменьшается с увеличением давления, но до 1000 кгс/см2 это уменьшение настолько незначительно, что с ним можно яе считаться. Сильнее изменяются радиусы действия при повышении температуры. Расширение каждого иона носит специфический характер. Радиус действия крупных ионов по сравнению с мелкими увеличивается медленнее, так что при некоторой температуре размеры аналогичных атомов настолько сближаются, что они в кристаллических структурах начинают замещать друг друга, как например К+ и Na+. [c.14] Представление о координационных числах в структуре кристалла дают катионные многогранники, которые можно получить, соединив прямыми линиями центры всех анионов, окружающих данный катион. Катионные многогранники с к. ч. 6, 4 и 8 приведены на рис. 6. Координационные числа з минералах однообразны, преобладают 4 и 6, редки структуры с к, ч. 3 и 8 и только для самородных элементов (медь, золото, платина и др.) свойственно к. ч. 12. [c.15] Для неорганических соединений в начале текущего столетия Е. С. Федоров из сопоставления химического состава кристаллов и их степени симметрии нашел статистическое правило чем проще химический состав кристаллов, тем выше их степень симметрии. [c.15] На основании рентгенометрического изучения кристаллов и сопоставления размеров слагающих их структурных единиц В. М. Гольдшмидт установил принцип строение кристаллов определяется количеством структурных единиЦг соотношением их размеров и поляризационными свойствами. [c.15] На основе геометрического анализа структур кристаллов Е. С, Федоров пришел к выводу, что все царство кристаллов разделяется на два геометрических типа кубический и гексагональный. Это положение известно под названием закона кристаллографических пределов кристаллы идеальны или близки к ним. Закон кристаллографических пределов позволяет ввести плотнейшие укладки шаров для характеристики распределения анионов и катионов в кристаллическом пространстве. [c.15] Однородных плотнейших укладок (упаковок) существует две кубическая и гексагональная (рис. 7). Они обладают одинаковой плотностью пространство заполнено в них на 74,05%. Пустоты в упаковках ограничены четырьмя (тетраэдрические) и шестью (октаэдрические) шарами. На п шаров плотнейшей упаковки приходится п октаэдрических пустот и 2л тетраэдрических. Если диаметр шаров в укладке О, то в октаэдрическую пустоту можно поместить шар диаметром 0=0,41 ), а в тетраэдрическую пустоту — т = 0,22 О. В структуре кристалла ионного типа распределение анионов подчиняется кубическому или гексагональному закону, а катионы по особому порядку заполняют какую-то часть пустот. [c.15] Больщой наглядностью отличаются изображения в виде плотнейших упаковок из анионов с катионами в пустотах (рис. 9), но такие изображения возможны только для простых соединений. Метод плотнейших упаковок удобен для словесного описания структуры, например структуры корунда А12О3 атомы кислорода образуют плотнейшую гексагональную упаковку, в которой % октаэдрических пустот заселены атомами алюминия. Этот метод не дает точного изображения структуры, но для минералога в первом приближении точные размеры не нужны, а приблизительные — ясны из сопоставления ионных радиусов действия. [c.16] Все структурные типы минера.тов можно разделить на три группы компактные, цепочечные и слоистые. [c.16] Вернуться к основной статье