ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внутреннее строение кристаллов и основные типы кристаллических решеток из "Физическая и коллоидная химия" Весьма тонкие современные методы исследования кристаллического состояния вещества подтвердили, что частицы в кристаллах (атомы, молекулы или ионы) располагаются закономерно, образуя так называемую пространственную решетку кристалла. Внешняя геометрическая форма кристалла теснейшим образом связана с его внутренней структурой. В кристаллической решетке любого тела можно выделить определенную часть, которая носит название элементарной ячейки. Эта ячейка представляет собой наименьший объем кристаллической решетки вещества, который точно отражает его химический состав и все особенности внутренней структуры данного кристалла. [c.32] Важнейшей особенностью кристаллических образований является их способность самоограняться. Так, при выделении кристаллического вещества из раствора или из расплавленной массы оно принимает геометрическую форму определенных кристаллов с явно выраженными плоскими гранями. При достаточно сильном ударе более крупные кристаллы распадаются на ряд болте мелких кристаллов, которые ограничены плоскостями, пересекающимися между собой под опред енным углом. Эта способность кристаллов раскалываться на слои по определенным плоскостям носит название спайности. Как известно, у аморфных тел это свойство отсутствует — поверхность излома их бывает неровной, раковистой. [c.32] Следует отметить, что наряду с соотношением размеров частиц на структуру кристалла оказывают известное влияние и поляризационные взаимодействия между ними. [c.33] С точки зрения структурных элементов и действующих между ними сил различают четыре типа кристаллов молекулярные, атомные, ионные и металлические. [c.33] Молекулярная решетка. Молекулярные кристаллы имеют в углах пространственной решетки полярные или неполярные молекулы, связанные между собой силами Ван-дер-Ваальса. В качестве примера можно указать на твердую двуокись углерода (сухой лед), нафталин, лед. На рис. 13 показано строение элементарной ячейки твердой двуокиси углерода. Как видим, атомы углерода образуют кубическую решетку с центрированными гранями атомы кислорода расположены по обе стороны от углерода на отрезках прямых, ориентированных определенным образом относительно ребер элементарной ячейки. [c.34] Поскольку силы взаимодействия между молекулами сравнительно слабы, то и вещества с данным типом решетки обладают малой твердостью, низкими температурами плавления и кипения. Растворы этих веществ, как правило, имеют сравнительно малую электропроводность. [c.34] На рис. 14,й иб приведены схемы строения атомных решеток алма за и графита. В силу своеобразия структуры графит имеет очень ма лую прочность связи по плоскостям спайности кристалла, тогда как алмаз обладает огромной твердостью, поскольку все. атомы углерода в его кристаллической решетке расположены друг от друга на одинаковом расстоянии. [c.34] Ионная решетка. Ионные кристаллы имеют в узлах пространственных решеток положительно и отрицательно заряженные ионы, которые связаны между собой электростатическими силами притяжения одноименных зарядов. Силы взаимодействия в ионных кристаллах весьма значительны, благодаря чему вещества с ионным типом решетки обладают высокой прочностью, высокими температурами плавления и малой летучестью. [c.34] Металлы, как известно, от всех известных природных материалов отличаются высокой прочностью наряду с хорошей пластичностью как в холодном, так и в горячем состоянии. Высокая температура плавления металлов указывает на значительную прочность металлической решетки и также объясняется наличием электронного газа в нем. [c.36] Под влиянием разности -потенциалов электроны в металле начинают передвигаться в определенном направлении, что является причиной возникновения электрического тока. [c.36] На рис. 15 приведены плоскостные схемы всех рассмотренных типов кристаллических решеток. Однако, принимая такую классификацию кристаллов, всегда нужно иметь в виду, что характер разных связей даже в одном и том же кристалле может быть не одинаковым и классификационные признаки не всегда четко и хорошо выражены. Наряду с кристаллами, относящимися к одному из четырех рассмотренных видов связи, существуют кристаллы с различными-переходными и смешанными формами связи. Это, например, целиком относится к кристаллогидратам, в которых встречаются одновременно ионный тип связи между катионами и анионами соли, ковалентная связь между атомами,. [c.36] Значительный интерес представляют кристаллы, образующие так называемые слоистые решетки, которые характерны для графита, слюд и глинистых минералов. [c.37] Известно, что атом не имеет определенных границ. Вокруг ядра любого атома невозможно описать некую сферу, которая охватила бы все электроны, связанные с ядром. При сближении двух ионов силы отталкивания между ними резко возрастают вблизи определенного знд-чения межатомного расстояния. Исходя из этого, ионы -2 можно рассматривать как соприкасающиеся сферы с характерным для каждого иона (или атома) радиусом. [c.37] Относительные размеры элементарных ионов видны из рис. 16, масштаб которого отвечает увеличению примерно в 30 миллионов раз. [c.37] Таким образом, современная кристаллохимия исходит из представления, что все ионы и атомы имеют сферическую форму, а пространственная кристаллическая решетка формируется по принципу плотнейшей шаровой упаковки. В каждом кристалле любая частица, входящая в его состав (молекула, атом или ион), взаимодействует не только с соседней частицей, но одновременно и с другими частицами, которые ее окружают. В результате все частицы кристалла оказываются связанными в единую систему, в которой силы взаимного притяжения и отталкивания уравновешены. Этому отвечает состояние наибольшего сближения разноименных ионов и наибольшего удаления одноименных ионов, т. е. ионы занимают в кристалле наиболее устойчивую конфигурацию, соответствующую минимуму потенциальной энергии. [c.37] Однако не всегда кристаллы обладают структурой, отвечаюш,ей максимальному координационному числу. Дело в том, что соотношение радиусов ионов является не единственным фактором, который обусловливает величину координационного числа и вместе с ним определенную структуру. Во многих случаях существенное влияние на характер связи между частицами в кристалле оказывает поляризуемость ионов. [c.39] Прочность и устойчивость кристаллической решетки зависит от сил взаимодействия между образующими ее опами, атомами или молекулами. Силы взаимодействия между частицами в кристалле характеризуются определенным качеством энергии, которая называется энергией кристаллической решетки. [c.39] Частицы, из которых состоит любая кристаллическая решетка, находятся в состоянии непрерывного колебательного движения. Средняя величина энергии колебания всех частиц для каждой температуры постоянна и прямо пропорционально изменяется вместе с ней. Если отдельные частицы приобретают большую кинетическую энергию по сравнению с энергией связи в кристалле, то они могут отрываться от кристаллической решетки и переходить в пар (этот процесс называется сублимацией). С сублимацией связана летучесть твердых тел. Вполне понятно, что чем выше прочность кристаллической решетки, тем меньшей летучестью обладает данное вещество, и наоборот. Если средняя колебательная энергия частиц становится достаточно большой, что имеет место при повышении температуры, то происходит полное разрушение решетки — тело плавится. [c.39] В молекулярных, ионных, атомных и металлических кристаллах явление полиморфизма встречается довольно часто. Например, СаСО., образует в природе минералы кальцит и арагонит с одним и тем же химическим составом, но различным внутренним кристаллическим строением. Двуокись титана TiOg также образует в природе два минерала — анатаз и рутил, кристаллы которых отличаются друг от друга. [c.40] Вернуться к основной статье