ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Виды элементарных ячеек кристаллов по характеру частиц и энергиям связей из "Химия" Частицами, из которых построены элементарные ячейки, могут быть атомы, молекулы, ионы и атомы металлов, связанные между собой металлической связью. Мы различаем следующие типы кристаллических решеток атомные, молекулярные, ионные и металлические. [c.107] Атомные решетки построены из атомов, связанных между собой ковалентными неполярными связями. Эти химические связи определяют геометрию кристаллов и энергию кристаллической решетки, которая характеризует прочность и устойчивость данного кристалла. Так как строение атома периодично, то, казалось бы, и строение кристаллов тоже должно быть периодичным, но это выполняется не строго, поскольку атомы могут перестраивать свои орбитали ири различных степенях возбуждения и таким образом изменять свои химические связи. Это ведет к образованию различных форм кристаллов — полиморфизму или аллотропическим модификациям у данного элемента. У его электронных аналогов, находящихся в разных периодах, возможно возникновение других форм связи за счет наличия другого числа свободных орбиталей. [c.107] Кристаллы кислорода, которые по правилу 8 — N имеют /С=2, представляют собой цепочечные структуры, а сера, атомы которой имеют свободные орбитали и могут возбуждаться, дает уже две аллотропические формы — мо-ноклиническую и ромбоэдрическую серу, кристаллы которых образованы за счет дополнительных связей. Однако сера имеет и другие кристаллические формы, образованные цепочками из атомов серы, подобно кислородным (рис. 63). [c.108] Кристаллы азота с координационным числом 3(К=8 — 5) тоже очень непрочные ( плавл =—209,860 ), а его электронный аналог фосфор образует или молекулярную решетку из молекул Р4, в которой сохраняется координационное число 3 (рис. 64, а), — белый фосфор, или образует красный фосфор переменной структуры и только при особых условиях (200°С и 12 ООО атм) образует черный фосфор Бриджмена, также имеющий слоистую структуру с координационным числом 3. Структура черного фосфора показана на рис. 64, б. [c.108] Однако кроме алмаза, обладаюш,его наибольшей твердостью из всех твердых тел (за счет очень малых межатомных расстояний — 1,54 А), углерод образует кристаллы графита. В его решетку входят тоже возбужденные атомы углерода, но с неполностью гибридизированными орбиталями, вследствие чего расстояния между атомами в кристаллической решетке графита (в плоскости и межплоскостном расстоянии) различны и в результате графит оказывается очень мягким, легко скальшаюш,имся по плоскостям спайности. Графит применяется в машинах как высокотемпературная смазка, в то время как алмазные резцы обрабатывают самые твердые материалы. [c.109] Неполностью гибридизированный атом углерода и кристаллическая решетка графита приведены на рис. 66. [c.110] Третья кристаллическая модификация углерода — карбин — образует гексагональную решетку из цепочек, образованных атомами углерода. Расстояние между атомами углерода в карбине очень мало (1,284 А). Карбин обладает также полупроводниковыми свойствами. Схема цепочки атомов углерода в карбине показана на рис. 67. [c.110] Для значений координационного числа, больших чем 4, правило Юм-Розери не применяется, так как в этом случае начинают доминировать другие формы связи, а именно металлическая связь. [c.110] Молекулярные кристаллы представляют собой молекулы, соединенные силами межмолекулярного взаимодействия, включая и другие дополнительные виды связей (см. с. 88). Кристаллы молекулярного типа характерны для органических веществ, а также и других, в молекулы которых входят атомы с близкими значениями электроотрицательностей (так как в противном случае будет проявляться также связь ионного типа). [c.111] Ионные кристаллы построены из отдельных разноименно заряженных ионов. Энергия ионных кристаллических решеток до лжна создаваться за счет электростатических сил взаимодействия, однако, как это было указано ранее (с. 85), ионной связи в чистом виде не бывает и между ионами в какой-то степени сохраняется также ковалентная связь. [c.111] Кроме того, между ионами возникает явление поляризации, что также влияет на энергию ионной кристаллической решетки. [c.111] Расчет энергии кристаллических решеток различных соедине1- ий дает величины 700—1000 кДж/моль, что, вообще говоря, близко совпадает с опытными данными. [c.111] Геометрические формы кристаллов простых неорганических соединений (галидов, оксидов) обычно не очень сложны и определяются соотношением радиусов ионов. В присутствии ионов с большим обобщенным потенциалом, вызывающим поляризацию, происходит усложнение кристаллической решетки. [c.111] Наиболее простыми кристаллическими решетками ионного типа являются решетки Na l и s l, рассмотренные нами ранее (с. 107). Однако в кристаллах веществ, содержащих комплексные иоиы, структура элементарных ячеек может быть очень сложной. [c.111] Также очень сложными структурами обладают кристаллы, построенные за счет весьма устойчивого координационного числа. 4, характерные для диоксида кремния и его многочисленных соединений. Хотя эти вопросы относятся к химии силикатов, здесь следует обратить на них внимание, так как керамические материалы получили сейчас широкое применение в машиностроении и приборостроении. [c.111] Вернуться к основной статье