Кристаллическая решетка. Характеристики кристаллической решетки

Строение кристаллов. Химическая связь в твердых телах

Твердые тела бывают кристаллические и аморфные (бесформенные). Аморфные тела – изотропны, т.е. их векторные свойства: теплопроводность, электропроводность в различных направлениях - одинаковы. Твердое аморфное тело рассматривается как переохлажденная жидкость. Типичным примером аморфных тел могут служить стекла. В стеклообразном состоянии могут находится простые вещества (S, P, As).

Большинство твердых тел в окружающем мире являются кристаллическими, т.е. образующие их частицы расположены регулярно в трехмерном пространстве.

Кристаллы анизатропны, т.е. перечисленные векторные свойства в различных направлениях - разные.

В кристаллах соблюдается «дальний порядок» - любой структурный элемент решетки встречается через равные промежутки.

Кристаллы - твердые тела, обладающие трехмерной периодической структурой, которая называется кристаллической решеткой.

Характеристиками кристаллической решетки являются:

- элементарная ячейка - наименьшая часть кристаллической решетки, передающая характерные ее особенности;

- размеры элементарной ячейки – это расстояние между центрами частиц, занимающих соседние узлы, их называют постоянными решетки.

Если стороны призмы равны а = б = с, то элементарная ячейка имеет кубическую решетку.

- трансляционное число ņ - число частиц принадлежащих данной элементарной ячейке;

- радиус частиц - r;

- плотность упаковки ή – это доля объема занятая частицами

где V_част – объем частицы; V_эя – объем элементарной ячейки;

- координационное число – это количество частиц, непосредственно примыкающих к данной частице;

- энергия кристаллической решетки - энергия, которую необходимо затратить на разрушение данного кристалла и удаление образующих его частиц за пределы их взаимодействия. Энергия кристаллической решетки измеряется в кДж /моль.

Размещение частиц в кристаллической решетке осуществляется т.о_, чтобы обеспечить максимально возможную для данного типа кристаллов энергию их связи. Для частиц сферической формы наиболее благоприятным оказывается такое их размещение, при котором каждая сфера находится в соприкосновении с наибольшим числом ближайших соседей. Такие пространственные образования получили название структур плотнейшей упаковки.

Существование кристаллической решетки объясняется тем, что равновесие между силами притяжения и отталкивания атомов, соответствующее минимальной потенциальной энергии, достигается при условии их трехмерной периодичности.

1.5.2. Классификация кристаллов. Типы кристаллов: молекулярные, ковалентные, ионные и металлические. Металлическая связь

Кристаллы классифицируются: по типу элементарной ячейки и по виду химической связи.

В кристаллах, образованных сферическими частицами одинакового размера, плотнейшая упаковка может осуществляться в виде двух энергетически эквивалентных структур: кубической и гексагональной. Координационное число для каждой из этих структур равно 12, а сами сферы занимают объем порядка 74% полного объема кристалла.

Существуют 4 типа элементарных ячеек кубической системы: простой куб, объемноцентрированный куб, гранецентрированный куб, и решетка алмаза.

В подобные структуры кристаллизуются большинство металлов и сплавов, благородные газы, а также соединения, молекулы которых обладают сферической симметрией: СО₂, СН₄.

Если частицы, образующие кристалл, не обладают сферической симметрией или имеют разные размеры, то их плотнейшая упаковка искажается, а значит, координационное число будет меньше 12, и доля незанятого объема кристалла будет возрастать.

Наименьшим значением координационного числа обладают кристаллы, между частицами которых осуществляется направленная ковалентная связь. Это кристаллы С (алмаза), В₄N₃, SiO₂, Ge, Si. Значение координационного числа для этих кристаллов равно 4, а доля занимаемого частицами объема не превышает 34%.

По характеру химической связи кристаллы делятся на 5 групп: молекулярные, ковалентные, ионные, металлические и смешанные.

Дата добавления: 2013-12-12