Кристаллическое состояние вещества . Часть 2
В молекулярной решетке (рис. 2) взаимодействие между молекулами осуществляется за счет дипольных (между асимметричными полярными молекулами) и поляризационных (между симметричными неполярными молекулами) ван-дер-ваальсовых сил, значительно более слабых, чем силы внутримолекулярных ковалентных связей и электростатические (особенно малы ван-дер-ваальсовы дипольные силы связи).
Такое строение имеют в кристаллической форме I2, СO2, Н20 и многочисленные органические соединения.
В ковалентной решетке (рис. 3), характерной для многих неметаллов, все образующие ее атомы нейтральны и связаны между собой ковалентными силами; их природу более полно объясняет квантовая механика [4—7]. Ковалентная связь является направленной: под ее влиянием атомы не только располагаются на определенных расстояниях друг от друга, но и образуют определенные пространственные конфигурации. Металлическая решетка (рис. 4) по современным представлениям образована остовом из положительных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый «электронный газ»).
Вернемся к строению ионной решетки. Так как силы взаимного притяжения (как и отталкивания) ионов обычно обладают сферической симметрией, то ионы различных по знаку зарядов ведут себя до некоторой степени подобно притягивающимся друг к другу твердым шарам. В связи с этим обычно считают ионы в первом приближении шарообразными. Строение решетки определяют в первую очередь типом соединения (АВ, АВ1 А2, B2), т. е. числом зарядов и расстояниями их друг от друга, а также соотношением между
радиусами ионов, составляющих решетку. Химическая природа ионов менее сказывается на строении решетки, нежели геометрические факторы.
Строго говоря, согласно квантовомеханическим представлениям [4—7] ионы не имеют определенных радиусов. Под радиусом или эффективным радиусом иона в решетке понимают наименьшее расстояние, на которое могут приблизиться друг к другу два одноименных иона; дальнейшему сближению мешают силы отталкивания, преобладающие на малых расстояниях при соприкосновении электронных оболочек над силами притяжения.
Естественно, что величина эффективных радиусов разных ионов различна (табл. II).
При формировании решетки ионы стремятся образовать наиболее устойчивую ее конфигурацию, соответствующую минимуму свободной энергии. Это отвечает наибольшему сближению между собой ионов разного заряда и удалению друг от друга ионов одинакового заряда.
При разных значениях соотношения радиусов ионов, составляющих решетку, устойчивыми являются различные конфигурации решетки. Путем несложных геометрических сопоставлений,
широко известных из кристаллографии [11, 12], установлены значения этих соотношений. Так, известно, что в случае соединения типа АВ при соотношениях между радиусами ионов ~1; 0,732— 0,414; 0,414—0,225 и <0.225 стабильными оказываются соответственно плотно упакованные гексагональная и кубическая гранецент-рированная, кубическая [центрированный куб], октаэдрическая, тетраэдрическая и гексагональная решетки (табл. 2).
Другие части:
Кристаллическое состояние вещества . Часть 1
Кристаллическое состояние вещества . Часть 2
Кристаллическое состояние вещества . Часть 3