Рыбинская Государственная Авиационная Технологическая Академия
по предмету
Морозов М.П.
2001
Niky
При участии студентов группы ВР-99
1. КЛАССИФИКАЦИЯ КРИСТАЛЛОВ ПО ТИПАМ СВЯЗИ И СТРУКТУРЕ
Кристаллическая структура и свойства твердых тел в значительной степени определяются характером сил связи между образующими частицами. В зависимости от типа сил связи кристаллы подразделяют: на ионные, атомные (ковалентные), металлические и молекулярные.
В ионных кристаллах силами взаимодействия являются кулоновские электростатические силы. Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению зарядов взаимодействующих ионов и обратно пропорциональных квадрату расстояния между ними. Кроме сил притяжения между ионами действуют силы отталкивания, возникающие вследствие взаимодействия электронных оболочек соседних атомов, а также одноименно заряженных ядер при достаточно малых межатомных расстояний.
Результирующая зависимость энергии взаимодействия противоположно заряженных ионов носит экстремальный характер. Минимальное значение энергии системы ионов определяет величину межатомного расстояния и энергии сублимации, которая характеризует силу связи. Типичным примером ионной связи является кристалл NaCl, для которого величина энергии взаимодействия равна 0,752 Дж/моль. Основным свойством ионной связи является ее ненаправленность.
Ковалентная связь, свойственная атомным кристаллам, характеризуется тем, что двум соседним атомам принадлежит пара обобщенных электронов. Этот вид связи имеет квантомеханическую природу и сущность ее заключается в возникновении отрицательной обменной энергии при антипараллельном расположении спинов обобщенных электронов. Грубо это можно пояснить как «втягивание» электронных облаков в пространство между ядрами, причем увеличение плотности отрицательного заряда межядерном пространстве приводит к уменьшению энергии в системе и возникновению сил притяжения между атомами. Примером ковалентной связи являются: кремний, германий, углерод в модификации алмаза. Для последнего энергия связи равна 6,8ּ105 Дж/моль. Основные свойства ковалентной связи – направленность и насыщаемость.
Природа металлической связи заключается в том, что сравнительно слабо связанные с ядром валентные электроны способны покидать свои атомы и свободно перемещаться в пределах структуры, которую можно представить как ионный остов, погруженные в электронный газ.
Металлическая связь не имеет направленности и для нее характерны плотно упакованные решетки. Она занимает промежуточное положение между ковалентной и ионной, обладая некоторыми свойствами той и другой. Энергия металлической связи может составлять величину порядка 106 Дж/моль. Она проявляет такие свойства металлов как электропроводность, теплопроводность, пластичность.
Следующий вид связи – молекулярная (Ван-дер-Ваальсовская). Сущность ее обусловлена наличием внутренних диполей, образующих в результате дисперсионных эффектов, либо представляющих собой постоянные диполи в асимметричных молекулах. При этом между молекулами возникает электростатическое взаимодействие, стремящееся расположить в строгом порядке. В результате энергия системы уменьшается и возникает устойчивое состояние. Энергия молекулярной связи невелика и составляет величину 10-3 Дж/моль, что определяет невысокую прочность и низкую температуру плавления твердых тел с такой связью, например, у парафина.
Кристаллы являются твердыми телами, обладающими дальним порядком, т.е. высокой степенью упорядоченности образующих частиц. Поэтому можно выбрать некоторый объем, транслируя (перенося в пространстве), который, можно воспроизвести структуру кристалла. Наименьший такой объем называется элементарной ячейкой. Она характеризуется длиной ребер и углами между ними. Длина ребра элементарной ячейки называется постоянной решетки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.