ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип шаровых упаковок из "Физико-химическая кристаллография " Точечное расположение атомов в кристаллических структурах, которое использовали выше для рассмотрения симметрии, представляет собой упрощенную картину, так как атомы или ионы обладают конечными размерами и могут соприкасаться с соседними частицами. Для дальнейшего обсуждения строения кристаллических структур нужно прежде всего ознакомиться с некоторыми терминами. [c.23] Атомный и ионный радиусы. Для характеристики величины атома служит атомный радиус. Атомный радиус измеряется половиной расстояния между ближайшими соседними атомами данного элемента. В случае кубической примитивной элементарной ячейки атомный радиус равен flo/2. так как период решетки равен ао. В ионных кристаллах имеют дело с ионными радиусами. У положительных ионов радиус меньше, а у отрицательных больше, чем атомный радиус элемента. [c.23] Атомы и ионы нужно представлять не как твердые шары, а как образования с электронной оболочкой, способной деформироваться. [c.23] Координация и плотность упаковки. Под координационным числом (координацией) понимают число ближайших соседних атомов, а под вторым координационным числом — число следующих ближайших атомов или ионов. Так, например, атом, находящийся в центре объем-ноцентрированной кубической решетки, окружен восемью атомами, отстоящими на расстоянии, равном (ао/2) V 3 (см. рис. 1.3). [c.24] Таким образом, примитивная ячейка содержит (эффективно) только один атом. [c.25] Координационное число в структурах элементов в значительной степени определяется природой сил, действующих между частицами. Металлические структуры стремятся к высокой координации — 12 или 8. [c.25] НИИ оси с, т. е. уже третий слой идентичен первому. Объемноцентрированная кубическая упаковка шаров показана на рис. 1.11. Свыше 80% всех металлов кристаллизуется в одной из этих трех решеток. В табл. 1.3 указаны структуры некоторых металлов. [c.26] В структуре Na l (рис. 1.4) плотнейшая упаковка противоположно заряженных ионов с учетом соотношения радиусов катиона и аниона достигается при наличии шести ближайших соседей (октаэдрическая координация). Каждый катион окружен четырьмя анионами в в плоскости (100) и еще двумя ионами в перпендикулярной к ней плоскости, которые находятся на равном расстоянии от катиона. Это одинаково справедливо и для анионов, так что отношение координационных чисел равно 6 6. [c.27] В кристаллах, построенных с преобладанием гетерополярности, имеет место связь между координацией и отношением ионных радиусов. Это значит, что различные варианты упаковки определяются отношением ионных радиусов. Ионы стремятся к наиболее плотной упаковке, однако при этом должен соблюдаться принцип электрической нейтральности. [c.27] Фактически этому правилу отношения радиусов подчиняется большинство соединений. Отклонения появляются и они понятны, так как при простом геометрическом подходе ионы рассматриваются как твердые шары и не учитывается их деформация (см. рис. 1.8). В табл. 1.4. приведены геометрические условия существования различных структур, которые справедливы и для соединений типа АВг. [c.28] В гомеополярных кристаллах вследствие направленности связей наблюдаются меньшие координации. В алмазе, у которого в значительной степени реализуется предельный тип гомеополярной связи, атомы углерода образуют кубическую гранецентрировэнную решетку. Четыре дополнительных атома углерода располагаются в центрах восьмушек куба (через одну). Таким образом, каждый атом углерода окружен только четырьмя ближайшими атомами (тетраэдрическое расположение). [c.28] Изучая кристаллическую структуру вещества, можно сделать некоторые выводы о его физических, химических или физико-химических свойствах. Например, металлы с кубической гранецентрированной решеткой, соответствующей плотнейшей упаковке шаров, оказываются чрезвычайно пластичными. В таких металлах атомы можно легко сдвинуть друг относительно друга по многим равнозначным плоскостям скольжения, которые являются обычно наиболее плотноупакованными плоскостями. [c.29] Структурными особенностями можно объяснить также спайность — способность кристаллов расщепляться преимущественно по определенным плоскостям, что особенно сильно проявляется у так называемых слоистых кристаллов (например, слюда или графит). [c.29] Напротив, в некоторых других кристаллических структурах частицы связаны друг с другом очень слабо и образуют так называемые открытые структуры с большой внутренней поверхностью. В этих структурах содержатся пустоты (поры) определенных размеров. Так, например, в цеолитах, которые принадлежат к группе каркасных силикатов, существуют каналы атомных размеров, которые имеют особое значение при сорбционных процессах. Эти каналы могут пропускать посторонние молекулы до какого-то определенного размера. [c.29] Вернуться к основной статье