ВУЗ:
Составители:
83
американский физико-химик Р. Малликен и немецкий химик Ф. Хунд
пришли к выводу, что s- и p-электроны могут находиться в гибридных
состояниях, промежуточных между s и p. Гибридные sp-орбитали
представляют из себя гантели неправильной формы с сильно развитой
одной стороной и едва заметным зачатком другой. Это обеспечивает
одинаковость всех четырех связей и устойчивость тетраэдрической
конфигурации из атомов углерода в кристалле алмаза.
В графите атомы углерода расположены послойно, в виде струк-
туры из шестиугольных ячеек, причем имеются атомы двух сортов:
одни расположены на одной линии, другие — напротив центров ячеек
соседнего слоя. Для первой категории атомов характерно образование
р — р-связей, правда, довольно слабых, между слоями. Три валентных
электрона атомов второй категории образуют расходящиеся под уг-
лом 120° связи посредством sp-гибридных орбиталей с соседними
атомами, а 4-й валентный электрон отрывается от атома и становится
свободным носителем заряда (металлическая связь).
С точки зрения принципов симметрии процесс кристаллизации
выглядит следующим образом. Алмазы растут в условиях высоких
температур (свыше 1000
°С) и давлений (несколько тысяч атмосфер).
По принципу Кюри (см. семинар 12) пересечение группы симметрии
G = ∞ ⁄ ∞ mm исходной системы — хаотического расположения ато-
мов углерода с предельной группой симметрии скалярного воздейст-
вия (нагрев и всестороннее сжатие), характеризуемой той же самой
предельной группой ∞ ⁄ ∞ mm, не меняет ее симметрии:
G
/
= G = ∞ ⁄ ∞ mm. Это и будет группа симметрии физического свойст-
ва G
р
= ∞ ⁄ ∞ mm, подгруппы которой по принципу Неймана опреде-
ляют симметрию возникающей структуры: G
S
⊂ G
P
. В условиях ради-
ально симметричного воздействия алмаз кристаллизуется в кубиче-
ской системе, описываемой классом симметрии m3m, содержащим
следующий набор элементов симметрии: 3L
4
4L
3
6L
2
9PC. Использо-
ванный здесь симметрийный подход, конечно, не решает вопросов,
почему алмаз кристаллизуется именно в системе класса m3m, а не в
других типах кубических ячеек, и почему при той же симметрии воз-
действия другие вещества могут кристаллизоваться в иные структуры
(впрочем, также кубической симметрии). Это зависит от конкретных
значений энергии химических связей между атомами и многих других
более сложных условий, обсуждения которых выходит за рамки дан-
ного пособия. Отметим лишь, что группа m3m, действительно, являет-
ся по принципу Неймана одной из подгрупп группы симметрии не-
подвижного шара ∞ ⁄ ∞ mm.
Графит кристаллизуется при гораздо меньших температурах и
давлениях типа одноосного сжатия: G
а
= ∞ ⁄ ∞ mm. Поэтому устойчи-
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- …
- следующая ›
- последняя »
