Составители:
Рубрика:
1. АТОМНЫЕ СИЛЫ В КРИСТАЛЛАХ И УПРУГИЕ СВОЙСТВА
1.1. Классификация кристаллов по типам связей
Силы связи между атомами в кристаллах ответственны за существование
конденсированного состояния вещества, однако не объясняют происхождение
регулярного, периодического расположения атомов в кристалле. Практически силы
связи почти всегда полностью электростатического происхождения, роль магнитных
взаимодействий невелика. Часто используется классификация твердых тел по типам
связи, включающая ионные,
ковалентные, металлические и молекулярные кристаллы, а
также кристаллы с водородными связями. Существуют кристаллы, для которых такая
классификация весьма удачна и хорошо описывает основные свойства, однако
существует и ряд таких, для которых она невозможна или неразумна. В таблице 1
приведены характерные свойства кристаллов данного типа и даны примеры. В колонке
три приведена энергия
связи кристалла - энергия, необходимая для разделения одного
моля вещества на отдельные атомы, молекулы или ионы (1eV/молекула = 23,05
ккал/моль).
А. Ионные кристаллы. Характерные представители этого типа кристаллов -
соединения сильно электроположительных (Li, K, Na) и электроотрицательных (F, Cl,
Br) элементов. При образовании ионного кристалла электрон от атома металла
переходит к атому галоида, так
что образуются ионы с полностью заполненными
оболочками, характерными для атомов инертных газов. Например, в кристалле NaCl
(пространственная группа О
h
5
-Fm3m, число структурных единиц в элементарной
ячейке z=4) структура электронной оболочки атомов Na и Cl такова:
Атом
11
Na: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
1
– e
⇒
ион
11
Na
+
: 1s
2
2s
2
2p
6
– оболочка Ne
Атом
17
Cl: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
5
+ e
⇒
ион
17
Cl
–
: 1s
2
s
2
2p
6
3s
2
3p
6
– оболочка Ar
Таким образом, электронные оболочки Na и Cl имеют сферическую симметрию, так
что распределение заряда в ионном кристалле также приближенно обладает
сферическим распределением. Эксперимент подтверждает это рассмотрение (рис.1).
