Понятие химической связи в кристаллах. Металлическая связь, ее характеристики и реализация в кристаллических структурах.

Раздел 5.

 

Классификация кристаллических структур на основе локализованных в них химических связей. Геометрический характер структур.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц. Представлена четырьмя предельными типами: металлическая, ковалентная, ионная и ван-дер-ваальсовая. Если в кристалле связь между всеми атомами одинакова, то такие структуры называют гомодесмическими. В ряду одинаковых по структуре кристаллов SiC, А1Р, ZnS, Agl наблюдается постепенное и значительное нарастание полярности связи. Когда в структуре кристалла сосуществуют несколько типов химической связи, структуры называют гетеродесмическими. Один тип связи проявляется внутри группировки атомов, другой — между атомами из соседних группировок или отдельными атомами и группировками. Принимая во внимание геометрию расположения материальных частиц в структуре кристалла — геометрический характер структуры — выделяют пять различных структурных мотивов, координационный, островной, цепочечный, слоистый и каркасный.

 

Химическая связь в кристаллических структурах. Ионная связь, ее характеристики и реализация в кристаллических структурах.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц. Представлена четырьмя предельными типами: металлическая, ковалентная, ионная и ван-дер-ваальсова.

Ионная (гетерополярная) связь реализуется между различными по свойствам атомами, например между металлами и галогенами. Электростатическое взаимодействие между положительными и отрицательными ионами возникает в результате стремления химического элемента приобрести устойчивую благородно-газовую электронную оболочку за счет отдачи или присоединения электронов. В итоге возникают положительно заряженные катионы и отрицательные анионы, равномерно распределенные в кристаллическом пространстве ионного кристалла. Ионная связь ненаправленная и ненасыщаемая (как и металлическая). При этом типе связи каждый ион в структуре кристалла окружает себя по возможности максимальным количеством ионов противоположного знака. В ионном кристалле нет молекул: такой кристалл не имеет границ между структурными единицами. Все это обусловливает средние и относительно высокие КЧ, равные б, 8, а также плотные укладки атомов.Для кристаллических веществ с ионным типом связи (например, NaCl, CsCl, С ар2 и др.) обычно характерны диэлектрические свойства, хрупкость, низкая тепло- и электропроводность.

 

Понятие химической связи в кристаллах. Металлическая связь, ее характеристики и реализация в кристаллических структурах.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц. Представлена четырьмя предельными типами: металлическая, ковалентная, ионная и ван-дер-ваальсова.

Металлическая связь, характерная для элементов первых групп Периодической системы и интерметаллов, осуществляется взаимодействием свободных электронов и положительно заряженных атомных остовов. Все атомы металла отдают свои валентные электроны в общее пользование, т. е. все свободные электроны обобществляются и легко перемещаются между атомными ядрами, представляя своеобразный электронный «газ». Это обусловливает сферически симметричное силовое поле вокруг атомных остовов — металлическую связь, не обладающую свойством направленности. Для структур с металлической связью характерны большие КЧ, плотная укладка частиц, так как каждый атом стремится окружить себя максимальным количеством ближайших атомов, существованием свободно перемещающихся электронов, относительно слабо связанных с атомами металла, объясняется и ряд свойств, специфических для металлов, таких, как высокая электропроводность, теплопроводность, ковкость и др. Энергия металлической связи составляет десятки килокалорий на моль.

 

4. Геометрические пределы устойчивости кристаллических структур. Правило Магнуса – Гольдшмидта.

Пределы устойчивости структур-соотношение радиусов катиона и аниона в момент их касания. Такие расчеты были проделаны математиком А. Магнусом (1922) и позднее использованы В. Гольдшмидтом (1926) при составлении таблицы геометрических пределов устойчивости ионных структур, известной как правило Магнуса— Гольдшмидта, вошедшее в качестве составляющей в основной закон кристаллохимии Гольдшмидта, который гласит: структура кристалла определяется числом атомов (ионов или молекул), соотношением их размеров и их поляризационными свойствами.