Типы кристаллических решеток по видам связи. Ионные, атомные и молекулярные решетки. Металлические решетки.

В теории кристаллической решетки по видам межчастичной связи различают следующие типы кристаллических решеток: молекулярные, [ионные, атомные (металлические и ковалентные) - класс координационных решеток. Частицы в узлах коорд. реш. в равной мере взаимодействуют со всеми частицами своего ближайшего окружения, т.к. молекулы отсутствуют]

ИОННЫЕ. В узлах - ионы. Как можно условно представить возникновение решетки NaCl: сложная решетка NaCl - результат соединения двух совершенно одинаковых подрешеток - Na и Cl. Каждая из подрешеток представляет собой гранецентрированную решетку. В центре каждого ребра октаэдрическое междоузлия. Если сюда поместить частицу, то она будет иметь 6 соседей. Т.е. при соединении двух одинаковых решеток, частицы неМе занимают октаэдрические междоузлия в цетре всех ребер. Период идентичность начинается и кончается там, где начинается и кончается энергетическая ячейка. К.ч. 6\6 (т.е. к.ч. Na=6, к.ч. F=6). Кратность = 8 (n=8). В принципе весь кристалл с ионной связью - одна гигантская молекула. В структурах типа NaCl кристаллизуются соли, PbS, TiS. Структура типа хлористого цезия. CsCl. Условно можно представить, что такая структура, как скопление двух примитивных подрешеток. Узел одной подрешетки (неМе) занимает центральное место в решетке Ме. Кч. = 8/8, n=2.

Атомные ковалентные решетки. Типичным примером такой решетки является решетка алмаза. В узлах такой решетки располагаются атомы, связанные друг с другом ковалентными связями. Условно представить возникновение можно так: Исходный подрешетки - гранецентрированная кубическая решетка. В исходную подрешетку в 4 актанта из 8 в тетраэдре введены дополнительные атомы углерода. В два верхних и два нижних октанта крест накрест. Эта частица связана ковалентными связями с 4 атомами, т.е. к.ч=4, в n=8. Т.е. мы взяли исходные подрешетки г.ц.к. с n=4 и 4 дополнительных атома. Max. Валентность С = 4. Здесь мы имеем 4 связи => свободных валентных электронов нет => алмаз ток не проводит. Эти связи под углом 109гр.28мин и l=0.154нм. Все валентные связи строго ориентированны в плоскости. Алмаз - объемный полимер углерода. Известно, что алмаз очень твердый, это от того, что связи строго ориентированы. Всякое вдавливание приводит к искажению решетки, а химические связи сопротивляются этому. Следующий тип атомной ковалентной решетки - решетка графита. Графит имеет слоистое строение. Каждая частица в слое связана с 3 др. Частицами => к.ч.=3. Наглядно видно, что угол между связями=120гр. Расстояние между частицами в слое l=0,142нм. А расстояние между слоями больше (=0,345нм). Каждый слой в решетке графита - это одна гигантская молекула, т.е. можно сказать, что графит - слоистый полимер С. Валентных электрона у С - 4, а связей - 3, => один электрон на атом свободный=> графит проводник первого рода. Связь между слоями за счет слабых дисперсионных сил межмолекулярного взаимодействия (силы Ван-Дер-Ваальсову). Этим объясняется мягкость графита. Графит - проводник первого рода, но особенный (в отличие от Ме, с увеличением температуры, электропроводность увеличивается, т.к. отрывается часть ковалентной связи в слое и появляется дополнительное число электронов.). В 1968г были синтезированы два линейных полимера С - карбин -С---С-С---С-, поликумулен =С=С=С=С=. Карбин - полупроводник с ярко выраженной фотопроводимостью, а если получить из поликумулена бездефектные волокна, то они выдерживают на разрыв гигантские нагрузки. Совсем недавно синтезировали фуллерен - молекула из 60 атомов С - идеальный шар. Высокая прочность и сверхпроводимость.

Металлические решетки. В узлах - катионы, а связь между узлами решетки за счет полусвободных электронов. В Мет. Реш. имеет место обратимое равновесие: MeóMe^n+ + n e. В мет.реш. электроны вращаются в течение малого промежутка времени вокруг ядра одного из атомов, потом теряют связь с этим ядром и переходят к др. Атому и начинают вращаться там. Потом они могут пойти дальше или вернуться назад. Таких переходов 10млрд. Раз в секунду. За счет таких переходов осуществляется связь между узлами решетки. Как правило, Ме кристаллизуются в решетки с высокии значениями к.ч. Лишь один один Ме - альфа-полоний (Po) кристаллизуется в примитивную кубич. Решетку, а остальные либо в г.ц.к.р. либо в гексагональную плотнейшую упаковку (к.ч=12) и обьемно-центрированную кубич.реш. (к.ч=8). Г.ц.к.р. - Cu, Ag, Au, Pb, Th, Al, gamma-Fe. к.ч=12. Гексагональная плотнейшая упаковка - Mg, Ti, alpha-Zr, Ce, Cd, Tl. К.ч.=12. Объемно-центрированная кубическая решетка - alpha/beta/delta-Fe, W, V, Ta, Si, K, Mg, Nb, beta-Co. К.ч=8.

А для полупроводниковых структур характерна к.ч. 4 и 6.

Молекулярная решетка. В узлах - валентные насыщенные молекулы. Поэтому связь между узлами только за счет слабых сил межмолекулярного притяжения (Ван-Дер-Ваальсовы) - 2 случая:

б) в узлах - неполярные молекулы. Тогда только дисперсионная сила => кристаллы образуют неполярные молекулы, рыхлые, непрочные. Например, H2 (T=-259.9 гр.Цельсия) Dh2=0.086 г\см^2. Это наименее твердое из всех известных тв. В-в (CH4, CO2, F2)

а) в узлах - полярные молекулы => действуют дисперсионные и ориентационные силы. => решетки более прочные, но тоже не слишком.; H2O, NH3, HF, HCl + водородные связи.