Типы связей в кристаллах; молекулярные, ионные, атомные и металлические кристаллы

Свойства твердых тел определяются характером сил взаимодействия между частицами, образующими КР.

В зависимости от природы различают кристаллы:

молекулярные;

ионные;

атомные (ковалентные);

металлические.

Количественная оценка сил связи выражается через энергию связи, которая определяется как разность между полной энергией в 1 моле кристалла при T=0 К и через энергию составляющих его частиц, разнесенных на бесконечные расстояния Есв.<0.

Между частицами кристалла действуют силы притяжения, силы отталкивания; в состоянии равновесия они равны. Потенциальная энергия взаимодействия

где A, B, n,ρ-константы,

r-расстояние между частицами

в состоянии равновесия ;

 

Всякое отклонение от состояния равновесия вызывает увеличение либо сил отталкивания, либо сил притяжения.

-Силы, вызывающие отталкивание, проявляются на малых расстояниях, обусловлены:

1)отталкиванием одноименно заряженных ядер;

2)при перекрытии электронных оболочек некоторые ē могут оказаться в одинаковых квантовых состояниях(что невозможно)один из ē должен перейти на более высокий уровень энергия системы повышается появляются силы отталкивания.

-Силы притяжения: различны для различных типов кристаллов:

1) молекулярные кристаллы -содержатся в узлах молекулы, удерживаются силами дипольного происхождения (Ван-дер-Ваальса)

W=

а)если все молекулы поляризованы в кристалле, то между ними возникают силы притяжения, аналогичные силам двух диполей (силы, ориентированного взаимодействия);

б)часть молекул поляризована происходит индуцирование ими электрического момента у соседних молекул с последующим взаимным притяжением (силы индуц. взаимодействия);

в)молекулы неполяризованы ⇒ их взаимодействие происходит за счет мгновенных дипольных моментов, образованными ē, синхронно вращающимися вокруг ядер (силы дисперсионного взаимодействия).

2)в ионных кристаллах силы притяжения возникают за счет кулоновских сил взаимодействия

W=

3)атомные кристаллы: образованы за счет ковалентных связей между атомами решетки, возникают при перекрытии внешних электронных оболочек соседних атомов, когда возникает вероятность туннельного перехода,

при расстояниях между атомами частота обмена ē настолько высока, что можно говорить о системе с обобществленными ē;

число ковалентных связей определяется числом валентных ē;

такая система более устойчива, чем два атома, отдел. Друг от друга.

4)металлические кристаллы: атомы металлов в КР расположены столь близко, что волновые функции ē-в перекрываются и валентные ē могут отрываться от атомов и свободно перемещаться по кристаллу, обр. элекр.газ. Для отрыва валентных ē не требуется затрат энергии эл.газ существует и при Т=0 К.Он заполняет междоузлия и силы притяжения возникают между эл.газом и ионами КР.