10)Кристаллические вещества.

Строение вещества определяется не только взаимным расположением атомов в химических частицах, но и расположением этих химических частиц в пространстве. Наиболее упорядочено размещение атомов, молекул и ионов в кристаллах, где химические частицы расположены в определенном порядке, образуя в пространстве кристаллическую решетку.

Твердые кристаллы - трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры во всех направлениях.

Геометрически правильная форма кристаллов обусловлена, прежде всего, их строго закономерным внутренним строением. Если вместо атомов, ионов или молекул в кристалле изобразить точки как центры тяжести этих частиц, то получится трехмерное регулярное распределение таких точек, называемое кристаллической решеткой. Сами точки называют узлами кристаллической решетки. Свойства кристаллов: дальний порядок; наличие анизотропии(зависимость механических, оптических, магнитных, электрических свойств кристалла от направления); постоянной t кристаллизации и плавления.

Одиночные кристаллы – монокристаллы(то есть единый кристалл); поликристаллами– соединения, состоящие из большого числа кристаллических зёрен.

Изоморфизм заключается в способности атомов, ионов или молекул замещать друг друга в кристаллических структурах. Полиморфизм - способность твердых веществ и жидких кристаллов существовать в двух или нескольких формах с различной кристаллической структурой и свойствами при одном и том же химическом составе(углерод, графит, алмаз).

Ещё в 1749 году М.В. Ломоносов закон постоянства междугранных углов: кристаллы одной и той же модификации данного вещества могут иметь разную величину, форму и количество граней, но углы между соответствующими гранями при данной температуре и давлении остаются постоянными. Сущ. 230 кристаллических форм.

Кристаллы – симметричные фигуры, обладающие определёнными элементами симметрии: центром, плоскостью и осью симметрии. Центр симметрии – точка внутри кристалла, делящая пополам любую проходящую через неё прямую, проведённую до пересечения с гранями кристалла. Плоскость симметрии – плоскость, делящая кристалл на две зеркально отображающие части. Ось симметрии – линия, при вращении вокруг которой на 360 кристалл совмещается сам с собой n раз. Число совмещений n называется порядком оси симметрии. Число n может быть равным 2, 3, 4 или 6. Оси пятого и выше шестого порядков в кристаллах не существует, так как они несовместимы с пространственным расположением атомов в кристаллической решётке. В кубической системе можно выделить 3 вида кристаллических решеток:

а) простая кубическая решётка (ПК)

d = а

k = 6

n=⅛^.8=1

 = 52,4 %.

(NaCl, KCl и большая часть оксидов, сульфидов)

б) объёмно-центрированная кубическая решётка (ОЦК)

Простая+частица в ячейке, расположенная в точке пересечения диагоналей куба.

а

k=8

n=⅛^.8+1=2

 = 68 %.

(CsCl, щелочные металлы)

в) гранецентрированная кубическая решётка (ГЦК)

Простая + 6 частиц, расположенных на каждой грани в точке пересечения диагоналей квадрата.

а

k=12

n=8^.⅛+6^.½=4

 = 74 %.

(Al, Cu, Ag, Pd, Pb )

г) гексагональная плотная упаковка (ГПУ)

а – длина ребра h – высота призмы

d=а

k=12

n=12^.1/6+2^.½+3=6

 = 74 %. (Be, Mg,Са, Zn,Sr, Cd, Ti, Tl, Zr)

Элементарная ячейка кристалла – это наименьший объём кристаллической решётки вещества, отображающий его хим состав и все особенности внутренней структуры.

а – величина ребра; кратчайшее расстояние между частицами в ячейке – d; координационное число – k – число одинаковых частиц, расположенных на кратчайшем расстоянии от данной частицы; число частиц, необходимое для построения элементарной ячейки – n; Эффективный радиус r_эф=d/2.

Расчёт размеров элементарных ячеек кубической системы

Если плотность  (кг/м³) =m/V ,m – масса элементарной ячейки; V – объём элементарной ячейки. Но , V=а³;где А – атомная масса; N_а=6,02^.10²³ – число Авогадро; n – число частиц, необходимое для построения данной элементарной ячейки.Следовательно, ,отсюда .Это для ПК,ОЦК,ГЦК,а ГПУ