4. Молекулярные кристаллы(мк). Ионные кристаллы(ик).
МК - ТТ, в узлах кристаллической решётки которых располагаются либо одинаковые молекулы с насыщенными связями (H2, Cl2, Br2), либо атомы инертных газов (аргон, неон, и т.д.).
Характерная особенность: частицы в кристалле (атомы, молекулы) удерживаются вместе очень слабыми силами Ван-дер-Ваальса.
Есв МК очень мала, и составляет 0,02..0,15 эВ, для ИК, например для NaCl, она сотовляет 8 эВ. Такие небольшие энергии сцепления обусловливают очень низкие Тпл этих кристаллов.
Наличие сил ВДВ отражает, что нейтральный атом (молекула) может поляризоваться под влиянием электрического поля, причём даже 2 нейтральных атома индуцируют друг в друге малые дипольные электрические моменты.
Положительный заряд ядра равен отрицательному заряду всех электронов, окружающих ядро. Атом является электрически нейтральным и центры положительного и отрицательного зарядов лежат в центре ядра. Если 2 таких атома находятся относительно далеко друг от друга, то они не взаимодействуют между собой.
При сближении атомов подвижный отрицательный заряд (электронное облако) одного из атомов в какой-то момент времени может оказаться смещённым, так что центры положительного и отрицательного зарядов уже не будут совпадать - возникнет мгновенный дипольный электрический момент атома, который создаёт в центре другого атома электрическое поле. Для описания потенциала взаимодействующих нейтральных атомов и молекул используют потенциал Леннарда-Джонса(для электро нейтральных молекул):
σ-межатом расстояние, при котором полная потенц энергия =0
ε – имеет размерность энергии, равной минимальной потенциальной энергии при r0=21\6σ
– межатом расстояние
Ионные кристаллы (ИК)
ИК - соединения с преобладающим ионным характером химической связи, в основе которой лежит электростатическое взаимодействие между заряженными ионами.
Представители - галогениды щелочных металлов (NaCl, KCl, etc). При образовании кристаллов типа NaCl атомы галогенов (Cl, F, Br), обладающие большим сродством к электрону захватывают электроны щелочных металлов (K, Na, Li- образ-ся + и - ионы с электронными оболочками s2p6. В результате кулоновского притяжения анионов и катионов происходит перекрытие 6 внешних рорбиталей и образуется решётка типа NaCl.
К ИК относятся большинство диэлектриков. Электропроводность ИК при комнатной температуре на 20 порядков меньше электропроводности металлов. Электропроводность диэлектриков осуществляется в основном ионами. В ИК притяжение обусловлено кулоновским взаимодействием между заряженными ионами. Кроме притяжения существует также отталкивание, обусловленное так же отталкиванием одноимённых зарядов. В условиях, когда существуют и силы притяжения, и силы отталкивания устойчивость ионных кристаллов объясняется тем, что расстояние между разноимёнными зарядами меньше, чем между одноимёнными, поэтому силы притяжения преобладают над силами отталкивания.
Рас. 2 иона iи j, находящимися на расстоянии rij в кристалле друг от друга. Они имеют заряды Z1e и Z2e. Энергия взаимодействия между ними:
где первый член соответствует потенциалу притяжения, а второй – потенциалу отталкивания.
Выполняя
суммирование по всем ионам, при условие
что
,
получим потенциал взаимодействия i-го
иона со всеми остальными:
А и В – структурные суммы. Структурная сумма А называется постоянной Маделунга. Она зависит от типа кристаллической структуры и координационного числа. Координационное число – число ближайших соседей, окружающих данный атом. Знак в сумме выбирается в зависимостиот заряда рассматриваемого иона. То есть δijопределяет номер сферы ближайшей от выбранного иона соседа.
- полная энергия кристалла,
содержащего N
ионов
- энергия связи ионного кристалла
– формула Бора-Ланде.