1. Кристаллическое строение твердых тел. Модель ближнего взаимодействия. Тела с полностью упорядоченным расположением атомов во всем теле, которое не изменяется с течением времени. Около любой точки в этих телах порядок в расположении атомов будет одинаков. Такие тела называются кристаллическими и говорят, что эти тела имеют кристаллическую решетку.

Кристаллические тела – тела, в которых их простейшие составляющие элементы строго фиксировано и периодически расположены в объеме. Атомы простых веществ соединяются в молекулы или кристаллы, свойства которых определяются силами связи между отдельными атомами. Существуют 4 основных типа связи в твердых веществах.

Ионная связь (классическая, кулоновская)

Ковалентная связь

Связь типа Ван-дер Вальса

Металлическая связь

Состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное, ионизированное. Наиболее распространенная форма твердого состояния - кристаллическая: частицы, составляющие тело, строго упорядочено и периодически расположены в объеме.

Атомно-кристаллическая структура – это взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Атомы в кристалле расположены в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка – это воображаемая правильная пространственная сетка, в узлах которой находятся атомы.

Кристаллическая решетка – пространственная сетка, в узлах которой расположены условные центры элементов кристаллической решетки .

2. Типы кристаллических решёток и их основные характеристики. Состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное, ионизированное. Наиболее распространенная форма твердого состояния - кристаллическая: частицы, составляющие тело, строго упорядочено и периодически расположены в объеме.

Атомно-кристаллическая структура – это взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Атомы в кристалле расположены в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях. Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка – это воображаемая правильная пространственная сетка, в узлах которой находятся атомы.

Кристаллическая решетка – пространственная сетка, в узлах которой расположены условные центры элементов кристаллической решетки . Элементарная ячейка (ЭЯ) кристаллической решетки – минимальный геометрический объем кристаллической решетки, поступательным перемещением которого вдоль 3-х главных осей пространства можно построить всю решетку. Элементарные ячейки подразделяются на простые и сложные. В простых ячейках атомы расположены только в вершинах ЭЯ. Каждая ЭЯ характеризуется шестью параметрами (или периодами): а,b,c – длины ребер ЭЯ, альфа, бета, гамма - углы между ребрами.

Основне характеристики кристалической решетки: Углы между осями альфа бетта гамма; периоды решетки a b c; число атомов приходящееся на ячейку n; координационное число Z равное числу ближайших равноудаленных атомов; виды кр: гексогональная плотноупакованная (гпу); объемноцентрированная кубическая (оцк); гранецентрированная кубическая (гцк).

3. Основные свойства кристаллов: анизотропия и полиморфизм. Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах, т.н. полиморфных (аллотропических) модификациях.

Аллотропия (полиморфизм) – свойство кристаллов изменять тип кристаллической решетки при изменении внешних условий (температуры, давления).

Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, при более высокой температуре β, затем γ и т. д.

Анизотропия – зависимость величины свойств от направления в кристаллической решетке.

Анизотропия обусловлена различной плотностью упаковки атомов по

различным направлениям и плоскостям

кристаллической решетки.

Кристалл – тело анизотропное в отличии от аморфных тел, свойства которых не зависят от направления.

Изотропия – независимость свойств от направления в твердом теле.

Анизотропия кристаллов предполагает необходимость обозначения атомных плоскостей и направлений. Наиболее распространена система, предложенная Миллером:

Индекс Миллера – натуральное целое число, характеризующее плоскость или направление в кристаллической решетке.

Плоскость обозначают индексами (h k ℓ), где h,k,l – должны быть минимально целыми числами, это отрезки, отсекаемые данной плоскостью от осей Х,Y и Z соответственно

Для удобства индексации плоскость может быть перенесена параллельно самой себе так, чтобы она пересекала оси Х,Y и Z в пределах элементарной ячейки. С этими же целями допускается перенос центра координат в пределах элементарной ячейки;

Отрицательные значения индексов обозначают чертой сверху (h k ℓ);

Для определения индексов кристаллографической кристаллографической плоскости необходимо:

· установить координаты точек пересечения плоскости с осями координат в единицах периода решетки;

· взять обратные значения этих величин;

· привести их к наименьшему целому кратному, каждому из полученных чисел.

Полученные значения простых целых чисел, не имеющие общего множителя, являются индексами Миллера для плоскости, указываются в круглых скобках.

Для определения индексов кристаллографического направления необходимо:

· одну точку направления совместить с началом координат;

· установить координаты любой другой точки, лежащей на прямой, в единицах периода решетки

· привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целыж чисел.

Направление обозначают индексами [ h k ℓ ], заключенными в квадратные скобки,где h k ℓ -индексы плоскости, перпендикулярной данному направлению.

4. Типы связей: ионная, ковалентная, Ван-дер-Ваальса, металлическая. Их особенности и влияние на свойства кристаллов.

Ионная связь – это один из видов химической связи, в основе которой лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами(NaCl ) Возникает между ярко выраженными металлами (щелочными: Na, K) с одной стороны и галогенидами (Cl, I) с другой.

Металл отдает внешний валентный электрон галогениду и становится анионом, галогенид завершает свою внешнюю электронную оболочку принятым электроном и становится катионом. Между разноименно заряженными ионами металла и галогенида, согласно Кулону, возникает связь, обусловленная электростатическим взаимодействием.

Ионная связь- связь сильная, направленная.

Представители: NaCl, KI.

Ковалентная связь - вид химической связи осуществляется парой электронов (по одному электрону от каждого атома), находящихся в общем владении двух атомов, реализующих связь.

К. с. существует как в молекулах (в любых агрегатных состояниях), так и между атомами, образующими решетку кристалла.

К. с. может связывать одинаковые атомы (в молекулах H₂, Cl₂, в кристаллах алмаза) или разные (в молекулах воды, в кристаллах карборунда SiC).

Почти все виды основных связей в молекулах органических соединений являются ковалентными (С — С, С — Н, С — N и др.). К. с. очень прочны. Этим объясняется малая химическая активность парафиновых углеводородов.

Простой ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых газов (Н₂, Cl₂ и др.) и соединений (Н₂О, NH₃, CH₄, СО₂, HCl и др.)

Кристаллы с ковалентной связью диэлектрики или полупроводники. Типичными примерами кристаллов , атомы в которых соединены между собой ковалентными связями могут служить алмаз, германий и кремний.

Ван-дер-ваальсовы силы — силы межмолекулярного взаимодействия. Термин обычно применяется к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Связи Ван-дер-Ваальса слабые, направленные. Представители: вода, окись углерода (жидкости, газы).

В молекуле воды атомы водорода имеют положительный заряд, а атом кислорода — отрицательный. Поскольку центры тяжести положительного и отрицательного зарядов не совпадают, то распределение всего заряда в молекуле обладает дипольным моментом. Такая молекула называется полярной молекулой.

Ван-дер-ваальсовое взаимодействие состоит из трех типов слабых взаимодействий:

а) дисперсионное притяжение: электронное облако 1-го атома смещается в направлении ядра 2-го атома, в результате положительно заряженные ядра оказываются связанными расположенными между ними электроотрицательными электронными облаками;

б) ориентационное притяжение: полярные молекулы (имеющие отрицательный и положительный полюса) располагаются как показано на рисунке. Между ними возникают связи, обусловленные электростатическим взаимодействием;

в) Индукционное притяжение: электростатическое взаимодействие полярных молекул обусловливает возникновение магнитного поля, которое обеспечивает дополнительный фактор связи.

металлической связи: это связь, обусловленная взаимодействием электронного газа (валентные электроны) в металлах с каркасом положительно заряженных ионов кристаллич. решетки.

Атомы металла обобществляют свои внешние валентные электроны, образуется общее электронное облако, объединяющие каркас из положительно заряженных ионов. В обобществлении, в отличие от ковалентной связи, участвует неограниченное число атомов. Эта связь сильная, ненаправленная.