1.3.5. Ионные кристаллы

В сложных кристаллах, состоящих из элементов различной валентности, возможно образование ионного типа связи. Такие кристаллы называются ионными.

В узлах ионного кристалла располагаются ионы, т.к. между элементами происходит перераспределение ē: электроположительный элемент теряет валентные электроны, а электроотрицательный – приобретает их. Например, кристалл FeO, решетка которого состоит из отрицательно-заряженных ионов O^2- и положительно-заряженных ионов Fe²⁺.

В решетке кристалла ионы укладываются как шары разных диаметров. Радиус неметалла больше радиуса металлического иона и поэтому металлические ионы заполняют поры в кристаллической решетке, образованной ионами неметалла.

В ионных кристаллах координационное число определяет число ионов противоположного знака, которые окружают данный ион.

Приведенные ниже значения отношений радиуса металла (R_м) к радиусу неметалла (R_нм) и соответствующие им координационные числа вытекают из геометрии упаковки шаров разных диаметров:

К	8	6	4	2
Rм/Rнм	1-0,73	0,73-0,41	0,41-0,22	0,22

Для FeO К равно 6, т.к. указанное соотношение равно 0.54 (рис. 1.10). Ионы кислорода образуют ГЦК–решетку. Ионы железа занимают в ней поры. Каждый ион железа окружен шестью ионами кислорода и наоборот, каждый ион кислорода окружен шестью ионами Fe. В связи с этим в ионных кристаллах нельзя выделить пару ионов, которые можно было бы считать молекулой. При испарении такой кристалл распадается на молекулы.

При нагревании соотношение радиусов может изменяться, т.к. у неметалла он возрастает интенсивнее, чем у металла. Это приводит к изменению типа кристаллической структуры, т.е к полиморфизму.

Энергия связи ионного кристалла по своему значению близка к энергии связи ковалентного кристалла. И превышает энергию связи металлического, а тем более, молекулярного кристалла. Поэтому ионные кристаллы имеют высокие температуры плавления и модуль упругости и низкие коэффициенты сжимаемости и линейного расширения. Заполнение энергетических зон вследствие перераспределения делает ионные кристаллы полупроводниками или диэлектриками.

а

Рис. 1.10. Кристаллическая решетка FeO

КОНТРОЛЬНЫЕ вопросы:

1. Что называется элементарной ячейкой кристалла? Какие величины используют для описания элементарной ячейки?

2. Как определяют степень сложности элементарной ячейки?

3. Сколько частиц приходится на элементарную ячейку: простую кубическую, ОЦК, ГЦК?

4. Что такое координационное число и коэффициент компактности?

5. Рассмотрите модели кристаллических решеток и посчитайте координационное число в моделях: простой кубической, ОЦК, ГЦК.

6. Разберите и соберите вновь объемные модели молекул: ГП, ОЦК, ГЦК.

7. Какие точки пересекают плоскость (211) (рис. 1.2.7)?

8. Каковы индексы оси Y?

9. а) [100] б) [010] в) [010]

10. Какие силы действуют на частицы в кристаллической решетке?

11. Почему ряд материалов проводит электрический ток, а ряд – является полупроводниками и диэлектриками?

12. Как подразделяются кристаллы по характеру связи?

13. Как устроены молекулярные кристаллы, какие свойства обнаруживают?

14. Назовите примеры молекулярных кристаллов

15. Почему молекулярные кристаллы – диэлектрики?

16. Как устроены ковалентные кристаллы, какие свойства обнаруживают?

17. Назовите примеры ковалентных кристаллов

18. Почему ковалентные кристаллы – диэлектрики?

19. Как устроены металлические кристаллы, какие свойства обнаруживают?

20. Назовите примеры металлических кристаллов

21. Почему металлические кристаллы – проводники?

22. Как устроены ионные кристаллы, какие свойства обнаруживают?

23. Назовите примеры ионных кристаллов

24. Почему ионные кристаллы – диэлектрики?

25. Что такое полупроводники?

26. Что такое полиморфизм?