Лекция 7. Зависимость свойств веществ от типов взаимодествии между частицами

Твердые веществамогут находиться в кристаллическом состоянии (подавляющее большинство)

кристаллические вещества имеют:

• дальний порядок, т.е 3-хмерную

периодичность структуры по всему объему тела

• зависимость свойств от направления в пространстве

(неодинаковы прочность, теплопроводность и т. п.) –

явление анизотропности

• определенную Т пл

хлорид натрия (соль), графит, металлы

в аморфном состоянии (переохлажденные жидкости) аморфные вещества имеют:

• только ближний порядок – упорядоченное расположение частиц на небольших расстояниях

• одинаковые свойства во всех направлениях – явление изотропности

• плавятся не при строго определенной температуре, а в некотором интервале Т

образуются при охлаждении ↓Тзам (кристаллизации нет)

B₂O₃, GeO₂, P₄O_10, SiO₂

Частицы твердого кристаллического тела: атомы, молекулы, ионы.

Положения частиц в кристалле: узлы

Трехмерное расположение узлов: кристалл

Простейшая часть кристалла: элементарная ячейка.

Из 14 типов ячеек наиболее распространенными являются:

• простая кубическая, ПК

• гранецентрированная, ГЦК

• объемноцентрированная, ОЦК

• гексагональная ГК

Виды кристаллов и их свойства

Молекулярные кристаллы

В узлах решетки: атомы или молекулы, связанные вандерваальсовами (слабыми) силами

Характеризуются:

• ↓ Е _кр

• малой механической прочностью

• ↓ Т _пл

• ↑ летучестью

• отсутствием электропроводности (диэлектрики)

↓ теплопроводностью

кристаллическая структура I₂

! Основной вклад величину Е _кр вносит энергия химической или межмолекулярной связи между частицами в решетке

 Е _кр имеют кристаллы благородных газов (Ar, Ne…) и веществ с неполярными молекулами (СН₄, СО₂, BF₃)

между частицами в кристалле:

слабое дисперсионное взаимодействие: Е _кр ~ Е _дисп

чем ↑α (поляризуемость частицы), тем ↑ Е _дисп Þ ↑ Е _кр

Е _кр ↑ для веществ с полярными молекулами (РСl₃, H₂S)

между частицами в кристалле:

ориентационное, индукционное и дисперсионное

взаимодействия: Е _кр ~ Е _ор + Е _инд + Е _дисп

чем ↑ , тем ↑ Е _ор, Е _инд Þ ↑ Е _кр

наиболее ↑Е_кр в молекулярных кристаллах с Н- связями

(NH₃, H₂O)

Е _кр ~ Е _ор + Е _инд + Е _дисп + Е _Н-св

Атомно-ковалентные кристаллы В узлах решетки:

атомы, связанные ковалентными связями

- немногочисленны

- отдельной структурной единицы выделить нельзя

Характеризуются:

• ↑ Е _кр

• высокой механической прочностью

• ↑ Т _пл

• ↑ Т _кип

• различной электропроводностью:

от диэлектриков: С(алмаз), SiO₂ (кварц), BN

до полупроводников: Si, Ge

и даже проводников: Sn (олово серое)

Ионные кристаллы

В узлах решетки: ионы, связанные ионной связью

(KF, NaCl, CaF₂, BeO, NaOH, CaCO₃)

Характеризуются:

• ↑ Е _кр

↑ прочностью (! хрупкие)

• ↑ Т _пл

• ↓электропроводимостью (большинство диэлектрики)

! растворы и расплавы проводят электрический ток

• ↓ теплопроводностью

• Кристаллическая решетка

• NaCl

Для 1 моль идеального ионного кристалла

(уравнение Капустинского):

Е_ион.кр. ~ 107,13 n (( z₊•z_- /(R₊ + R _- )) (1)

n – число ионов в формуле кристалла

Металлические кристаллы

В узлах решетки: положительные ионы металлов, связанные металлической связью

(металлы, сплавы)

Характеризуются:

• ↑ электропроводимостью

• ↑ теплопроводностью

• металлическим блеском

• ковкостью и пластичностью

E_{кр молек кр <} E_{кр металл кр <} E_{кр атом- ков кр}

кристаллическая решетка Na

в узлах решетки – катионы Ме,

погруженные в «электронный газ» -

делокализованные валентные ē

Металлы

с чисто металлической (нелокализованной) связью:

• s, p – металлы и d – металлы с завершенными предвнешними оболочками (нет неспаренных ē)

Характеризуются:

достаточно ↓ E_{к ,} достаточно↓ Т_пл

с металлическими и ковалентными связями (локализованными):

• d, f – металлы, имеющие неспаренные (валентные) ē

Характеризуются: ↑ E_кр, ↑Т пл, твердостью