3. Кристаллы с ионной связью

В предыдущих лекциях, посвященных описанию и классификации кристаллических структур, практически не обсуждались причины «предпочтения» тем или иным соединением одного структурного типа другому. В то же время принадлежность соединения к определенному типу структуры определяется целым рядом факторов — размером атомов, типом связи, электронной конфигурацией и т. д., и если воздействие каждого из этих факторов в отдельности более или менее ясно, то учет их совокупного влияния — более трудная задача. Поэтому прогнозировать структуру новых соединений весьма сложно, если вообще возможно, за исключением тех случаев, когда принадлежность соединений к структурному типу очевидна, как например» при синтезе новых фаз со структурой шпинели или перовскита.

3.1. Особенности ионной связи

Классификация твердых веществ по типу связи облегчает понимание соотношений состав – структура – свойства, синтез и поиск материалов для заданного применения. Природа межатомной связи оказывает значительное влияние на координационные числа, структуру твердых веществ и их свойства. При создании новых материалов с перспективными электрофизическими свойствами особое значение имеют правильные представления об их строении с учетом состояния окисления, типа связи и координации составляющих атомов или ионов, характера образующегося каркаса (остова), а также пространственной структуры.

Анализ развития химии твердых веществ показывает, что во многих случаях синтез новых соединений приводил к возникновению новых направлений в научных и технологических исследованиях. В табл. 3.1 представлена хронология разработки методов синтеза ионных соединений¹, которые привели к существенным изменениям в состоянии физической химии твердого тела и химической технологии;

Таблица3.1 - Хронология методов неорганического синтеза, важных для развития физической химии твердого тела

Твердое соединение (прототип)	Первое сообщение	Применение
InP	Thiel (1910)	Полупроводники А3В5
ZrO2(CaO)	Ruff (1929)	Твердый электролит (кислородный сенсор)
Na--Al2O3	Stillwell (1926)	Твердый электролит для химического источника тока Na–S
BaTiO3	Tammann (1925)	Сегнетоэлектрики
LiNbO3	Süe (1937)	Нелинейная оптика
BaFe12O19	Adelsköld (1938)	Ферриты
a-Si:H	Konig (1944)	Солнечные батареи
ZnS/CdS	Kröger (1940)	Люминофоры

В табл. 3.2 – Новые материалы технологического назначения и их применение.

Таблица 3.2 - Новые материалы технологического назначения

Материалы	Применение
Сиалон (Si,Al)3(O,N)4	Высокотемпературная керамика
MxMo6Se8 (фазы Шевреля)	Высокополевые сверхпроводники
Цеолиты (ZSM-5)	Катализ (синтез метанола и бензина)
Полиацетилен	Органические металлы и полупроводники
Жидкие кристаллы	Дисплейные устройства

Ионная связь обычно приводит к высокосимметричным структурам, в которых координационные числа максимальны. Такая связь образуется между элементами, когда имеет место передача электрона и образование противоположно заряженных ионов – катиона и аниона – с завершенной конфигурацией электронных оболочек, т. е. ионной пары, например Na⁺ и Cl^.