5. Типы кристаллических структур по характеру сочетания структурных единиц.

Тип химической связи определяет взаимное расположение атомов в кристаллической структуре. Так как связи преимущественно электростатические, то каждый ион стремиться собрать вокруг себя (координировать) ионы противоположного знака. Наиболее сильные связи соединяют ион с его ближайшими соседями. Число таких ближайших соседей называется координационным числом. Рассматривая ионы как соприкасающиеся сферы, легко понять, что координационное число зависит от размеров координированных ионов, выражающихся отношением радиуса катиона к радиусу аниона (Rk:Ra). Если это отношение близко к единице, то ионы располагаются в структуре в соответствии с законами плотнейшей упаковки: гексагональной (2х-слойной) или кубической (3х-слойной). В других случаях геометрия расположения атомов в структуре будет более сложной. В этом случае геометрический характер структуры проще всего описать с помощью структурных мотивов:

Координационный - атомы распределены равномерно, не образуя никаких конечных или бесконечных группировок. Это структуры гомодесмические (NaCl, алмаз, металлы). Островной - атомы собраны в отдельные конечные группировки, внутри которых связи более сильные (расстояния между атомами мало), а между этими группами связи слабые (расстояние между ними увеличивается). Это структуры гетеродесмические. Островные структурные группировки могут быть валентно-насыщенными (сера), катионными и анионными (карбонаты). В последнем случае связь внутри группировки - ковалентная, а связь между катионом и анионной группировкой - ионная. Цепочечный - ковалентно-связанные группировки атомов, соединяясь между собой (полимеризуясь), могут образовывать бесконечные вытянутые в одном направлении нейтральные или валентно-ненасыщенные анионные цепи, связь между которыми может быть остаточной (вандерваальсовой), водородной или через катионы. Такой структурный мотив наблюдается во многих силикатах. Слоистый - бесконечные ориентированные в одной плоскости валентно-нейтральные пакеты из прочно связанных атомов одного (графит) или разного сорта (гидроксиды) разделены на слои, связь между которыми - остаточная (ван-дер-ваальсова) или водородная. Каркасный - трехмерная вязь из атомных группировок, соединенных вершинами, внутри которой имеются большие пустоты. В отличие от координационных структур атомы распределены в пространстве неравномерно, даже если каркас нейтрален (кварц) и между атомами преобладает один тип связи. В случае ненаправленной и ненасыщаемой связи атомы в структурах кристаллов (особенно металлов) стараются окружить себя как можно большим количеством соседей, т е образовать плотнейшую упаковку. Любая плотнейшая упаковка состоит из плотно упакованных слоев, в которых каждый атом окружен 6-ю соседями. Атомы следующего слоя располагаются в лунках предыдущего таким образом, что расстояния между атомами слоя равны расстоянию между атомами из соседних слоев. Кристаллы могут быть построены по закону двуслойной (гексагональной), трехслойной (кубической) или многослойной упаковок. Если структура состоит из атомов разного размера, то более крупные атомы (обычно анионы) образуют плотнейшую упаковку, а более мелкие (катионы) располагаются в пустотах этой упаковки- тетраэдрических и октаэдрических. Знание структуры кристаллов имеет большое значение для понимания физических свойств минералов, таких как спайность, твердость, плотность, показатель преломления и т. д. Зависимость этих свойств от геометрического структурного мотива является предметом исследований ученых - кристаллофизиков.