10. Основные понятия кристаллохимии: Координационное число и координационный многогранник. Пределы устойчивости структур.

Атом или ион в представление считают несжимаемым наром. Используя планетар-ные модели атома, представляют как ядро с вращающимися электронами. Эффективный атомный радиус - радиус сферы его действия. Сфера радиуса зависит от заполнения электронных оболочек, поэтому атомы в кристаллической структуре представляют как соприкасающиеся шары расстояние между центров которых равно сумме радиусов. Атомные радиусы определяются рентгеновскими методами и вычисляются на основе квантовых представлений. Размеры ионных радиусов подчиняются еще закономернос-тям:

1. Внутри встр. ряда первой системы радиусы ионов с одинаковым зарядом увеличи-вается, так как растет число электронных оболочек.

Fe; Fe²⁺; Fe³⁺

1,26 0,80 0,37 радиус (Å)

Для одного и того же элемента ионный радиус ē увеличивается по мере увеличения отрицательного заряда, и уменьшается по мере увеличения положительного заряда.

Rb^4-; Rb; Rb²⁺ радиус атома больше радиуса катиона

2,15 1,74 1,18

Размеры атомов и ионов следуют периодичной системы элементов(57 - лантан - исключение)

Эффективный радиус иона зависит от номера элемента и от степени его ионизации.

Координационное число и координационное многогранники

Координационное число атома (иона) называется число ближайших однотипных соседних атомов (ионов). Если соединить атомы друг с другом, получится координа-ционный многогранник. Атом для которого строится координационный многогранник должен находиться в центре его. Координационный многогранник не связан с внеш-ней формой кристалла, и не соответствует ей.

В структуре алмаза число соседних ближайших атомов равно 4, многогранник ок-таэдр

NaCl к.ч. = 6 - каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора по вершине полей октаэдра.

рис. 1. Структура Сфалерита.

В структуре сфалерита (рис 1) ионы серы окружены ионами цинка, и ионы цинка ок-ружены ионами серы к. ч. = 4 ( тетраэдр координационный многогранник)

Пределы устойчивости структур

Относительные размеры атомов и ионов являются основным фактором возникно-вения структур одого вида.

Ионная структура кристалла считается устойчивой, или каждый ион касается про-тивоположно заряженного иона.

Схема иллюстрирует степень устойчивости структур

анионы соприкасаются друг с другом и с катионом. Если уменьшается радиус, струк-тура становится неустойчивой(в,г). Силы отталкивания одноименно заряженных ио-нов вызывают перестройку структуры до более устойчивого состояния с другим ко-ординационным числом. На основание простой геометрической формулы мы можем различить радиусы при которых структура устойчива.

Предельные (минимальные) соотношения радиусов ионов для различных координационных чисел (Таблица Шонгуеа- Гольдшмидта)

Координационное число	Координационный многогранник
2	гантель	0 - 0,15
3	треугольник	0,15 - 0,22
4	тетраэдр	0,22 - 0,41
6	октаэдр	0,41 - 0,73
8	куб	0,73 - 1,00
12	Кубоонтаэдр	> 1,00