10

1. Дать определение и охарактеризовать координационное число.

Структура каждого кристаллического вещества в большой степени зависит от количества ближайших атомов (ионов), окружающих данный атом (ион), т. е. от координационного числа. В случае ионных решеток в структуре объединяются ионы различных радиусов, поэтому координационное число (т. е. число атомов, группирующихся вокруг каждого катиона или число катионов, окружающих анион) будет зависеть от отношения радиуса катиона R_к к радиусу аниона R_а, т. е. от величины R_к / R_а.

Координационные числа обусловливают различное расположение анионов и катионов и, следовательно, позволяют предсказать наиболее характерные особенности структур того или иного химического соединения.

Таблица

Координационное число	Форма координационного полиэдра	Отношение радиусов
2	Гантель	От 0 до 0,15
3	Треугольник	От 0,15 до 0,22
4	Тетраэдр	От 0,22 до 0,41
6	Октаэдр	От 0,41 до 0,73
8	Куб	От 0,73 до 1,37
12	Кубооктаэдр	1

Из табл. видно, что при различных координационных числах расположение анионов вокруг катионов будет различным. Если соединить центры тяжестей всех анионов, окружающих данный катион, то образуются определенные геометрические фигуры, различные для каждого координационного числа. Эти геометрические фигуры получили название координационных полиэдров.

Если координационное число равно 2, что может быть при отношении: R_к / R_а ≤ 0,15, то два аниона будут находиться на равном расстоянии от катиона и образовывать фигуру в виде гантели.

При отношении радиусов R_к / R_а =0,15 - 0,22 координационное число равно 3; в этом случае три аниона находятся на равном расстоянии от катиона и при соединении их центров тяжести образуется треугольник, в центре которого располагается катион. При координационном числе 4 анионы располагаются по вершинам тетраэдра, а катион в его центре; в этом случае координационный полиэдр имеет форму тетраэдра.

2. Мотивы структур.

Структура кристаллических веществ определяется как формой координационных полиэдров, так и характером их сочетаний (мотивов). Различают следующие мотивы структур:

1. Координационный мотив структуры. В этом случае все координационные полиэдры (треугольники, тетраэдры, октаэдры, кубы и др.) соединены друг с другом общими гранями и ребрами. Примером 'структуры с координационным мотивом служит структура галенита.

2. Островной мотив структуры. Отдельные координационные полиэдры друг с другом не соприкасаются и соединены посредством общих катионов или анионов. Различают несколько типов островных мотивов структур:

а) отдельные изолированные координационные полиэдры (треугольники, тетраэдры, октаэдры, кубы и др.) соединены друг с другом только катионами (например, кальцит);

б) группы координационных полиэдров (например, сдвоенные тетраэдры и октаэдры и др.) образуют как бы изолированные «островки», соединенные катионами;

в) несколько (три, четыре, шесть) координационных полиэдров соединены друг с другом в кольца, которые образуют изолированные «островки», соединенные катионами. Такой мотив структуры часто называют кольцевым (например, турмалин). В целом же кольцевой мотив структуры является разновидностью островного.

3. Цепочечный и ленточный мотивы структуры. В этом случае координационные полиэдры соединены друг с другом в бесконечные, вытянутые в одном направлении цепочки или сдвоенные цепочки - ленты

4. Слоистый мотив структуры. Координационные полиэдры соединены друг с другом в бесконечные в двух измерениях слои. В пределах слоя или листа отдельные полиэдры сближены друг с другом. В то же время отдельные слои или листы располагаются на значительном расстоянии друг от друга.

5. Каркасный мотив структуры. В данном случае все координационные фигуры соединены друг с другом только одними вершинами в бесконечные в трех измерениях каркасы (например, кварц). В этой структуре координационные полиэдры имеют общие вершины, но нигде не соприкасаются ребрами или гранями. Особенностью каркасной структуры является наличие между отдельными соединенными вершинами полиэдров больших пустот.