КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

19. Направленность ковалентных связей и форма молекул.

Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает с их собственной. Исключение составляют s-электронные облака, поскольку их сферическая форма делает все направления равноценными. Для p- и d-электронных облаков перекрывание осуществляется вдоль оси, по которой они вытянуты, а образующаяся при этом связь называется s-связью. s-Связь имеет осевую симметрию, и оба атома могут вращаться вдоль линии связи, т.е. той воображаемой линии, которая проходит через ядра химически связанных атомов.

Геометрическая форма молекул соединений зависит от типа гибридных орбиталей, участвующих в образовании ковалентных связей. Гибридным sp-орбиталям отвечает линейная структура молекул, sp2-гибридизация приводит к образованию плоских треугольных молекул, при sp3-гибридизации образуются молекулы тетраэдрической формы, результат гибридизации типа sp3d2 - молекулы октаэдрической конфигурации.

Например в молекуле метана атом углерода образует 4 σ-связи с атомами водорода, при этом осуществляется sp3-гибридизация орбиталей, и молекула имеет форму тетраэдра. В молекуле этилена каждый атом углерода соединен σ-связями с атомами водорода.

Соединение 2-х атомов углерода между собой осуществляется 1-й σ- и 1-й π-связью. Поскольку 1 p-орбиталь атома углерода участвует в образовании -связи, гибридизация sp2 осуществляется за счет 1-го s- и 2-х p-электронов, и молекула этилена имеет треугольную форму. В молекуле ацетилена H-CΞC-H имеются 2 π-связи, образованные 2-мя p-орбиталями атома углерода. Следовательно, в этом случае в гибридизации может принять участие лишь одна, оставшаяся свободной, p-орбиталь. Именно поэтому в молекуле ацетилена происходит sp-гибридизация, и молекула ацетилена линейна.

В молекуле диоксида углерода O=C=O атом углерода образует 2 π-связи с атомами кислорода. В образовании σ-связей принимают участие 2 гибридные sp-орбитали, поэтому молекула CO2 линейна.

22. Особенности структуры и физические свойства металлических кристаллов

Металлические кристаллы образуют чистые металлы и их сплавы. Такие кристаллы можно увидеть на изломе металлов, а также на поверхности оцинкованной жести. Кристаллическая решетка металлов образована катионами, которые связаны подвижными электронами («электронным газом»). Такое строение обусловливает электропроводность, ковкость, высокую отражательную способность (блеск) кристаллов. Структура металлических кристаллов образуется в результате разной упаковки атомов-шаров. Щелочные металлы, хром, молибден, вольфрам и др. образуют объемноцентрированную кубическую решетку; медь, серебро, золото, алюминий, никель и др. – гранецентрированную кубическую решетку (в ней помимо 8 атомов в вершинах куба имеются еще 6, расположенные в центре граней); бериллий, магний, кальций, цинк и др. – так называемую гексагональную плотную решетку (в ней 12 атомов расположены в вершинах прямоугольной шестигранной призмы, 2 атома – в центре двух оснований призмы и еще 3 атома – в вершинах треугольника в центре призмы). Все кристаллические соединения можно разделить на моно- и поликристаллические. Монокристалл представляет собой монолит с единой ненарушенной кристаллической решеткой. Природные монокристаллы больших размеров встречаются очень редко. Большинство кристаллических тел являются поликристаллическими, то есть состоят из множества мелких кристалликов, иногда видных только при сильном увеличении.