12. Тверді тіла. Кристалічні ґратки

Тверді тіла діляться на аморфні і кристалічні. В аморфному стані частки твердого тіла знаходяться в неупорядкованому стані. Але цю невпорядко-ваність необхідно розуміти як невпорядкованість для великої протяжності тіла. Наприклад, у таких речовинах як аморфний вуглець, відсутній дальній по-рядок. Але ультрамікрочастки аморфного вуглецю виявляють тенденцію до кристалічної будови. Ця тенденція наштовхується на великі труднощі впоряд-кування у випадку макромолекул. Наприклад, макромолекули білка, які скла-даються із десятків тисяч атомів, нелегко розташувати симетрично у просторі. У всіх випадках для твердого стану характерна кристалічна структура.

Залежно від типу часток, які утворюють кристал, і від природи сил тяжін-ня між ними розрізняють: молекулярні, атомні, іонні і металічні.

У вузлах молекулярних ґраток містяться молекули. Вони зв’язані одна з одною міжмолекулярними силами. У вузлах атомних ґраток розміщені атоми, які зв’язані між собою ковалентним зв’язком. У вузлах іонних ґраток розмі-щені, чергуючись, позитивно і негативно заряджені іони, що пов’язані силами електростатичного притягання. Нарешті, у вузлах металічних ґраток розміщені атоми металу, між якими вільно рухаються спільні для цих атомів електрони. Молекулярні і атомні ґратки властиві речовинам із ковалентним зв’язком, іонні – іонним сполукам, металічні – металам та їхнім сплавам.

Речовин, які мають атомні ґратки, порівняно мало. До них належать алмаз, кремній та деякі неорганічні сполуки. Ці речовини характеризуються високою твердістю, вони тугоплавкі і практично не розчиняються ні в яких розчин-никах.

Речовин з молекулярною ґраткою дуже багато. До них належать неметали, за винятком вуглецю і кремнію, всі органічні сполуки з неіонним типом зв’язку і багато неорганічних сполук. Сили міжмолекулярної взаємодії значно слабші за сили ковалентного зв’язку, тому молекулярні кристали мають невелику твердість, легкоплавкі і леткі.

До сполук з іонним зв’язком, що утворюють іонні ґратки, належить біль-шість солей і невелика кількість оксидів. Міцністю іонні ґратки поступаються атомним, але перевищують молекулярні. Іонні сполуки мають порівняно високу температуру плавлення; їх леткість здебільшого невелика.

Твердий кристалічний стан характеризується найбільш упорядкованою структурою. Ця упорядкованість виражається правильним геометричним розташуванням часток, із яких складається тверде тіло.

Найменшою структурною одиницею кристалу, яка виражає усі властивості його симетрії, є елементарна комірка. При багаторазовому повторенні ко-мірки в трьох вимірах отримують кристалічну ґратку. Існують сім основних комірок (рис. 32), які відрізняються сталими ґратки (а, b, с) і кутами між характеристичними осями , ,  (табл. 13). Крім основних елементарних комі-рок існують також сім елементарних комірок, які є, так би мовити, похід-

а		б		в		г
	д		е		ж
Рис. 32. Геометричні фігури, що відповідають елементарним коміркам: а – кубічній; б – тетраедричній; в – гексагональній; г – ромбоедричній; д – орторомбічній; е – моноклинній; ж – триклинній

Таблиця 13. Геометричні характеристики семи кристалічних систем

Система	Довжина між осями	Кути між осями
Кубічна	a = b = c	 =  =  = 90o
Тетраедрична	a = b  c	 =  =  = 90o
Гексагональна	a = b  c	 =  = 90o,  =120o
Ромбоедрична	a = b = c	 =  =   90o
Орторомбічна	a  b  c	 =  =  = 90o
Моноклинна	a  b  c	 =  = 90o;   90o
Триклинна	a  b  c	      90o

ними від основних, наприклад, кубічна, об’ємно-центрована і кубічна гране-центрована (рис. 33).

а

б

в

Рис. 33. Елементарні комірки: а – простої, б – гранецентрованої і

в – об’ємно-центрованої систем