В ХІХ в. ряд ученых (О. Браве, Е. С. Федоров и др.) высказали гипотезу о том, что правильная геометрическая форма кристаллов обусловлена упорядо ченным расположением частиц в…
В ХІХ в. ряд ученых (О. Браве, Е. С. Федоров и др.) высказали гипотезу о том, что правильная геометрическая форма кристаллов обусловлена упорядо ченным расположением частиц в пространстве. Исследования кристаллов при помощи рентгеновского излучения, начатые в 1912 г., доказали периодиче скую повторяемость расположения частиц внутри кристаллов. Для кристаллов характерно упорядоченное, периодически повторяющее ся в пространстве расположение частиц. Такую упорядоченную структуру ве щества называют дальним порядком. На рис. 8.5 представлена структура кристалла каменной соли NaCl. Ионы натрия и ионы хлора, чередуясь между собой, образуют в пространстве крие талла закономерный порядок. Если каждый из ионов изобразить маленьким шариком и соединить точки между собой, то можно получить наглядный об- раз структуры кристалла NaCl, его пространственную решетку (рис. 8.6). Частицы (атомы и молекулы) кристаллического вещества непрерывно совершают хаотические колебания около своего положения равновесия. Эти положения равновесия называются узлами решетки. В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах кристалличе ской решетки, различают четыре вида кристаллов: ионные, атомные, молеку лярные и металлические. В ионных кристаллах в узлах пространственной решетки находятся ионы, как в кристалле NaCI. Примером атомного кристалла является алмаз: в узлах его решетки находятся атомы углерода. «Сухой лед» СО молекулярныйкристалл. В металлах в узлах пространственных решеток находятся поло жительные ионы металла, а валентные электроны образуют электронный газ, «цементирующий» решетку, Некоторые вещества, имея одинаковый химический состав, различаются по своим физическим свойствам. Например, алмаз и графит представляют собой углерод. Но алмаз прозрачный и самый твердый минерал, в графит мате риал матово-черного цвета и легко расслаивается. Различие свойств этих двух разновидностей углерода объясняется тем, что их пространственные решетки не одинаковы. Пространственная решетка алмаза изображена на рис. 8.7, а, гра фита на рис. 8.7, 6. Существование у данного вещества нескольких разновидностей кристал лических структур называют полиморфизмом. Полиморфизм присущ многим веществам. Известны разновидности железа, олова, льда и т. д. Под влиянием внешних воздействий (давление, нагревание) может происходить перестройка кристаллической структуры вещества. Так, при температуре выше 1000 °С (при нагревании в вакууме) алмаз превращается в графит. Чтобы графит превратить в алмаз, его нужно нагреть до 2000 °С под давлением порядка 100 Па. Основное свойство кристаллов анизотропию можно объяснить исходя из упорядоченного расположения составля ющих их частиц. Рассмотрим структуру кристалла NaCI. Для простоты изобразим лишь одну плоскость его пространствен ной решетки (рис. 8.8).Слои L. L₁ расположены ближе друг к другу, чем слои М. М.. Поскольку силы взаимодействия между молекулами зависят от расстояния между ними, то притяжение между слоями 1. 2, больше, чем между слоями М. М., и кри сталл легче раскалывается вдоль слоев М. М. Итак, свойства и внешняя форма кристалла определяются его структурой, ес симметрией. Идеи симметрии имеют принципиальное значение не только для изучения кристаллов, но и в искусстве, физике, технике (см. Приложение 2). Краткий конспект
Конспект: Структура и свойства кристаллов
Гипотеза о структуре кристаллов:
- В ХІХ веке ученые (О. Браве, Е. С. Федоров и др.) выдвинули идею о том, что геометрическая форма кристаллов связана с упорядоченным расположением частиц.
- Исследования кристаллов с использованием рентгеновского излучения, начатые в 1912 году, подтвердили периодическое расположение частиц в кристаллах.
Дальний порядок:
- Кристаллы характеризуются периодически повторяющимся расположением частиц, что обозначается как дальний порядок.
- На примере кристаллической структуры каменной соли (NaCl) наблюдается закономерное чередование ионов натрия и хлора.
Узлы решетки:
- Частицы кристаллического вещества колеблются вокруг своих равновесных положений, называемых узлами решетки.
Виды кристаллов:
- Ионные кристаллы: в узлах находятся ионы (например, NaCl).
- Атомные кристаллы: узлы содержат атомы (например, алмаз – атомы углерода).
- Молекулярные кристаллы: сущности как «сухой лед» (CO₂).
- Металлические кристаллы: узлы содержат положительные ионы металлов, с валентными электронами в виде электронного газа.
Полиморфизм:
- Существование нескольких разновидностей веществ с одинаковым химическим составом, но разными свойствами (например, алмаз и графит).
- Пространственные решетки этих веществ различаются, что и обуславливает разницу в свойствах.
Перестройка кристаллической структуры:
- Под воздействием внешних факторов (давление, температура) возможно изменение кристаллической структуры.
- Например, при нагревании алмаз превращается в графит, а графит имеет возможность трансформироваться в алмаз при высокой температуре и давлении.
Анизотропия кристаллов:
- Связано с упорядоченным расположением частиц.
- Различные слои в кристаллической решетке NaCl обозначают, что силы взаимодействия между ними отличаются, что влияет на легкость раскалывания кристалла.
Симметрия:
- Свойства и форма кристаллов определяются их структурой и симметрией.
- Идеи симметрии являются важными не только в кристаллографии, но и в различных сферах – искусстве, физике и технике.
Заключение
Структура кристаллов, их симметрия и взаимодействия частиц играют ключевую роль в определении их физических и химических свойств, а также в понимании полиморфизма и анизотропии.
