Кристаллы. Элементарные кубические ячейки и их характеристика (наименьшее число частиц, необходимых, для построения ячейки)
Кристаллы. Элементарные кубические ячейки и их характеристика (наименьшее число частиц, необходимых, для построения ячейки). Координационное число, кратчайшее расстояние между частицами. Расчет эффективных радиусов атомов для расчета кубических решеток. Виды связи в кристаллах. Атомные, молекулярные, ионное и металлические кристаллы.
Одно и тоже вещество, в зависимости от условий (температуры, давления) может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. При затвердевании веществ поступательное движение их частиц сменяется колебательным около точки, в которой была застигнута частица в момент затвердевания вещества.
За исключением немногих природных веществ и произведений техники (стекло) твердые вещества имеют кристаллическое строение. Для кристаллического состояния характерно строго определенное расположение частиц во всем объеме – дальний порядок. Это определяет анизотропию или векторность свойств кристаллов – различие физических свойств: теплопроводность, сжимаемость, прочность на разрыв, коэффициент преломления света – в разных направлениях. Располагаясь в кристалле определенным образом, частицы образуют кристаллическую решетку – трехмерное упорядоченное геометрическое распределение в пространстве точек, называемых узлами. Это определяет внешнюю форму вещества в виде кристалла, ограниченного плоскими гранями, сходящимися в точечных вершинах, и прямолинейными ребрами. В соответствии с природой составляющих частиц кристаллические решетки могут быть атомными ( в узлах находятся атомы, связанные друг с другом ковалентными связями); молекулярными (в узлах находятся молекулы, связанные между собой межмолекулярными силами); ионными (в узлах располагаются, чередуясь друг с другом положительно и отрицательно заряженные ионы, они связаны друг с другом силами электростатического притяжения); металлическими ( в узлах находятся атомы металлов, между которыми свободно движутся общие для этих атомов электроны). Веществ с атомной решеткой сравнительно мало (алмаз, кремний ..), веществ с молекулярной решеткой много (к ним относятся неорганические вещества с ионной связью.
Решетки различных веществ отличаются между собой не только по природе образующих частиц, но и по взаимному расположению частиц в пространстве – по своему строению. Каждую решетку можно охарактеризовать ее элементарной ячейкой - наименьшей частью кристалла, имеющей все особенности структуры данной решетки. Существует 14 типов элементарных ячеек, которые систематизированы на основе симметрии.
Важнейшей характеристикой элементарной ячейки, помимо типа кристаллической решетки, являются: кратчайшее расстояние между частицами, образующими данный тип элементарной ячейки; координационное число К – число одинаковых частиц, расположенных на кратчайшем расстоянии от данной частицы (число ближайших соседей); число частиц n, необходимых для построения элементарной ячейки.
В кристалле NаСl – каждый ион окружен шестью ближайшими ионами противоположного знака, а в кристалле СsСl – восемью.
