A. Строение кристаллов

Строение кристаллов. Пространственная решетка. Элементарная ячейка

Понятие кристалла обычно ассоциируется у нас с минералами, имеющими геометрически правильную форму, которая одинакова как для больших, так и для малых кусков минералов. Рассматривая отдельные кристаллы, можно убедиться, что они ограничены плоскими, как бы шлифованными гранями в виде правильных многоугольников.

Кристаллы одного и того же вещества могут иметь различную форму, так как она зависит от условий их образования. Однако для кристаллов каждого вещества характерно постоянство углов между их ребрами и соответственно между их гранями.

Так, кристаллы поваренной соли встречаются в виде кубов, параллелепипедов, призм и даже тел неправильной формы, но всегда в вершине каждого кристалла сходятся три ребра, образующие между собой прямые углы. Измерив углы между всеми гранями неизвестного кристалла, можно по специальному каталогу определить, кристалл какого вещества исследуется (кристаллохимический анализ).

Правильная геометрическая форма кристаллов является результатом упорядоченного расположения частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих кристалл. Точнее, частицы колеблются около определенных положений равновесия. Если их мысленно соединить прямыми линиями, то получается своего рода "скелет" кристалла. Такое изображение кристалла называется кристаллической пространственной решеткой. В основе кристаллической решетки лежит элементарная ячейка — фигура наименьшего размера, последовательным переносом которой можно построить весь кристалл.

Для описания строения любого кристалла достаточно изучить строение элементарной ячейки пространственной решетки этого кристалла.

В зависимости от рода частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера сил взаимодействия между ними кристаллы разделяют на 4 типа: ионные, атомные, металлические и молекулярные.

В узлах ионной решетки в определенном порядке чередуются ионы противоположных знаков, удерживающиеся электростатическими силами (ионная связь). Ионная решетка каменной соли NaCl приведена на рисунке 3.

Рис. 3

В узлах атомной решетки находятся нейтральные атомы, между которыми существует ковалентная связь: при сближении атомов их валентные электроны как бы становятся общими для ближайших соседей. На рисунке 4, а, б ковалентная связь изображена для германия.

Рис. 4

В узлах металлической решетки находятся положительные ионы, взаимодействие между которыми осуществляется через обобществленные свободные электроны.

В узлах молекулярной решетки находятся нейтральные молекулы, удерживающиеся молекулярными силами притяжения. Эти силы невелики. Поэтому молекулярные кристаллы легко разрушаются. Это кристаллы СO₂, O₂, N₂ в твердом состоянии, большинство органических соединений (парафин, спирт, резина и др.).

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 186-187.