Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
42
Добавлен:
18.03.2016
Размер:
17.7 Кб
Скачать

Кристаллическая решетка твердого тела построена из атомов, которые удерживаются один возле другого электростатическими силами; например, в кристалле поваренной соли ( Nad) решетка состоит из чередующихся ионов натрия и хлора. На поверхности кристалла, особенно на его свежем изломе, часть электрического поля каждого атома не будет компенсирована близлежащими атомами; силовое поле будет находиться вне кристалла. Попадая в это силовое поле, посторонняя молекула газа может быть им удержана и останется на поверхности на некоторое время, исчисляемое десяти - и стотысячными долями секунды. Если кинетическая энергия молекулы велика, то она может, преодолевая силовые поля, покинуть поверхность и уйти в окружающее пространство. Так как движение молекул беспорядочно, не исключена возможность возвращения этой молекулы к поверхности. Попав случайно в более мощное силовое поле, она может большее время оставаться адсорбированной. Между частицами, образующими кристаллическую решетку твердых тел, существуют силы взаимодействия. Расположение частиц в узлах кристаллической решетки отвечает минимуму их взаимной потенциальной энергии. При смещении частиц из положения равновесия в любом направлении появляется сила, стремящаяся вернуть частицу в первоначальное положение, вследствие чего возникают ее колебания. Согласно зонной теории в кристаллической решетке твердого тела вследствие взаимодействия между электронами соседних атомов создается зона энергетических уровней электронов решетки. Существенное различие между состояниями двух групп электронов (в основной и свободной зонах) определяется различной степенью связи электронов с атомами в этих зонах. В отличие от валентной зоны в зоне проводимости электроны слабо связаны со своими атомами.  Металлическая связь - особый тип связи, характерный для металлов и металлидов. Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся валентные электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 12 или 8). Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро- и теплопроводность. Большинство металлов имеет кристаллические решётки одного из трёх типов: кубическую объёмно-центрированную, кубическую гранецентрированную и, так называемую, плотную гексагональную. По схемам металлических кристаллических решёток видно, что кубическая гранецентрированная и плотная гексагональная решётки соответствуют наиболее плотной упаковке одинаковых шаров (частиц). Они часто пластичны, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.  Ионная связь. В узлах кристаллической решётки помещаются положительно и отрицательно заряженные ионы. Силы взаимодействия между узлами являются в основном электростатическими (кулоновскими). Связь между такими частицами называется гетерополярной или ионной. Кристаллы с ионной связью при низких температурах являются диэлектриками. При температурах близких к температуре плавления они становятся проводниками электричества. Примером кристаллов с ионной решёткой являются кристаллы каменной соли (NaCl). Это связь, при которой внешние электроны атомов первого элемента переходят на внешние орбиты атомов другого элемента образуя устойчивые конфигурации. Ковалентная связь. Нейтральные атомы размещены в узлах кристаллической решётки. Связь образуется направленными валентными электронными облаками. Связь, объединяющая в кристалле (а также и в молекуле) нейтральные атомы, называется гомеополярной или ковалентной. Силы взаимодействия при гомеополярной связи имеют, как и в случае с гетерополярной связью, электрический (но не кулоновский) характер. Гомеополярная связь осуществляется электронными парами. Это означает, что в обеспечении связи между двумя атомами участвует по одному электрону от каждого атома. По этой причине гомеополярная связь имеет направленный характер.

Кристаллы с ковалентной связью диэлектрики или полупроводники. Типичными примерами атомных кристаллов могут служить алмаз, германий и кремний.  Молекулярный кристалл. В узлах кристаллической решётки помещаются определённым образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности. По этой причине их называют ван-дер-ваальсовскими силами. Для кристаллов с молекулярными связями характерны низкие температуры плавления и высокая сжимаемость. Межатомное взаимодействие, взаимодействие между атомами как свободными, так и входящими в состав одной или разных молекул, кристаллов и т.д. Межатомное взаимодействие может осуществляться между атомами, находящимися как в одинаковых, так и в различных энергетических состояниях. Межатомное взаимодействие характеризуется потенциальной энергией взаимодействия, зависящей от взаимного расположения взаимодействующих атомов и от расстояния между их ядрами. Межатомное взаимодействие связано в основном с электростатическими и электромагнитными силами, действующими между атомами. Но и упругое столкновение атомов идеальных газов также является межатомным взаимодействием. Различают химические (валентные) и физические (невалентные) межатомные взаимодействия. К химическим межатомным взаимодействиям, которые являются причиной образования химической связи в молекулах, атомных и ионных кристаллах, металлах и сплавах, относятся ковалентная связь (гомополярная, обменная или донорно-акцепторная), ионная связь (гетерополярная), металлическая связь. К физическим межатомным взаимодействиям относятся ван-дер-ваальсова связь. Ван-дер-ваальсовое межатомное взаимодействие обусловливает межмолекулярное взаимодействие и более характерно именно для него. Невалентное межатомное взаимодействие может включать индукционное, поляризационное, электростатическое и другие виды взаимодействия. Энергия невалентного межатомного взаимодействия почти на два порядка меньше энергии валентного взаимодействия. Промежуточным между валентным и невалентным типом взаимодействия является межатомное взаимодействие, называемое водородной связью. Водородные связи могут образовываться внутри молекул и между различными молекулами в случае, когда между двумя электроотрицательными атомами располагается электроположительный атом водорода. Обычно конкретное взаимодействие включает в себя различные типы межатомных взаимодействий.

Соседние файлы в папке 1 коллоквиум