1.2.2 Структуры кристаллов. Структурные мотивы.

Тип химической связи определяет взаимное расположение атомов в кристаллической структуре. Так как связи преимущественно электростатические, то каждый ион стремиться собрать вокруг себя (координировать) ионы противоположного знака. Наиболее сильные связи соединяют ион с его ближайшими соседями. Число таких ближайших соседей называется координационным числом. Рассматривая ионы как соприкасающиеся сферы, легко понять, что координационное число зависит от размеров координированных ионов, выражающихся отношением радиуса катиона к радиусу аниона (R_k:R_a). Если это отношение близко к единице, то ионы располагаются в структуре в соответствии с законами плотнейшей упаковки: гексагональной (2х-слойной) или кубической (3х-слойной). В других случаях геометрия расположения атомов в структуре будет более сложной. В этом случае геометрический характер структуры проще всего описать с помощью структурных мотивов:

 Координационный - атомы распределены равномерно, не образуя никаких конечных или бесконечных группировок. Это структуры гомодесмические (NaCl, алмаз, металлы).

 Островной - атомы собраны в отдельные конечные группировки, внутри которых связи более сильные (расстояния между атомами мало), а между этими группами связи слабые (расстояние между ними увеличивается). Это структуры гетеродесмические. Островные структурные группировки могут быть валентно-насыщенными (сера), катионными и анионными (карбонаты). В последнем случае связь внутри группировки - ковалентная, а связь между катионом и анионной группировкой - ионная.

 Цепочечный - ковалентно-связанные группировки атомов, соединяясь между собой (полимеризуясь), могут образовывать бесконечные вытянутые в одном направлении нейтральные или валентно-ненасыщенные анионные цепи, связь между которыми может быть остаточной (ван-дер-ваальсовой), водородной или через катионы. Такой структурный мотив наблюдается во многих силикатах.

 Слоистый - бесконечные ориентированные в одной плоскости валентно-нейтральные пакеты из прочно связанных атомов одного (графит) или разного сорта (гидроксиды) разделены на слои, связь между которыми - остаточная (ван-дер-ваальсова) или водородная.

 Каркасный - трехмерная вязь из атомных группировок, соединенных вершинами, внутри которой имеются большие пустоты. В отличие от координационных структур атомы распределены в пространстве неравномерно, даже если каркас нейтрален (кварц) и между атомами преобладает один тип связи.

Знание структуры кристаллов имеет большое значение для понимания физических свойств минералов, таких как спайность, твердость, плотность, показатель преломления и т. д. Зависимость этих свойств от геометрического структурного мотива является предметом исследований ученых - кристаллофизиков.

Контрольные вопросы

 Дайте определение кристаллического состояния вещества, назовите важнейшие свойства кристаллов.

 Расскажите об основных элементах симметрии, дайте их определения, примеры.

 Назовите сингонии, дайте их характеристику.

 Расскажите о простых формах кристаллов низшей категории, дайте определения, приведите примеры.

 Расскажите о простых формах кристаллов средней категории, дайте определения, приведите примеры.

 Расскажите о простых формах кристаллов кубической сингонии, дайте определения, приведите примеры.

 Расскажите о внутреннем строении кристаллов, назовите типы кристаллических структур по характеру химических связей.

 Дайте определения понятий: кристаллическая решетка, координационное число.

 Назовите типы кристаллических структур по характеру сочетания структурных единиц, приведите примеры.