ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Природа кристаллического состояния из "Химическая структура и реакционная способность твердых веществ" Образование кристаллов с их разнообразием форм, размеров и окраски — один из интереснейших аспектов химической науки. Процессы кристаллизации одинаково интересны и для химика-органи-ка, которому приходится очищать вновь полученные соединения перекристаллизацией, и для неорганика, изучающего структуру сложных соединений методом рентгеноструктурного анализа. Тех же, кто только приступает к изучению химии, обычно увлекают опыты по выращиванию крупных кристаллов медного купороса или квасцов. Даже те, кто далеки от химии, несомненно не раз восхищались красотой кристаллов, используемых в ювелирном деле, или таких минералов, как кварц, кальцит или плавиковый шпат. [c.9] Естественно, возникает вопрос, почему одни вещества образуют большие и красивые кристаллы, а другие не образуют их вовсе. [c.9] Внешняя форма кристалла в какой-то мере отражает внутреннюю структуру вещества, определяемую расположением атомов, молекул и ионов, из которых этот кристалл состоит. [c.9] Чтобы понять структуру кристаллов, необходимо знать размеры атомов, молекул и ионов. Это интересно также и само по себе. Хорошо известно, что атомы являются мельчайшей субмикроскопиче-ской частицей вещества, но не все имеют представление об их размерах. Длина волны рентгеновских лучей достаточно мала (70— 230 пм), и с их помощью можно измерить расстояния между атомами. Методы рентгенографии, дифракции элактронов и нейтронов (эти вопросы обсуждаются в гл. 4) используются для определения межатомных расстояний и, следовательно, для установления расположения атомов в кристалле. [c.9] Все твердые элементы, а также чистые вещества можно разделить на пять основных групп по физическим свойствам, которые определяются атомной структурой вещества и типом связи. Названия этих групп соответствуют типам связи, встречающимся в кристаллах. Существуют кристаллы с металлической, ионной, ковалентной, молекулярной и водородной связью. [c.10] Ионные кристаллы состоят из положительных и отрицательных ионов, упакованных, в кристаллическую решетку. Связь между ионами сильная, она имеет электростатическую природу и обусловлена притяжение М между катионами и анионами. В этом случае выделить отдельные молекулы не удается, так как каждый катиои одинаково связан с несколькими (обычно 4-мя, 6-тью, 8-мью) ближайшими анионами. Ионные вещества имеют, как правило, высокие точки плавления, они очень твердые и хрупкие. Эти кристаллы раскалываются преимущественно вдоль определенных плоскостей, позволяющих получить представление о структуре данного кристалла. Хлористый натрий, например, плавится при 801 °С и раскалывается на кубические кристаллы. Ионные кристаллы обладают плохой тепло- и электропроводностью, так как ионы не могут свободно пе)ремещаться в кристаллической решетке, однако их расплавы и растворы хорошие проводники. [c.10] Водородная связь образуется в кристаллах соединений, кото(рые содержат атомы водорода, связанные с электроотрицательным атомом первого ряда периодической системы, и атомы с неподелен-ной парой электронов, которые легко могут отдать электрон атому водорода. Например, азот, кислород и галогены, в особенности фтор, могут отдавать электроны атому водорода, связанному с другим атомом азота, кислорода или галогена. Классическим примером образования водородной связи в твердом теле является лед. В этом случае один атом водорода образует водородную связь с атомом кислорода другой молекулы воды. Кислород, однако, может образовывать слабые связи сразу с двумя атомами водорода других молекул. [c.11] Ваальса. Кристаллы с водородной связью плавятся при довольно низких температурах, но все же при более высоких, чем соединение только с ван-дер-ваальсовыми связями. Твердость этих кристаллов выше, чем молекулярных. Лед, например, плавится при О °С, тогда как сероводород замерзает только при —85,6°С. [c.12] Интересно отметить, что водородная связь может сохраняться и в жидкой фазе. Следовательно, вода и спирты — это не просто совокупность беспорядочно ориентированных молекул. В этих веществах имеются агрегаты, или кластеры, молекул, связанных между собой (Водородными связями. Водородная связь в таких жидкостях существует в широком диапазоне температур. Например, для воды этот интервал составляет 100 °С, а для сероводорода — всего 25 °С. [c.12] В табл. 1.1 представлены основные типы твердых тел и их свойства. [c.12] Обычно твердые вещества проявляют свойства, характерные не только для одного типа связи. Как будет показано в гл. 6, нет соединений, в которых связь была бы чисто ковалентной или чисто ионной и т. д. Обычно связь имеет промежуточный характер, как это видно из рис. 1.1. [c.13] Вернуться к основной статье