Межатомные расстояния в кристаллах алмаза

Для того чтобы определить структуру вещества, необходимо найти положения отдельных атомов или ионов, их чередование в пространственной решетке и расстояния между ними. Это осуществляют с помощью рентгеноструктурного анализа. Изучение структур показало, что существуют группы веществ, характеризуемые идентичными пространственными расположениями атомов и отличающиеся друг от друга только величиной межатомных расстояний. Поэтому существует понятие о структурном типе (например, у кремния и германия структура кристаллов типа алмаза). Значит, структуру этих элементов можно описать при помощи одной пространственной модели с указанием численных значений межатомных расстояний для каждого элемента. [c.27]

Применение рентгенографического метода к органическим соединениям [78, 79] началось с 20-х годов в лаборатории Брэггов [80, 81], отработка его шла постепенно (сначала расчеты, например, велись в явно неправильном предположении, что рентгеновские лучи рассеиваются электронами,-находящимися в центре атомов), тем не менее У. X. Брэгг (1921— 1922) показал, что формулы нафталина и антрацена, установленные химиками, действительно отвечают строению их молекул в кристаллах. Тетраэдрическое распределение связей насыщенного атома углерода было подтверждено Брэггами еще в 1913 г. на примере алмаза. Было также подтверждено планарное строение бензольного кольца (Лонсдейл, 1928 г.). Еще раньше была подтверждена структурная формула гексаметилентетрамина (Р. Дикинсон и Реймонд, 1923 г.) и даже довольно точно определено межатомное расстояние N (0,144 нм). В 30-х годах Бернал расшифровал рентгенографическим методом структуру стероидов, а Робертсон — структуру фталоцианина. Систематические исследования ароматических соединений с конденсированными ядрами были проведены Робертсоном. О трудностях, с которыми он и другие физики встречались в этой области, можно судить по такому примеру. Сначала (1933) Робертсон нашел, что связи С —С в нафталине имеют в среднем длину 0,141 нм, хотя у него были основания предполагать, что их длины колеблются в пределах 0,140—<0,144 нм. Затем, уже после квантовохимических расчетов длин этих связей (гл. V, 4), рентгенографический метод (Робертсон, 1951 г.) позволил получить длины всех связей СС в нафталине с точностью 0,001 нм. Правда, при определении длины центральной связи СС в нафталине рентге-нографы натолкнулись на специфические трудности, длины связей в других ароматических соединениях с конденсированными ядрами (антрацене, пирене и т. д.) были определены раньше. Итоги этих работ были подведены Робертсоном [82]. [c.246]

Впервые получены выражения для вероятностей возбуждения механически индуцированных колебаний кристаллических веществ посредством ударных воздействий в дезинтеграторе. Установленные соотношения для критических скоростей соударений позволяют связать скорость соударений с молекулярными характеристиками (масса атомов и межатомные расстояния) кристаллов. На основании полученных результатов определены режимы механической обработки, приводящие к появлению в процессе удара дефектов - смещенных относительно узлов кристаллической решетки атомов. Получено выражение для критической частоты - характеристики, определяющей устойчивость кристаллической решетки к ударным воздействиям. Проведены расчеты для изоструктурных кристаллов алмаза, кремния, германия и ряда щелочно-галоидных кристаллов и установлена корреляция критических частот и скоростей соударений с энергетическими (энергия связи, температура плавления) и механическими (упругие константы, сжимаемость) характеристиками веществ. [c.7]

Нижеследующая табл. 2 содержит общепринятые значения атомных радиусов, рассчитанные по межатомным расстояниям в таких молекулах и кристаллах, где характер связи может быть определен однозначно. Если атом участвует в нескольких связях, различающихся по кратности, ему следует приписать несколько радиусов , каждый из которых относится к соответствующей связи. Так, например, атомный радиус углерода для одинарной связи равен половине межатомного расстояния в алмазе, для полуторной связи — половине расстояния С — С в молекуле бензола, для двойной — в молекуле этилена и для тройной — в молекуле ацетилена. Атомный радиус водорода 0,30 А найден на основании многочисленных оптических и электронографических измерений расстояния С — Н в углеводородах (1,07 А). Правда, [c.11]

Однако кроме алмаза, обладающего наибольшей твердостью из всех твердых тел (за счет очень малых межатомных расстояний — 0,154 нм), углерод образует кристаллы графита. В его решетку входят тоже возбужденные атомы углерода, но с не полностью гибридизированными орбиталями, вследствие чего расстояния между атомами в кристаллической решетке графита (в плоскости й меж-плоскостном расстоянии) различны и в результате графит оказывается очень мягким, легко скалывающимся по плоскостям спайности. Графит применяется в машинах как высокотемпературная смазка, в то время как алмазные резцы обрабатывают самые твердые материалы. [c.105]

Элементарный углерод существует в двух кристаллических формах — в виде алмаза (который уже обсуждался в гл. 10) и графита. Структура алмаза с тетраэдрическими углами между связями, образуемыми гибридизованными 5р -орбиталя-ми, присуща и другим элементам IV группы. Однако можно заранее предвидеть, что по мере увеличения длины связей твердость кристаллов со структурой алмаза должна уменьшаться. В ряду элементов IV группы тетраэдрической структурой алмаза обладают углерод, кремний, германий и серое олово межатомные расстояния увеличиваются в этом ряду от 1,54 А у углерода до 2,80 А у серого олова. По этой причине прочность связей уменьшается от очень большой у алмаза до очень слабой у серого олова. Серое олово представляет собой настолько мягкое вещество, что существует в форме микрокристаллов или просто порошка. Для элементов IV группы с кристаллической структурой типа алмаза характерно наличие диэлектрических свойств (другими словами, они являются изоляторами) и других ярко выраженных неметаллических свойств. [c.398]

Однако кроме алмаза, обладающего наибольшей твердостью из всех твердых тел (за счет очень малых межатомных расстояний — 1,54A), углерод образует кристаллы графита. В его решетку входят [c.106]

В молекулярных кристаллических решетках в узлах решетки находятся молекулы. Большинство веществ с ковалентной связью образуют кристаллы такого типа. Молекулярные решетки образуют твердые водород, хлор, двуокись углерода и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы большинства органических веществ также относятся к этому типу. Таким образом, веществ с молекулярной кристаллической решеткой известно очень много. Молекулы, находящиеся в узлах решетки, связаны друг с другом межмолекулярными силами (природа этих сил была рассмотрена выше см. стр. 245—249). Так как межмолекулярные силы значительно слабее сил химической связи, то молекулярные кристаллы легкоплавки, характеризуются значительной летучестью, твердость их невелика. Особенно низки температуры плавления и кипения у тех веществ, молекулы которых неполярны. Так, например, кристаллы парафина очень мягки, хотя ковалентные связи С—С в углеводородных молекулах, из которых состоят эти кристаллы, столь же прочны, как связи в алмазе. Кристаллы, образуемые благородными газами, также следует отнести к молекулярным, состоящим из одноатомных молекул, поскольку валентные силы в образовании этих кристаллов роли не играют, и связи между частицами здесь имеют тот же характер, что и в других молекулярных кристаллах это обусловливает сравнительно большую величину межатомных расстояний в этих кристаллах. [c.260]

Для получения алмазов искусственным путем Муассан (1897), используя наблюдения, что расплавленное железо образует с углеродом соединение (см. раздел Железо ), которое разлагается при охлаждении, выделил углерод в виде графита. Поскольку графит имеет намного меньшую плотность, чем алмаз (как было установлено позднее, некоторые межатомные расстояния в графите намного больше, чем в алмазе), согласно принципу Ле Шателье, можно предположить, что при очень высоком давлении углерод должен выделиться из расплава в виде алмаза. Для создания такого давления расплавленное железо, насыщенное углеродом, резко охлаждали, чтобы середина массы подвергалась сжатию затвердевшей коры. Так, после растворения железа в кислотах были получены кристаллы алмаза, величина которых не превышала нескольких десятых миллиметра. Замена железа силикатом магния для воспроизведения условий образования алмаза в природе не привела к лучшим результатам. [c.463]

Германий тоже кристаллизуется в решетке типа алмаза. Каждый его атом окружен четырьмя другими, находящимися на расстоянии 0,243 нм. Кристалл хорошо очищенного германия — полупроводник. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре 0,72 эВ. Электропроводность порядка 10 Ом" - м растет с температурой. Плавление германия сопровождается увеличением координационного числа от 4 до 7. Одновременно возрастает и межатомное расстояние до 0,28 нм [19, 33, 34]. Резкое изменение структуры при плавлении сопровождается очень большим приростом энтропии, Д5пл=28,85 Дж/К X Хмоль, и скачкообразным увеличением электропроводности. Жидкий германий — металл (подробнее см. [21, 33]). Фазовые диаграммы германия и кремния похожи. Кривые плавления имеют отрицательные производные с1Т1йР. [c.202]

В чисто ковалентных связях электронная плотность распределена совершенно симметрично между атомами, и ее центр тяжести находится в середине межатомного расстояния. В чисто ионных соединениях максимум электронного облака связи совпадает с центром одного из ионов. В случае же промежуточной, полярной связи центр тяжести электронного облака смещен от середины межатомного расстояния к одному из соседних атомов. Это смещение, выраженное в процентах, иногда называют степенью ионности связи. Степень ионности полярной связи А—В долж- на быть пропорциональна разности электроотрицательностей, йь Число кристаллов, химическую связь в которых можно рассматривать как чисто ковалентную (например, алмаз) или чисто ионную (например, Ь1Р), несравненно меньше, чем число кристаллических соединений, в которых связь имеет промежуточный, характер. Однако определение степени ионности связи и ее влияние на физические и физико-химические свойства кристаллов с преимущественной ковалентной связью, каковыми являются полупроводниковые соединения, еще недостаточно изучены. Кроме-того, для изучения структуры и общих закономерностей изменения основных свойств сложных кристаллических веществ вполне достаточно знание чисто ионной или ковалентной связи. Говоря-далее о веществах с ионной или ковалентной связью, имеем в виду не идеальную связь, а преимущественно ионную или кова. лентную. [c.35]

Твердость металлов больших периодов, являющаяся мерой сопротивления значительным пластическим деформациям, также зависит от электронной концентрации (рис. 105). При определении твердости методом царапания, характеризующим предельное сопротивление разрушению, максимумы приходятся на хром, молибден и вольфрам (как п для температур плавления), а при определении твердости методом вдавливания, характеризующим сопротивление большим пластическим деформациям, максимумы соответствуют хро-- 1У> рутению и осмию, имеющим минимальные межатомные расстояния и максимальные модули (см. рис. 104). Вторая система максимумов отвечает ко-иалентным кристаллам (алмаз, кремний, германий, сурьма). [c.235]

Свойства (см. стр. 509). Чистый кремний образует блестящие серые (цвета железа) твердые (твердость 7 по шкале Мооса см. стр. 462), но хрупкие кубические кристаллы (октаэдры, часто искаженные до пластинок или призм). Плотность кремния равна 2,33. Его атомная теплоемкость Ср = 4,8) меньше обычной (стр. 49). Электропроводность кремния очень мала и возрастает с повышением температуры (полупроводник см. стр. 528). Структура кристалла кремния аналогична структуре алмаза (стр. 462). Каждый атом кремния окружен тетраэдрически четырьмя другими атомами, с которыми он связан ковалентно (межатомное расстояние 51 — 51 равно 2,34 А). Такую же структуру имеет и аморфный кремний, который, следовательно, является не особой аллотропической формой, а обычным кремнием кубической структуры в высокодисперсном состоянии. Формы кремния, аналогичной графитут не существует. [c.504]

При сближении изолированных атомов возможна сложная картина нерекрынания зон (рис. 147). Так, при сближении атомов углерода, на расстоянии 2,5 А зоны перекрываются, на расстоянии же 1,5 А имеет место громадный разрыв (рис. 147, 6). Поэтому кристалл алмаза, где межатомные расстояния равны 1,54 А и заполненные уровни распространяются до границ запрещённой области, является изолятором. В графите имеется два рода межатомных расстояний 3,5 и 1,45 А, в среднем 2,5 А. [c.215]

Ковалентные радиусы. Путем рентгеновского анализа различных кристаллов, в которых связи почти наверное ковалентны, были найдены межатомные расстояния основываясь на этих исследованиях, Паулинг и Хэггинс [36] рассчитали радиусы различных атомов в соединениях с ковалентной связью их данные—чисто эмпирические, но они могут использоваться для проверки экспериментальных данных. Величина радиусов, конечно, зависит от валентного состояния атома и от того, какой из типов связей, рассмотренных в 15.2, представлен в соединении. Паулинг и Хэггинс сначала рассмотрели радиусы атомов с 5р -тетраэдри-ческими связями. Обозначая связь, как 5р -тетраэдрическую, мы вовсе не обязательно должны подразумевать под этим координационное число атома, равное четырем. Так, оказывается, как было отмечено в 15.2, что кислородные связи в воде могут принадлежать к этому типу, хотя к кислороду и присоединено всего лишь два водорода. В табл. 33 приведены тетраэдрические радиусы, по Паулингу и Хэггинсу. Они были найдены следующим путем. Для С, 81, Ое и8п радиус приравнивался половине найденного межатомного расстояния в кристаллах типа алмаза, в которых каждый атом окружен четырьмя атомами того же рода, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Радиус серы принят равным половине расстояния между атомами серы в пирите, РеЗз, или гауерите, МпЗз- В этих кристаллах каждый атом серы окружен четырьмя другими атомами—атомом серы и тремя атомами железа [c.316]