Алмаз, длины связей

Рис. 25. Структура кристалла алмаза (длина всех С—С-связей равна 0,154 нм)

Каждый атом углерода валентными связями соединен с четырьмя другими атомами. Каждый из этих четырех атомов связан с тремя другими (плюс исходный атом), и так по всему кристаллу. Кристалл в целом представляет собой гигантскую молекулу, в которой атомы удерживаются вместе ковалентными связями. Чтобы разрушить кристалл, нужно разорвать множество таких связей это требует затраты большого количества энергии, чем и определяется высокая твердость данного вещества. Длина связи в алмазе равна длине одинарной связи 154 пм. [c.174]

Рис. 10.16. Структура кристалла алмаза. Длина всех связей С—С равна 1,54 А.

Структура (С2Г)п имеет принципиально отличающуюся от (СГ)п модель строения [6-169]. Углеродные слои в этом соединении остаются плоскими. Атомы фтора внедряются в каждый второй слой углеродной матрицы [6-170]. На рис. 6-60,а показано взаимное расположение атомов фтора и углерода в (С2Г)п. Атомы фтора ковалентно связаны с атомами углерода в направлении, перпендикулярном углеродным плоскостям. Две трети атомов фтора имеют в ближайшем окружении 2 атома углерода и одна треть — 3 атома углерода, как и у (СГ) . Длина С—Г связи равна 0,138 нм а С—С связи — среднеарифметическому значению длин связей в графите и алмазе (0,147 нм). Атомы фтора образуют в упаковке (СгГ)п гребни. Последние входят во впадины последующего слоя (рис. 6-60, б). В результате обеспечивается плотный контакт между слоями. Такое упорядоченное состояние упаковки соответствует отдельным фрагментам кристалла, имеющим свой центр кристаллизации, которые в совокупности образуют мозаику. [c.391]

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]

В ковалентных и металлических связях происходит сильное перекрывание внешних атомных орбиталей, поэтому атомные радиусы приближенно будут радиусами этих внешних орбиталей. Атомные радиусы [42] эмпирически получены из межатомных расстояний. Например, расстояние С—С в алмазе равно 1,54 А, расстояние Si—Si в дисилане равно 2,34A и т.д. Согласованность этого приближения показана на примере соответствия длин связей Si—С, определяемых экспериментально и рассчитываемых из соответствующих атомных радиусов. Межатомные расстояния заметно зависят от координации. Обычно с уменьшением координационного числа связи укорачиваются. Для координаций 8, 6 и 4 длины связей становятся короче на 2, 4 и 12% соответственно по сравнению с координацией 12. [c.453]

Ковалентная (атомная) связь в кристаллах осуществляется между соседними атомами в результате обобществления электронов из наружных оболочек (алмаз С, сфалерит ZnS). В первом приближении длину связи можно определить, пользуясь значениями ионных радиусов. [c.16]

Для кристаллов с ковалентной связью характерно значительное перекрывание электронных оболочек атомов. В алмазе, например, четыре внешние электрона атома углерода обобществлены четырьмя соседними атомами. Образуется простирающаяся по всему объему кристалла тетраэдрическая сетка связей С—С, прочность которых того же порядка, что и связь между атомами углерода в органических молекулах (и та же длина связи 1,54-10 см). Кристалл является прочным, плавится при высоких температурах. Ковалентные кристаллы образованы элементами, промежуточными между металлами и неметаллами. [c.176]

Графит — темно-серое, непрозрачное, со слабым металлическим блеском, мягкое, слабо проводящее электрический ток вещество. Кристаллическая решетка графита, структура которой показана на рис. 27, существенно отличается от алмаза она состоит из бесконечных плоских параллельных слоев, образованных из шестичленных колец (циклов). Длина связи С—С в цикле 0,142 нм. Слои отстоят друг от друга на 0,335 нм и связаны между собой сравнительно слабо, легко отделяясь друг от друга. Этим и объясняется малая механическая прочность графита. [c.215]

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]

Алмаз-, насыщенные органические соединения. Кристаллическая структура алмаза представляет собой первый пример правильного тетраэдрического расположения связей углерода. В этом кристалле каждый атом углерода соединен с четырьмя равноудаленными соседями, и соответственно способ образования связей, показанный на рис. 21.1, сохраняется во всем кристалле. Валентные углы и длины связей С—С (1,54 А) име- [c.7]

Ковалентная (атомная) связь в кристаллах осуществляется между соседними атомами в результате обобществления электронов из наружных оболочек (алмаз С, сфалерит 2п5). В первом приближении длину связи можно определить, пользуясь значениями ионных радиусов, а энергию решетки можно вычислить по формуле Капустинского. [c.12]

Ковалентные кристаллы удерживаются ковалентными связями в трех направлениях, являются прочными, твердыми и имеют высокие точки плавления. Примером этого типа кристаллов служит структура алмаза, которая представляет собой трехмерную сетку из атомов углерода каждый атом углерода связан с четырьмя другими, расположенными в углах правильного тетраэдра. Длина связи С — С в алмазе [c.586]

Если предположить наличие аддитивности ковалентных радиусов, можно рассчитать [22], каким должно быть уменьшение длин углеродных связей при изменении гибридизации углерода. Так, длина насыщенной связи С—С в алмазе 1,544 А длина ординарной связи С—С в пропилене (где имеется один углерод с 5р2-гибридизацией) должна быть на 0,016 А меньше (т. е. 1,528 А)-, тогда как длина связи в метилацетилене (5/7-гибридизация у углерода) должна быть меньше еще на 0,029 А, т. е. 1,499 А. [c.59]

Принимая во внимание тот факт, что расстояние между соседними слоями графита (3,35 А) значительно превосходит длину связи С—С в кристалле алмаза (1,55 А), можно ожидать, что энергия связи поверхности кристалла алмаза с графитовым зародышем будет равна энергии связи между слоями графита, т. е. [c.27]

Поскольку в структуре алмаза все связи между атомами углерода одинаковы, их образование можно рассматривать исходя из представления об 5р -гибридизации, характеризующейся тетраэдрической симметрией (объемная структура). (Типы гибридизации подробно изучаются в курсе органической химии.) Структуру же графита с углами между связями в одном слое 120° (плоская структура) можно рассматривать как следствие хр -гибридизации. Естественно поэтому предположить, что должна сз ществовать третья форма углерода, отвечающая 5р-гибридизации (линейная структура), состоящая из длинных полимерных молекул, например (—С = С—)х- [c.155]

Длина связи С—С в графите равна 1,42 А. Сравните ее с длинами связей в алмазе, этилене и бензоле. Как объяснить порядок С-—С-связи в графите [c.316]

Наиболее убедительные доказательства наличия резонансных взаимодействий в таких молекулах, как бензол, были получены при измерении длин связей. Все связи углерод-углерод в бензоле имеют одинаковую длину (1,397 А), промежуточную между длиной ординарной связи С—С в алмазе (1,544 А) и двойной связи С = С в этилене (1,334 А). В данном случае не может быть никакого сомнения в наличии сильных резонансных взаимодействий и в том, что бензол вообще не может быть описан классической структурой с локализованными ординарными и двойными связями. [c.57]

С самого начала развития структурной химии значительный интерес привлекало обсуждение длин связей в терминах радиусов, приписываемых элементам. Стало привычным использовать три набора радиусов, разных для металлических, ионных п ковалентных кристаллов. Расстояния между несвязанными атомами сопоставлялись с суммами вандерваальсовых радиусов , которые принимались близкими к ионным радиусам. Самые первые ковалентные радиусы для неметаллов были приняты равными половине расстояний М — М в молекулах и кристаллах, в которых атом М образует 8—N связей (где N — номер группы периодической системы), т. е. они брались из таких молекул, как р2, НО—ОН, H2N—NH2, Р4, Sa и из кристаллов элементов IV группы со структурой алмаза. Это включает Н и 16 элементов периодической системы, лежащих в блоке С— —Sn—F—I. Первоисточник для вычисления ковалентных радиусов металлов был совершенно другим из-за отсутствия данных для молекул, содержащих связи М—М. Тетраэдрические радиусы были выведены нз длин связей М—X в соединениях МХ со структурами типа ZnS, октаэдрические радиусы — пз данных для кристаллов со структурами типа пирита и родственных с ним структур в предположении аддитивности радпу- [c.343]

НОЙ цепи. Это значение близко по своей величине к предсказываемому на основании длин связей и тетраэдрических углов атомов углерода в алмазе. Углеводородные цепи упакованы в кристалле параллельно. С рядом других насыщенных углеводородов были получены аналогичные результаты, и, по-видимому, они не изменяются сколько-нибудь значительно и в случае цепей, содержащих около тридцати или более углеродных атомов. [c.299]

Пенни показывает что на графике дробный порядок углерод-углеродной связи — межатомное расстояние можно (опираясь на точки для алмаза, этилена, в котором Пенни принимает, исходя из дополнительных соображений, длину связи С=С равной 1,33 А, и ацетилена) провести кривую, на которую прекрасно ложатся также точки для графита и бензола. [c.228]

Кремний никогда не встречается в природе в свободном состоянии, однако на его долю приходится около 28% состава земной коры, куда он входит в виде 8102 и других силикатных соединений. Элементарный кремний получают восстановлением 8102 или 81С14. При восстановлении 8102 углеродом в электродуговой печи получается кристаллический кремний серого или серебристо-белого цвета. Структура кристаллического кремния аналогична структуре алмаза — каждый атом кремния связан с четырьмя соседними атомами а-связями. Все эти а-связи располагаются под тетраэдрическими углами друг к другу и образуют непрерывный пространственный каркас структура кристаллического кремния относится к кубической системе (см. рис. 10.16). Однако, поскольку длина связей 81 — 81 на 65% больше длины связей С — С, кристаллы кремния значительно уступают алмазу по твердости. [c.400]

За ковалентный радиус атома при ординарной связи принимают половину расстояния между ядрами двух одинаковых атомов, связанных ординарной ковалентной связью. Так, известно, что длина связи С—С в алмазе и у большого числа органических молекул равна 1,54 0,01 А, откуда ковалентный радиус равен 0,77 А. Аналогично ковалентный радиус атома 51 равен 1,17 А. Вычисленная на основании этих значений длина ординарной связи С—З равна 1,94 А, что хорошо совпадает с экспериментально найденным значением длины 81—С в 51С и ( N3)4 51. [c.108]

В настоящее время известны три формы углерода алмаз, графит и карбин. соответствующие трем возможным его валентным состояниям. -гибридизация характеризуется наличием у атомов углерода четырех простых о-связей, образующих пространственный полимерный скелет алмаза. Длина связи С—С составляет 154 нм. Плоские полимерные слои графита образованы атомами углерода, три валентные орбитали которого находятся в -гибридизации. Они образуют три а<вязи и одну тгч вязь. Полииновая, или кумуленовая форма углерода, образующего линейный полимер, характеризуется р-гибридизацией электронных облаков углеродных атомов и наличием у них двух а- и двух я-связей. Первые две формы углерода образуют идеальные кристаллы, характеризующиеся известными параметрами. [c.102]

Свойства простого вещества и соединений. Кремний устойчив лишь в одном аллотропическом видоизменении с кубической структурой. Однако у него обнаружены две модификации одна по структуре совпадающая -с алмазом (длина связи 51—51 равна 2,35А), а другая имеет искаженную татраэдрическую решетку с длинами связей 2,3 и 2,39А. Такая модификация получена при высоких давлениях и имеет повышенную плотность (2,55 г/см ) по сравнению с обычной (2,33 г/см ). Обе аллотропные разновидности кремния тугоплавки, отличаются высокой твердостью, но хрупкие. Имеются в литературе сведения еще об одной аллотропической графитопо-.добной модификации, но она неустойчива, так как хр -гибридиза- [c.253]

Аналогичная тесная связь существует между молекулой адамантана, и кристаллом алмаза. Алмаз даже называли бесконечным адамантологом адамантана [34]. Если айсеан имеет симметрию Dj , то симметрия адамантана Т . Эту высокую симметрию легко уловить, описывая геометрию адамантана с помощью четырех воображаемых кубов, вписанных один в другой, два из которых показаны на рис. 3-35 [35]. Геометрическое строение адамантана можно охарактеризовать, например, следующими четырьмя параметрами -длина связи С—С, / 2 -средняя длина связей С—Н, Л3-валентный угол С— Hj—С при [c.130]

Существуют две политипные модификации алмаза кубический, который содержит восемь атомов углерода в элементарной решетке, и гексагональный -лонсдейлит, содержащий в элементарной ячейке четыре атома углерода. Физические свойства (плотность, твердость, электрическое сопротивление, оптические свойства) кубической и гексагональной модификации очень близки, что определяется совпадением первого окружения, равенством валентных углов, длин связей, координационных чисел каждого атома углерода. Различие во втором окружении атомов углерода в кубическом алмазе и лонсдейлите обусловлено тем, что в кубическом алмазе все слои, построенные из координационных тетраэдров, ориентированы одинаково, а в лонсдейлите каждый последующий тетраэдрический слой повернут на 60° по отношению к предыдущему. [c.7]

Конформации алканов определяются длинами связей и углами отличительной характеристикой длин связей является их относительная неизменяемость. Длины С—Н-связей составляют 110пм, а длины С—С-связей 154 пм. Длины С—С-связей в таких различных структурах, как этан и алмаз, различаются меньше чем на 1%. Длины С—С-связей в некоторых алканах приведены ниже (в пм) [c.75]

Стереохимик часто желает быть осведомлен о степени точности рентгенографических результатов. Их оценка должна зависеть от сложности структуры (т. е. от числа подлежащих определению независимых координат), от полноты анализа в изложенном выше смысле и от времени публикации. В очень простых структурах, где все атомы занимают частные положения, ошибки в определении длин связей не превышают относительных ошибок в измерении размеров ячейки. Последние легко могут быть измерены с точностью - 0,5% при желании можно добиться и гораздо большей точности (до 0,001 %). Расстояние С—С в алмазе зависит только от единственного параметра элементар- [c.65]

Длины связей будут выражены в ангстремах А. Один ангстрем равен 10 см. В современной литературе встречаются также нанометр (10 А) и пикометр (Ю А). Длина С—С-связи в алмазе составляет 1,54 А, или 0,154 нм, или 154 пм. [c.11]

Если рассмотреть одинарную связь между одинаковыми атомами, скажем С1—С1, то можно определить односвязный ковалентный радиус атома как половину длины связи. Так, значение длины связи С1—С1 1,988 А дает для атома хлора ковалентный радиус 0,99 А. Аналогичным образом получены ковалентные радиусы для других атомов, например 0,77 А для углерода — половина длины связи С—С в алмазе (табл. 3.2). Используя эти данные, часта удается предсказать с удовлетворительной точностью длины гете-роатомных связей. Так, из данных табл. 3.2 можно предсказать [c.109]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология