Ионные кристаллы. Ионная связь

Ионные кристаллы. Ионная связь [c.77]

Все эти особенности структуры силикатных кристаллов приводят к тому, что хотя ионы и содержатся в них, однако структура кристалла в отличие от типичных ионных кристаллов определяется здесь силикатным или алюмо-силикатным скелетом, связи в котором являются преимущественно ковалентными. Этим объясняются высокие температуры плавления силикатов и их нелетучесть. Это же приводит к свойственной некоторым силикатам способности легко обменивать ионы одних металлов на ионы других. Так, некоторые природные цеолиты или искусственно приготовляемые силикаты при взаимодействии с водными растворами солей могут частично обменивать содержащиеся в них катионы на катионы, имеющиеся в растворе. При этом обязательным условием является, чтобы размеры этих ионов не различались значительно. Так, ионы натрия Ыа" (радиус 1,05 А) легко обмениваются на ионы кальция Са + (радиус 0,95 А) в соотношении 2 1, причем сохраняется нейтральность кристалла в целом. Искусственные цеолиты используются также в качестве адсорбентов молекулярные сита, см. стр. 373).. [c.135]

Ионная решетка. Ионные кристаллы имеют в узлах пространственных решеток положительно и отрицательно заряженные ионы, которые связаны между собой электростатическими силами притяжения разноименных зарядов. Силы взаимодействия в ионных кристаллах весьма значительны, благодаря чему вещества с ионным типом решетки обладают высокой прочностью, высокими температурами плавления и малой летучестью. [c.32]

Рассмотрим роль гидратации в процессе растворения ионного кристалла. Энергию связи ионов в кристалле характери- [c.177]

Рассмотрим роль гидратации в процессе растворения ионногО кристалла. Энергию связи ионов в кристалле характеризуют величиной энергии кристаллической решетки, которая представляет собой энергию образования кристаллической решетки из идеальных ионных газов. [c.147]

Особенность силикатных и алюмосиликатных кристаллов по сравнению с обычными ионными кристаллами, также состоит в том, что их связи в решетке преимущественно ковалентные. Этим объясняются высокие температуры плавления силикатов и их ничтожная летучесть, а также способность некоторых силикатов легко обменивать ионы металла на другие ионы. Так, некоторые природные цеолиты или искусственно приготовленные силикаты при взаимодействии с водными растворами солей могут содержащиеся в них катионы частично обменивать на катионы, имеющиеся в растворе, но при условии, если размеры этих ионов значительно не различаются. Например, Ыа" " (радиус 1,05 А) легко обменивается на ионы Са + (радиус 0,95 А) в отношении 2 1. [c.61]

В решетке ионных кристаллов — чисто ионная связь, т. е. связь, для которой полный перенос электронов от катиона к аниону скорее исключение, чем правило. Лишь для кристаллов типа хлорида натрия можно говорить о полном переносе заряда. Интеграл перекрывания одноэлектронных орбиталей ионов натрия и хлора оценивается значением —0,06. Можно сказать, что это чисто ионная связь. По отношению к этому же соединению сопоставление энергии электростатического взаимодействия с энергией ковалентного взаимодействия (непосредственно связанной с тем,-что называют поляризацией электронной оболочки) показывает, что вклад электростатического взаимодействия значительно больше и составляет (по Коулсону) для хлорида натрия 8,92 эВ, в то время как соответствующее значение для ковалентного взаимодействия 0,13 энергия отталкивания в этом случае равна —1,03 эВ (энергия, называемая нулевой , т. е. нулевая колебательная энергия, равна всего —0,08 эВ и ее часто вообще не принимают в расчет). К ионным кристаллам относятся кроме соединений типичных галогенов со щелочными металлами также и некоторые оксиды, в частности оксиды кальция и магния, в которых по экспериментальным данным имеются отрицательные двухзарядные ионы кислорода. В большинстве случаев ковалентный вклад больше. Кристаллы алмаза, кремния, германия, карборунда, серого олова содержат прочные ковалентные связи, так что любую часть этих веществ вполне и без всяких оговорок можно рассматривать кан молекулу макроскопических размеров. [c.281]

Одним из важных разделов теоретической химии является учение о химической связи. Ковалентная связь осуществляется общей электронной парой, облако которой по-разному может распределяться в пространстве относительно ядер атомов Если электронное облако располагается симметрично между ядрами обоих атомов, то такая связь является неполярной ковалентной связью. Если электронное облако смещается в сторону более электроотрицательного атома, то происходит поляризация связи. Такая ковалентная связь называется полярной. Другой разновидностью химической связи является ионная связь, которую следует рассматривать как результат полного переноса электрона от одного атома к другому. Здесь допускается, что связь обусловлена силами электростатического притяжения между частицами противоположного заряда, В металлах между атомами осуществляется металлическая связь, характерной особенностью которой является обобществление валентных электронов множеством атомов в кристалле (делокализация). [c.87]

При растворении электролита диполи воды за счет ориентационного или ион-дипольного взаимодействия (гл. 4 4.4) притягиваются к полярным молекулам или к ионам растворяемого вещества. Упрощенно, без учета системы Н-связей в воде, этапы электролитической диссоциации представлены на рис. 45. Полярные молекулы (например, НС1) в силовом поле окружающих их диполей растворителя поляризуются, и вследствие сильного смещения связывающих электронов связь становится ионной. Происходит ионизация молекулы (этап II), а затем гетеролитическая диссоциация связи с образованием свободных ионов. Подготовительным этапом электролитической диссоциации является сольватация вещества. Для ионных кристаллов ее эффект зависит от состояния их поверхности. В первую очередь сольватируются и переходят в раствор ионы, расположенные на выступах поверхности, так как к ним облегчен доступ растворителя, а связь их с кристаллом ослаблена. Вероятно, сольватация ионов, расположенных на идеально гладкой поверхности кристалла, будет протекать в меньшей степени, и диссоциация замедлится. [c.204]

В предыдущем параграфе были рассмотрены правила, пригодные для строения ионных кристаллов. Не следует думать, что Полинг представлял себе кристаллы построенными из чистых ионов a +, АР+, 0 и в особенности Si +. Во всех разобранных случаях под терминами ион , ионная связь и т. п. подразумевается, что связь в значительной степени ионная, но совсем не обязательно предельно ионного типа. [c.329]

Энергия решетки. Энергия связи в ионных кристаллах определяется энергией решетки I/L Если между ионами действуют чисто электростатические силы, то величину Пь можно рассчитать по уравнению (4.23), и она существенно зависит от рас-, стояния между ионами и их заряда. Особенно большой вклад в величину I/L вносит заряд, и можно сказать, что соотношение зарядов анионов и катионов практически определяет значение Уь. Разность в постоянных Маделунга для различных структур, построенных из ионов с одинаковыми зарядами, невелика (табл. 4.13), и, следовательно, различия в величинах UL также малы. Вклад ковалентности при возникновении поляризации не влияет на значение /ь, определенное по уравнению (4.23), но уменьшение расстояния между ионами меняет величину I7L за счет изменения го. Следовательно, обусловленная поляризацией стабилизация больше кажущейся разности 8UL между значениями С/ь, полученными из уравнений (4.23) и (4.25). [c.198]

Взаимосвязь с ионными кристаллами. Металлическая связь образуется между атомами, незначительно отличающимися по [c.257]

В большинстве случаев электрическое поле вблизи ионной решетки несильно и быстро убывает с увеличением расстояния от поверхности. Его величину трудно оценить, так как наружные ионы ионного кристалла, видимо, несколько смещены относительно узлов решетки, причем положительные ионы смещаются внутрь, в то время как отрицательные ионы стремятся разместиться снаружи. Следует ожидать, что i/( x) будет иметь заметную величину лишь в том случае, когда дипольные молекулы адсорбата способны близко подходить к поверхности [20]. Это положение имеет место, например, для воды, спиртов, аммиака и аминов, которые сильно адсорбируются неорганическими солями и окислами. Атом водорода каждого диполя стремится войти в контакт с отрицательным ионом поверхности (таким, как 1 или ОН ), чтобы образовать относительно сильную водородную связь. Де Бур оценил значение f/( a) в случае адсорбции диполей ОН на ионах h у поверхности КС1 в —5,5 ккал моль- , что намного больше половины величины скрытой теплоты испарения воды. Когда диполи не находятся на периферии молекул, как в кетонах, эфирах и др., электростатический вклад относительно мал и преобладают дисперсионные силы. Поэтому такие молекулы будут адсорбироваться плоско на поверхности и приобретут вертикальную ориентацию только тогда, когда адсорбированный слой переполнится. [c.26]

Классическими представителями ионных кристаллов являются галогениды щелочных металлов. Катионы М+ и анионы Х расположены упорядоченно в кубической решетке каждый анион непосредственно окружен находящимися на расстоянии г от него 6 катионами, и наоборот. Следующие сферы включают 12 анионов, находящихся на расстоянии гд/З от исходного аниона, и, наконец, еще 8 катионов — на расстоянии г. В первом приближении можно полностью пренебречь вкладом ковалентной связи и принять во внимание лишь кулоновское взаимодействие ионов М+ и Х-. Учитывая, что в гипотетической двухатомной молекуле М+Х- потенциальная энергия такого взаимодействия составляет е /4л еоГ (где г — расстояние М+...Х ), можно записать потенциальную энергию V взаимодействия иона М+ с двумя ближайшими сферами анионов (содержащими 6 и 8 анионов) и первой ближайшей сферой катионов (12 катионов) следующим образом [c.322]

Даже при таком характере связи в валентном слое атомов группы II остаются вакантные ячейки. Молекулы подобных сое динений можно поэтому называть молекулами с электронным дефицитом. В ионных кристаллах свободные ячейки валентного слоя могут быть заполнены это одна из причин, по которым атомы типа Ве в твердых телах четырехвалентны. Ион Вер/ имеет тетраэдрическую структуру, и, хотя его рассматривают также как чисто ионный комплекс Ве +(Р )4, правильнее счи- [c.390]

Между каждым из ионов и шестью ионами с зарядами противоположного знака, образующими октаэдр вокруг данного иона, существует сильное взаимное притяжение. Иными словами, каждый ион образует ионные связи с шестью своими соседями. Эти связи объединяют все ионы в кристалле в одну гигантскую молекулу . В таких кристаллах координационное число ионов равно шести, причем под координационным числом подразумевается число ближайших соседей. [c.32]

Так как [ЫгО] имеет структуру [СаРг], следовательно, А = 1,68, а л = 6, обстоятельства складываются так, что это вещество в газообразных молекулах имеет атомные, а в кристаллах ионные связи. Интересную картину дает расчет для ВеРг (см. рис. 68). [c.117]

Уже к началу XX в. внутри самой химии четко различаются общая и неорганическая химия и органическая химия. Предметом изучения общей и тесно связанной с ней неорганической химии стали химические элементы, образуемые ими простейшие неорганические соединения и их общие законы (законы стехиометрии, периодический закон, атомно-молекулярное учение и т. д.). Основным стержнем, вокруг которого шло развитие теории неорганической химии, являлся периодический закон. Надо было ответить на вопросы почему и как атомы комбинируются друг с другом, образуя молекулы и ионные кристаллы какова связь между свойствами веществ и их атомной структурой. [c.79]

При взаимодействии атомов между ними может возникать химическая связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной системы — молекулы, молекулярного иона, кристалла. Чем прочнее химическая связь, тем больше энергии нужно затратить для ее разрыва поэтому энергия разрыва связи служит мерой ее прочности. Энергия разрыва связи всегда положительна Б противном случае химическая связь самопроизвольно разрывалась бы с выделением энергии. Из этого следует, что при образовании химической связи энергия всегда выделяется за счег уменьшения потенциальной энергии системы взаимодействующих электронов и ядер . Поэтому потенциальная энергия образующейся частицы (молекулы, кристалла) всегда меньше, чем суммарная потенциальная энергия исходных свободных атомов. Таким образом, условием образования химической связи является уменьшение потенциальной энергии системы взаимодействующих атомов. [c.115]

Обычно наблюдается, что, если связывающими силами в кристалле являются силы электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами, кристалл обладает большей прочностью но сравнению с кристаллом, содержащим молекулы такой же формы, удерживаемые более слабыми силами, такими, как силы Ван-дер-Ваальса. Большая прочность и более высокие точки плавления также присущи наличию ионной связи. Слабо связанные кристаллы молекулярного соединения будут в большей степени обнаруживать тепловые движения атомов. Как указывалось, такое изменение в тепловом движении может обнаруживаться по уменьшению интенсивности рассеяния рентгеновских лучей, поскольку угол Брэгга 0 увеличивается. В таком случае можно применить интерпретации Пауэлла и Хьюза [223]. [c.75]

В ионных кристаллах, в которых должна соблюдаться электронейтральность, образование дефектов связано с перераспределением зарядов. Так, поятзление вакансии катиона сопровождается возникновением вакансии аннона (рис. 1.91а) такой тип дефекта в ионном кристалле называется дефектом Шоттки. Внедрение иона в междоузлие сопровождается появлением, на его прежнем месте вакансии, которую можио рассматривать как центр заряда противоположного знака (рис. 1.916) такой дефект называют дефектом Френкеля. [c.151]

С наличием в структуре ионных кристаллов точечных дефектов существенно связана их электропроводность. Под действием электрического тока ближайший к вакансии ион переходит на ее место, а в точке его прежнего местоположения создается новая вакансия, занимаемая, в свою очередь, соседним ионом. Подобные перескоки ионов реализуются с большой частотой, обеспечивая ионную проводимость кристалла. Благодаря точечным дефектам удается объяснить и существование в природе большого числа так называемых несте-хиометрических соединений (соединений переменного состава), т. е. веществ, состав которых в твердом состоянии отклоняется от их молекулярного состава. Например, кристаллы оксида титана в зависимости от давления кислорода в окружающей среде могут иметь переменный состав от Т10о,б до Т101,з5. При избытке атомов титана в кристалле имеется соответствующая концентрация вакансий кислорода, а при избытке атомов кислорода появляются вакансии титана. В кристаллах оксида цинка 2пО избыточное содержание атомов цинка объясняют нахождением последних в междоузлиях пространственной решетки. [c.88]

Дальнейшее развитие теории ДЭС идет в основном по линик построения еще более сложных моделей, включающих диффузное распределение заряда и потенциала не только в жидкой фазе, но и в приповерхностном слое твердой фазы (внутренней обладке). Для ионных кристаллов это связано с изменением энергии образования дефектов (ионов внедрения и вакансий) вблизи поверхности для окислов и гидроокисей — с адсорбцией ионов в пористом [c.187]

Дальнейшее развитие теории ДЭС идет в основном по линии построения еще более сложных моделей, включающих диффузное распределение заряда и потенциала не только в жидкой, но и в приповерхностном слое твердой фазы (внутренней обкладке). Для ионных кристаллов это связано с изменением энергии образования дефектов (иоНов внедрения и вакансий) вблизи поверхности, для оксидов и гидроксидов — с адсорбцией ионов в пористом слое ( гелеобразном слое), характерном, например, для стекол для высокополимерных ионитов — с адсорбцией ионов в матрице, постепенно уменьшающейся в глубь фазы ионита. Несмотря на видимое различие причин, для всех этих представлений характерна замечательная общность следствий, а именно некоторая часть скачка потенциала приходится на твердую фазу, и поверхностный потенциал г зона границе раздела (а тем более — потенциал ilJi) оказывается меньшим, чем межфазная разность потенциалов Д<р. [c.207]

Кристаллические решетки обычно классифицируют в зависимости от типа частиц, образующих кристалл, и от природы сил притяжения между ними. Если в узлах решетки расположены ионы, образующие ионные связи, то такая решетка называется ионной. Если в узлах решетки — атомы, соединенные ковалентными связями, то решетка называется ковалентной. Молекулярную решетку образуют молекулы, связанные ван-дер-ваальсовыми силами. И, наконец, если решетка образована одинаковыми катионами, окруженными электронным облаком, то говорят о металлической решетке. [c.30]

Так как каждый пои в ионных кристаллах окружен более близко расположенными ионами с зарядами противоположного знака, то притяжение преобладает над отталкиванием. Этим и обусловлена всеобщая связь частиц в ионных кристаллах. Электростатические силы взаимодействия между ионами в них велики, поэтому ионные кристаллические веи 1ества мало летучи, имеют высокую температуру плавления и большую энергию кристаллических решеток. [c.158]

Если кристалл хлорида натрия деформировать так, что ионы сдвинутся один относительно другого примерно на один ионный диаметр, то хлорид-ионы сблизятся с хлорид-ионами, а ионы натрия —с ионами атрия, и отталкивание ионов одноименного заряда вызовет расцад кристалла. В металлах же все атомы одинаковы и любой из них может образовать связи с любым другим атомом. Кроме того, валентные связи в кристалле металла, легко резонирующие из одного положения в другое, могут образоваться между соседними атомами даже в том слу- [c.507]

Правило Панета—Фаянса— Хана из двух одинаково заряженных ионов равной концентрации преимущественно адсорбируется тот, который сильнее притягивается ионами кристалла. Сила ионного притяжения тем больше, чем ниже растворимость соединения, образуемого этим ионом с ионом решетки, чем больше степень коваленшости связи, чем больше поляризуемость аниона и поляризующая сила катиона. Сильнее всего притягиваются собственные ионы осадка. В результате поверхность частиц заряжается (положительно или отрицатех ьно) и из раствора ад- [c.17]

В ионных кристаллах отсутствуют связи между отдельными парами ионов точнее следует сказать, что все содержащиеся в образце ионного соединения катиойы и анионы оказываются связанными. [c.143]

Эти разрастания уже использовались для электропномнкроско-пического [29, 30] изучения процесса отложения металла на кристаллической поверхности. Первый слой редко распространяется на всю поверхность, даже если средняя толщина отложившегося осадка составляет несколько десятков ангстрем. Рост, по-видимому,, происходит на ядрах, которые быстро приобретают трехмернуЮ структуру обычно они рассеяны весьма равномерно но поверхности, и не существует доказательства, что они связаны с какими-либо особенностями поверхности, за исключением случаев с золотом на каменной соли и подобных ей ионных кристаллах. Для этих систем многие ядра концентрируются вдоль прямых ребер уступов на поверхности кристаллов соли, часть их равномерно рассеяна по уступам, однако примечательно то, что ядра отсутствуют на поверхностях там, где уступы расположены очень близко друг кдругу.. По-вндимому, имеет место поверхностная миграция по направлению к ядрам на ребрах, а также отложение из паров во время утолщения нленки. Эта поверхностная миграция может происходить на расстоянии порядка 100 А. В общем формирование всех пленок происходит приблизительно однотипно ядра разрастаются до тех пор, пока не образуют сетку, которая затем превращается в сплошную пленку, когда толщина достигает 100—200 А. Однако и в этом отношении система золото — каменная соль дает отклонение, и сплошная пленка образуется только тогда, когда толщина достигает 700—800 А. Сплошная пленка фактически представляет собой один большой ориентированный кристалл с площадью поверхности в несколько квадратных сантиметров. Используя метод муаровых изображений, удалось определить, что плотность дислокаций равна 101°—jQii на 1 см" -. Они могут образовываться либо в результате встречи разрастаний от ядер, либо вследствие адсорбции газа на субстрате до отложения пленки. Имеются некоторые указания [31] на то, что монослой кислорода на тантале ингибирует отложение меди. Дальнейшее изучение условий отложения пленок — глубины вакуума, скорости испарения металла, влияния особенностей новерхностей и адсорбированных молекул — крайне желательно. [c.191]

В молекулах или в кристаллах соединений с ионной связью содержатся не нейтральные атомы элементов, а их ионы, и, например, хлористый натрий состоит из ионов Na+ и С1 не только в водных растворах, но и в любом его состоянии. Из этих ионов состоят, в частности, и кристалл поваренной соли и молекулы Na l в парах. Таким образом, в отношении ионных соединений развитие электронной теории валентности избавило гипотезу электролитической диссоциации от задачи объяснить процесс о б-разования ионов, так как при растворении такого электролита происходит лишь разъединение ионов, а не образование их Переход ионов в раствор происходит в результате взаимодействия их с молекулами растворителя, в результате образования связей между ионом и молекулами растворителя (сольватация ионов) и, в частном случае, молекулами воды (гидратация ионов). [c.378]

На основании представлений о том, что атомы в кристалле расположены соверпюнно упорядоченно, нельзя объяснить многие хорошо известные физические и химические явления, наблюдаемые для твердых тел. Например, перенос вещества в кристалле зависит от имеюп1,ихся структурных дефектов. Многие электрические и оптические свойства ионных кристаллов также связаны с наличием дефектов в кристаллической решетке. [c.36]

Описывая в предыдущем разделе возможную структуру точечных дефектов, мы ограничились рассмотрением кристаллов с металлической или ковалентной связью между атомами. Однако существует многочисленный класс кристаллических веществ, для которых характерна ионная межатомная связь. Типичными представителями ионных кристаллов являются щелочно-галлоидные кристаллы. Их структура такова, что эти кристаллы как бы построены из двух подрешеток подрешетки положительных ионов щелочного металла (катионов) и подрешетки отрицательных ионов галлоида (анионов). Большинство щелочно-галлоидных кристаллов имеет пространственную решетку типа НаС1 (см. рис. 3). В главных кристаллографических плоскостях (1, 1,0) этой решетки катионы и анионы расположены в шахматном порядке, образуя две вставленные друг в друга квадратные решетки (рис. 54). [c.179]

Некоторые свойства ионных кристаллов — соединений металлов с частично заполненными З -оболочками —хорошо объясняются в. рамках теории поля лигандов, созданной на основе предложенной Бете и Ван-Флеком теории кристаллического поля для твердых тел. Согласно теории поля лигандов, химическая связь в кристаллах соединений металлов является чисто ионной, ионы рассматриваются как точечные заряды, а их электрическое поле (с несферической симметрией ) вызывает расщепление Зй-уровня иона металла. Теорик> поля лигандов можно использовать для объяснения строения как комплексных соединений, так и различных твердых веществ, и в общем виде с учетом связывающих орбиталей лигандов она ближе к теории молекулярных орбиталей, чем к теории кристаллического-поля. Для учета отклонений от простого кулоновского взаимодействия точечных зарядов вводятся параметры, включающие степень ковалентности связи, поляризационные искажения за счет соседних зарядов величину отклонения от сферической симметрии ионов с частично-заполненной -оболочкой. С помощью теории групп можно объяснить и предсказать расщепление атомных уровней, соответствующее тому или иному типу симметрии внутреннего электрического поля в кристалле. [c.47]

Относительная легкость не только возбуждения, но даже и отрыва самого внешнего электрона от атома лития ведет к тому, что в твердом состоянии свободный литий обладает металли- ческими свойствами, а в своих соединениях способен осуществлять ионную связь. Образуя ионную связь, атомы лития передают электроны атомам другого элемента, превращая их в анионы, а сами порождают при этом однозарядные катионы затем между противоположно заряженными ионами возникает, как в некоторых газообразных молекулах, так и особенно часто в кристаллах, электростатическая связь, характеризуемая силовым законом Кулона. Впрочем, нельзя сказать, что атомы лития и бериллия вообще не способны образовать молекулы с атомной связью. Таковою, например, является связь в газообразных частицах ЬЬ, требующая для своего разрыва 25,5 ккал1моль, а также связь в Вег, отвечающая (гипотетически) примерно 14 ккал моль. [c.33]