Кристаллическое строение вещества

В твердых веществах атомы и молекулы расположены в геомет­рически правильном порядке или в хаотическом беспорядке. В со­ответствии с этим вещества, обладающие геометрически упорядо­ченным расположением атомов или молекул, называют кристал­лическими, а вещества с хаотическим расположением атомов или молекул — аморфными.

Большинство твердых веществ об­ладает кристаллическим строением. Каждое вещество обычно обра­зует кристаллы совершенно определенной формы. Внешняя форма кристалла отражает его внутреннее строение и обусловлена гео­метрически правильным расположением атомов или молекул, обра­зующих кристалл. Геометрически возможны 14 видов пространственных решеток, являющихся основой семи систем крис­таллических решеток — сингоний (триклинной, моноклинной, ромбической, тетрагональной, ромбоэдрической, гексагональной, кубической). Элементарные ячейки некоторых кристаллических си­стем представлены на рис. 1.5.

Триклинная кристаллическая система обладает наименьшей пространственной симметрией, так как все ребра элементарной ячейки различны и не составляют между собой прямого угла. Куби­ческие кристаллы обладают наибольшей пространственной симмет­рией, поскольку все их ребра одинаковы и составляют между собой прямые углы. Другие кристаллические системы занимают проме­жуточное положение между триклинной и кубической. Наиболее ча­сто встречаются разновидности кубической решетки — объемноцентрированная, гранецентрированная (рис. 1.6) и гексагональная (см. рис. 1.5, б).

Размеры кристаллической решетки характеризуются ее парамет­рами. Под параметром решетки понимают расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку. Параметр кубической решетки (рис. 1.6) обозначается буквой а и находится в пределах 0,28—0,6 Нм. Часто постоянную решетки измеряют в ангстремах (1 А=10~¹⁰ м). Для характеристики гексагональной решетки необходимы два парамет­ра — сторона шестигранника а и высота призмы с.

В зависимости от вида частиц, образующих кристаллическую решетку, различают атомные, ионные, металлические и молекуляр­ные кристаллические решетки.

                 а)                       б)                        в)

Рис. 1.5. Элементарные ячейки некоторых кристаллических систем:

а - триклинной (а≠б≠с, α≠β≠γ≠90°); б - гексагональной (а=б≠с, α=β=90°, γ=120°); в - кубической(a=б=с, α=β=γ=90°)

Рис. 1.6. Элементарные ячейки кубической решетки:

а - объемноцентрированная (Fe, W, Mo, V и др.); б - гранецентрированная (AI, Si, Ge, Сu, Аu и др.)

В узлах атомных решеток находятся нейтральные атомы, кото­рые связаны друг с другом ковалентной связью.

В узлах ионных решеток располагаются, чередуясь, положитель­ные и отрицательные ионы. Они связаны друг с другом ионной связью.

В узлах металлических решеток расположены положительные ионы, в промежутках между которыми находятся свободные элект­роны. Образуются металлические решетки с помощью металличе­ской связи.

В узлах молекулярных решеток находятся молекулы. Такие ре­шетки образуются за счет ковалентной и ионной связей. Молекулы органических соединений (полимеров) могут иметь вытянутую фор­му в виде зигзагообразных скрученных цепочек, сетчатую или слож­ную пространственную форму.

Аморфные вещества. Внутреннее строение аморфных веществ характеризуется беспорядочным расположением атомов и молекул, т. е. в них отсутствует кристаллическое строение. Они делятся на две большие группы: а) простые аморфные вещества - низкомолекулярные жидкости, неорганические стекла, плавленый .кварц; б) высокополимерные соединения — каучуки, резины, органические стекля, смоли.