Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
а
0.91
0.57
0.38
0.27
6.4
4.84
0.6
1.8
4.4
9.8
6.0
18.0
?
?
0.5
0.3
Rb
Sr
Y
Zr
Au
Hg
Tl
Pb
Те
J
а
1Л0
1.38
1.04
0.80
9.6
6.08
P
0.5
1.2
2.7
5.3
5.0
12.0
?
?
0.5
0.2
Cs
Ba
La
Ce
Th
а
2.85
2.08
1.56
1.20
—
P
0.4
1.4
2.0
3.8
3.3
Силы связей в кристаллических решетках. Каким бы путем ни образовались кристаллические тела, они в конечном счете представляют результат взаимодействия сил сцепления между атомами, ионами или комплексами, прочно удерживаемыми этими силами в устойчивой кристаллической постройке. Такие постройки обладают минимальной потенциальной энергией.
Силы связей, которыми структурные единицы в кристаллах удерживаются в равновесии, в различных соединениях не одинаковы по своему типу. Существуют следующие четыре главных типа связей: металлическая, ковалентная (гомополярная), ионная (гетерополярная) и вандерваальсовская (остаточная).
1. Металлическая связь. Этот тип связи, свойственный металлам, весьма оригинален.
Согласно современным представлениям, основанным на целом ряде явлений, металлы представляются как вещества, в которых имеются общие для всех атомов свободные наружные электроны, способные под действием постоянной электродвижущей силы к непрерывному движению. Таким образом, ядра атомов ©-месте со связанными с ними внутренними электронами, по существу, являются как бы положи-
тельно заряженными ионами. От типичных ионов они отличаются тем, что недостающая часть валентных электронов - у них не отнята какими-либо атомами другого сорта, а присутствует тут же, в промежутках между сферами, образуя своего рода «электронный газ» среди положительно заряженного остова атомов. Именно эти свободные электроны, сообща «обслуживающие» все атомы, и создают то, что называют металлической связью. Прочность твердого состояния обусловливается, как полагают, резонирующими как одно- так и д-вух-электронными связями, подобными ковалентным.
Таким образом, в целом получается атомная структура с высокими координационными числами (12 или 14), обладающая особыми свойствами, присущими металлам. К таким свойствам относятся: высокая электропроводность, теплопроводность, сильный металлический блеск (высокая отражательная способность), ковкость и т. д.
Схематически картина распределения зарядов в металлической решетке изображена на фиг. 13. Положительные заряды ядер отмечены
крестиками, а отрицательные изображены в виде пунктирных эквипотенциальных линий. Сплошная линия изображает критические положения, за которыми следует межатомное пространство со свободными электронами.
Силы связей вообще не являются направленными. Поэтому большинство металлов кристаллизуется в очень простых структурах: в плотнейшей кубической и гексагональной упаковках шаров. Для этих структур понятие «атомный радиус», как пишет Брэгг, настолько же важно, как и
Фиг. 13. Предполагаемая кар- П0НЯТИЄ «и0нный радиус» в неорганических гина распределения положи- ионных соединениях.
гельных и отрицательных за- 2. Ковалентная связь. Мы при-рядов в металлической выкли думать, что притягиваются и связы-решетке. По Леннарду ваются друг с другом различно заряженные
ионы. С точки зрения классической электростатической теории кажется странным!, каким образом могут образовать прочную связь, например, два атома водорода с возникновением молекулы Н2. Однако подобная ковалентная связь, называемая также гомополярной или атомной, бесспорно существует. Объясняется эта связь квантовой механикой как явление резонанса, но, ввиду трудности изложения ее без 9 специальных вычислений, мы не будем останав- ° о
ливаться на этом вопросе. р 9 г °
Ковалентная связь обусловлена общей тен- • о
денцией атомов образовывать устойчивую элек- • • °
тронную конфигурацию во внешней оболочке, °
но она осуществляется особым способом. На- фиг- 14- Схем^ строения пример, для фтора (фиг. 14) необходим' лишь молекулы 2
один добавочный электрон, чтобы образовалась
8-электронная конфигурация. Однако если два атома фтора, сблизившись, образуют двухатомную молекулу с парой общих, т. е. принадлежащих одновременно обоим атомам, электронов, как это схематически показано на фиг. 14, то каждый из них будет иметь 8-электрон-ную устойчивую конфигурацию во внешней оболочке (в этом случае не
нужны добавочные электроны). Естественно, что в такой двухатомной молекуле расстояние между центрами атомов будет меньше двойного атомного радиуса фтора.
Число пар общих электронов зависит от положения данного элемента в той или иной группе периодической системы Д. И. Менделеева: для кислорода будем иметь две пары общих электронов, для азота 3, для углерода 4.
Связь в кристаллических решетках может осуществляться только через непарные электроны и потому обнаруживается только в некоторых определенных направлениях вокруг атома. Этим гомодолярные соединения существенно отличаются от гетерополярных (ионных), где электростатическое притяжение распространяется на все соседние ионы противоположного знака. . Координационное число гомополярных кристаллических решеток значительно ниже, чем в металлических, и зависит от числа и направлений ковалентных связей (для алмаза оно равно 4).
