Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 48

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 42 43 44 45 46 47 < 48 > 49 50 51 52 53 54 .. 151 >> Следующая

13. КРИСТАЛЛЫ

107

пластмассы и т. д.) и жидкостей, где определенный порядок в расположении молекул распространяется только на ближайшее окружение каждой молекулы.

Симметрия кристаллической решетки. Кристаллическая решетка, характеризующая равновесное расположение атомов в идеальном бесконечно протяженном кристалле, обладает определенной симметрией. Прежде всего это трансляционная симметрия, т. е. симметрия по отношению к параллельным переносам, при которых бесконечная кристаллическая решетка совмещается сама с собой.

Наименьшее расстояние, при трансляции на которое решетка совмещается сама с собой, называется пространственным периодом. Трехмерная пространственная решетка характеризуется тремя основными периодами, которые, очевидно, совпадают с ребрами элементарной ячейки.

Кроме трансляционной симметрии кристаллическая решетка характеризуется некоторой точечной симметрией, т. е. преобразованиями симметрии, оставляющими неподвижной какую-либо точку. Только такую симметрию и могут иметь тела конечных размеров. К элементам точечной симметрии относятся центр симметрии, простые оси симметрии и плоскости симметрии. Например, наличие у кристаллической решетки оси симметрии третьего порядка означает, что при повороте вокруг нее на треть оборота (120°) решетка совмещается сама с собой.

Тела конечных размеров могут иметь оси симметрии любого порядка. Например, в основании правильной пирамиды может лежать правильный многоугольник с любым числом сторон. Но у бесконечной кристаллической решетки могут быть оси симметрии только второго, третьего, четвертого и шестого порядков. Связано это с тем, что точечная симметрия здесь должна сочетаться с трансляционной.

Понять, что осей других порядков, кроме перечисленных, быть не может, проще всего на примере покрытия плоскости правильными многоугольниками. Действительно, паркет из одинаковых плиток в виде правильных многоугольников, которыми можно выстлать пол, может состоять только из треугольников, квадратов и шестиугольников. Конечно, плитки могут быть и вытянутыми прямоугольниками, но это даст ось симметрии только второго порядка.

Кристаллические системы и классы. У разных кристаллических решеток по-разному сочетаются упоминавшиеся выше элементы симметрии. Оказывается, что существует 230 различных сочетаний этих элементов, называемых пространственными группами. Все они были теоретически предсказаны русским кристаллографом Е. С. Федоровым и независимо от него немецким ученым А. Шенфлисом.

230 пространственных групп по характеру симметрии могут быть отнесены к одному из 32 классов, которые группируются в 7
108

III. АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, КРИСТАЛЛЫ

кристаллических систем (или сингоний). К одному кристаллическому классу относятся решетки с одинаковыми наборами элементов точечной симметрии, приводящих к совмещению эквивалентных направлений в кристалле. К одной кристаллической системе относятся решетки с одинаковыми наборами элементов симметрии элементарной ячейки. В частности, кристалл NaCl (см. рис. 37) относится к кубической сингонии и имеет гранецентрированную кубическую решетку. В такой решетке одинаковые ионы (например, ионы Na+) находятся в вершинах и в центрах граней элементарного куба. Если же одинаковые ионы расположены в вершинах куба и в его центре, то решетка называется объемноцентрированной кубической. Именно так кристаллизуется CsCl.

Симметрия и физические свойства. Все кристаллы одного класса имеют одинаковую симметрию макроскопических физических свойств. Например, кубические кристаллы ведут себя как изотропные тела в отношении прохождения света, электро- и теплопроводности, теплового расширения. Но они анизотропны в отношении упругих и пьезоэлектрических свойств.

Симметрию кристаллической решетки и расположение атомов в элементарной ячейке можно определить с помощью рентгеновского структурного анализа, электронографии и нейтронографии. Во всех этих методах используется явление дифракции волн на трехмерной периодической структуре, которая по существу представляет собой дифракционную решетку. Несмотря на различную физическую природу рентгеновских (т. е. электромагнитных) волн и волн материи (электронных или нейтронных), создаваемая ими дифракционная картина позволяет определить расположение атомов в кристаллической решетке и расстояния между ними, т. е. периоды решетки. Дифракционная картина возникает, когда длина волны меньше периода решетки. В противном случае кристалл ведет себя как сплошная среда, лишенная внутренней структуры.

Молекулярные кристаллы. Остановимся подробнее на характере сил связи между атомами или молекулами в кристаллах. Описанная выше классификация кристаллов по симметрии не зависит от типа этих сил, но для каждого типа сил характерны определенные структуры.

Наиболее простые представители молекулярных кристаллов это кристаллы инертных газов (аргон, криптон, ксенон), хотя построены они не из молекул, а из отдельных атомов. Такие кристаллы существуют лишь при низких температурах. Атомы инертных газов имеют целиком заполненные внешние электронные оболочки, поэтому пространственное распределение электронного заряда в них сферически-симметрично, а значения энергии ионизации очень высоки.
Предыдущая << 1 .. 42 43 44 45 46 47 < 48 > 49 50 51 52 53 54 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed