Chemické typy obalů tělesně centrované kubické mřížky. Krystalová struktura kovů. Typy krystalových mřížek

Obličejově centrovaná krychlová buňka patřící do krychlového systému; Viz také: Článkový elektrolytický článek centrovaný obličejem ...

Buňka- : Viz také: elektrolytický článek čelově centrovaný článek centrovaný na základně ... Encyklopedický slovník hutnictví

KUBICKÁ BUŇKA ZAMĚŘENÁ NA TVÁŘ- jeden ze 14 druhů mřížek Bravais. Vyznačuje se umístěním uzlů ve vrcholech a ve středech všech ploch krychle. Geologický slovník: ve 2 svazcích. M.: Nedra. Editoval K. N. Paffengoltz a kol. 1978 ... Geologická encyklopedie

krychlový systém- krystalografický systém, který je charakterizován vztahem mezi rohy a okraji základní buňky krystalu: a = b = c, α = β = γ = 90º. Je rozdělena do 5 tříd (skupiny bodové symetrie). * * * KUBICKÁ SYNGONIE KUBICKÁ... ... encyklopedický slovník

krychlová mřížka (K6)- krystalová mřížka, jejíž základní buňka patří do kubické soustavy; Viz také: Příhradová triklinická příhradová tetragonální příhradová prostorová příhradová ... Encyklopedický slovník hutnictví

Kubický systém

Krychlová plošně centrovaná mřížka- V krystalografii je kubická soustava jednou ze sedmi soustav. Jednotková buňka kubického krystalu je určena třemi vektory stejné délky, které jsou na sebe kolmé. V kubické soustavě existují tři typy Bravaisových mřížek: ... ... Wikipedie

Kubická mřížka- V krystalografii je kubická soustava jednou ze sedmi soustav. Jednotková buňka kubického krystalu je určena třemi vektory stejné délky, které jsou na sebe kolmé. V kubické soustavě existují tři typy Bravaisových mřížek: ... ... Wikipedie

elektrolytický článek- nádoba s elektrolytem, vybavená elektrodami, ve které se realizují elektrochemické reakce; hlavní konstrukční prvek průmyslových elektrolyzérů. Konstrukce elektrolytických článků jsou velmi rozmanité. V… … Encyklopedický slovník hutnictví

obličejově centrovaná buňka- elementární buňka krystalu ve tvaru rovnoběžnostěnu, v jehož středu každé plochy je další atom stejného typu jako atomy v jeho vrcholech; Viz také: Článkový elektrolytický článek... Encyklopedický slovník hutnictví

Jedním z nejběžnějších materiálů, se kterým lidé vždy raději pracovali, byl kov. V každé době byly preferovány různé druhy těchto úžasných látek. IV-III tisíciletí před naším letopočtem je tedy považováno za chalkolit neboli dobu měděnou. Později je nahrazen bronzem a poté vstupuje v platnost ten, který je aktuální i dnes - železo.

Dnes je obecně těžké si představit, že se kdysi bez kovových výrobků obešlo, protože téměř vše, od domácích potřeb, lékařských nástrojů až po těžké a lehké vybavení, se skládá z tohoto materiálu nebo z něj obsahuje jednotlivé díly. Proč si kovy dokázaly získat takovou oblibu? Pokusme se zjistit, jaké jsou funkce a jak to souvisí s jejich strukturou.

Obecné pojetí kovů

"Chemie. 9. třída" je učebnice, kterou používají školáci. Právě zde se podrobně studují kovy. Velká kapitola je věnována zvážení jejich fyzikálních a chemických vlastností, protože jejich rozmanitost je mimořádně velká.

Od tohoto věku se doporučuje dát dětem představu o těchto atomech a jejich vlastnostech, protože teenageři již mohou plně ocenit význam těchto znalostí. Dobře vidí, že rozmanitost předmětů, strojů a dalších věcí kolem nich je založena na kovové povaze.

co je kov? Z hlediska chemie jsou tyto atomy obvykle klasifikovány jako atomy, které mají:

malý na vnější úrovni;
vykazují silné regenerační vlastnosti;
mají velký atomový poloměr;
Jako jednoduché látky mají řadu specifických fyzikálních vlastností.

Základ znalostí o těchto látkách lze získat úvahou o atomově-krystalické struktuře kovů. To vysvětluje všechny vlastnosti a vlastnosti těchto sloučenin.

V periodické tabulce je většina celé tabulky přiřazena ke kovům, protože tvoří všechny vedlejší podskupiny a hlavní od první do třetí skupiny. Jejich početní převaha je tedy zřejmá. Nejběžnější jsou:

vápník;
sodík;
titan;
žehlička;
hořčík;
hliník;
draslík.

Všechny kovy mají řadu vlastností, které umožňují jejich spojení do jedné velké skupiny látek. Tyto vlastnosti jsou zase vysvětleny právě krystalickou strukturou kovů.

Vlastnosti kovů

Mezi specifické vlastnosti příslušných látek patří následující.

Kovový lesk. Mají ho všichni zástupci jednoduchých látek a většina je stejná.Jen někteří (zlato, měď, slitiny) se liší.
Kujnost a plasticita - schopnost poměrně snadno se deformovat a zotavit. U různých zástupců se projevuje v různé míře.
Elektrická a tepelná vodivost jsou jednou z hlavních vlastností, které určují oblasti použití kovu a jeho slitin.

Krystalická struktura kovů a slitin vysvětluje důvod každé z uvedených vlastností a vypovídá o jejich závažnosti u každého konkrétního zástupce. Pokud znáte vlastnosti takové struktury, můžete ovlivnit vlastnosti vzorku a upravit jej na požadované parametry, což lidé dělají již mnoho desetiletí.

Struktura atomových krystalů kovů

Co je to za strukturu, čím se vyznačuje? Už samotný název napovídá, že všechny kovy jsou krystaly v pevném stavu, tedy za normálních podmínek (kromě rtuti, která je kapalná). Co je to krystal?

Toto je konvenční grafický obraz vytvořený protínáním imaginárních čar atomy, které lemují tělo. Jinými slovy, každý kov se skládá z atomů. Jsou v něm umístěny ne chaoticky, ale velmi správně a důsledně. Pokud tedy všechny tyto částice mentálně spojíte do jedné struktury, získáte krásný obraz v podobě pravidelného geometrického tělesa nějakého tvaru.

To je to, co se běžně nazývá krystalová mřížka kovu. Je velmi složitá a prostorově objemná, proto pro jednoduchost není zobrazena celá, ale pouze část, elementární buňka. Sada takových buněk, shromážděných dohromady a odražených a tvoří krystalové mřížky. Chemie, fyzika a metalurgie jsou vědy, které studují strukturální rysy takových struktur.

Sama o sobě je souborem atomů, které jsou umístěny v určité vzdálenosti od sebe a koordinují kolem sebe přesně stanovený počet dalších částic. Je charakterizována hustotou balení, vzdáleností mezi jednotlivými strukturami a koordinačním číslem. Obecně jsou všechny tyto parametry charakteristikami celého krystalu, a proto odrážejí vlastnosti vykazované kovem.

Existuje několik druhů, všechny mají jeden společný rys - uzly obsahují atomy a uvnitř je oblak elektronového plynu, který vzniká volným pohybem elektronů uvnitř krystalu.

Typy krystalových mřížek

Čtrnáct možností příhradové konstrukce je obvykle kombinováno do tří hlavních typů. Jsou následující:

Tělo centrovaný krychlový.
Šestihranné těsně zabalené.
Obličejově centrovaný krychlový.

Krystalická struktura kovů byla studována pouze tehdy, když bylo možné získat obrazy s vysokým zvětšením. A klasifikaci typů mřížek jako první uvedl francouzský vědec Bravais, pod jehož jménem jsou někdy nazývány.

Tělo centrovaná mříž

Struktura krystalové mřížky kovů tohoto typu je následující struktura. Toto je krychle s osmi atomy v uzlech. Další se nachází ve středu volného vnitřního prostoru buňky, což vysvětluje název „body-centered“.

Toto je jedna z možností pro nejjednodušší strukturu základní buňky, potažmo celé mřížky jako celku. Následující kovy mají tento typ:

molybden;
vanadium;
chrom;
mangan;
alfa železo;
beta železo a další.

Hlavními vlastnostmi takových zástupců jsou vysoký stupeň kujnosti a tažnosti, tvrdost a pevnost.

Mřížka zaměřená na obličej

Krystalová struktura kovů s plošně centrovanou kubickou mřížkou je následující struktura. Jedná se o krychli, která obsahuje čtrnáct atomů. Osm z nich tvoří uzly mřížky a dalších šest je umístěno, jeden na každé ploše.

Mají podobnou strukturu:

hliník;
nikl;
Vést;
gama železo;
měď.

Hlavními charakteristickými vlastnostmi jsou lesk různých barev, lehkost, pevnost, kujnost, zvýšená odolnost proti korozi.

Šestihranná mříž

Krystalová struktura kovů s mřížkami je následující. Základní buňka je založena na šestibokém hranolu. V jeho uzlech je 12 atomů, další dva v bázích a tři atomy leží volně uvnitř prostoru ve středu struktury. Celkem je tam sedmnáct atomů.

Kovy jako:

alfa titan;
hořčík;
alfa kobalt;
zinek.

Hlavními vlastnostmi jsou vysoký stupeň pevnosti, silný stříbrný lesk.

Vady v krystalové struktuře kovů

Všechny uvažované typy buněk však mohou mít také přirozené nedostatky, neboli takzvané defekty. To může být způsobeno různými důvody: cizí atomy a nečistoty v kovech, vnější vlivy a tak dále.

Proto existuje klasifikace, která odráží vady, které mohou mít krystalové mřížky. Chemie jako věda studuje každý z nich, aby identifikovala příčinu a způsob eliminace tak, aby se vlastnosti materiálu nezměnily. Takže závady jsou následující.

Bod. Přicházejí ve třech hlavních typech: volné pozice, nečistoty nebo dislokované atomy. Vedou ke zhoršení magnetických vlastností kovu, jeho elektrické a tepelné vodivosti.
Lineární nebo dislokace. Existují okrajové a šroubové. Zhoršují pevnost a kvalitu materiálu.
Povrchové vady. Ovlivňuje vzhled a strukturu kovů.

V současné době byly vyvinuty metody k odstranění defektů a získání čistých krystalů. Nelze je však zcela vymýtit, ideální krystalová mřížka neexistuje.

Význam znalostí o krystalické struktuře kovů

Z výše uvedeného materiálu je zřejmé, že znalosti o jemné struktuře a struktuře umožňují předvídat vlastnosti materiálu a ovlivňovat je. A věda chemie vám to umožňuje. 9. třída všeobecně vzdělávací školy klade v procesu učení důraz na to, aby se u žáků rozvinula jasná představa o důležitosti základního logického řetězce: složení - struktura - vlastnosti - aplikace.

Informace o krystalické struktuře kovů jsou velmi názorně ilustrovány a umožňují učiteli názorně vysvětlit a ukázat dětem, jak důležité je znát jemnou strukturu pro správné a kvalifikované využití všech vlastností.

Hustota balení je podíl objemu krystalové mřížky obsazený atomy.

Nejkratší vzdálenost mezi středy dvou kuliček v základní buňce se rovná dvěma poloměrům koule - 2r. Objem koule je V = 4/3r 3, objem kuliček obsažených v základní buňce je V n = 4/3nr 3, kde n je násobek základní buňky. Pokud je objem základní buňky V 0, pak se hustota vyplnění rovná P = (V n / V 0) · 100 %.

Je-li perioda mřížky rovna a, pak V 0 = a 3, redukuje se řešení úlohy na vyjádření atomového poloměru periodou mřížky, pro konkrétní strukturu by měla být určena nejkratší meziatomová vzdálenost, např. , v kosočtverci 2r = a /4 (nejkratší vzdálenost rovna dvěma atomovým poloměrům , je čtvrtina prostorové úhlopříčky krychle).

V tabulce 2.3 ukazuje výsledky výpočtu hustoty vyplnění pro různé konstrukce.

Tabulka 2.3

Hustota balení pro různé struktury

Typmřížky	K. h.	Atomový poloměrr	Buněčná multiplicitan

Kubický primitiv

S rostoucím koordinačním číslem se zvyšuje hustota balení.

Vyplnění mezer v mřížce fcc, které odpovídá zvýšení multiplicity základní buňky, vede k méně hustému balení.

2.8. Vztah mezi typem struktury, koordinačním číslem a elektrickými vlastnostmi

Nejhustší a nejhustší náplně (P = 68 – 74 %) s c.ch. 8/8 a 12/12 jsou typické pro kovy (struktury bcc, fcc, hcp).

Nejméně husté obaly (P = 34 % a podobně) s c.ch. Pro polovodiče jsou typické 4/4 (struktury diamantu, sfaleritu, wurtzitu), 4/2 (cuprite), 2/2 (selen).

Struktury se středními hodnotami c.n. 6/6 a hustotou P 67 %, například typ NaCl, může mít vlastnosti vodiče (TiO, TiN, VN, TiC atd.), vlastnosti polovodičů (PbS, PbSe, PbTe) a dielektrické vlastnosti (NaCl, MgO, CaO, BaO).

Kovové látky mohou také krystalizovat do struktur s nízkými čísly čistoty, například v grafitu. rovná se 4, jako u diamantu.

Nejdůležitější polovodiče tvoří následující struktury:

diamant: Si, Ge, a-Sn;

sfalerit: ZnS, HgS, CdTe, AlP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, SiC, ZnSe, HgSe, ZnTe, HgTe;

měďnatý: Cu 2 O, Ag 2 O;

fluorit: Mg2Si, Mg2Ge;

wurtzit: ZnS, ZnO, CdS, CdSe;

chlorid sodný: PbS, PbSe, PbTe;

Arsenid niklu: VS, VSe, FeS, FeSe.

2.9. Ostrovní, řetězové a vrstvené struktury

Kromě koordinačních struktur, ve kterých jsou meziatomové vzdálenosti mezi všemi strukturními jednotkami stejné (jeden typ vazby), lze v ostrovních, řetězových a vrstvených strukturách (obr. 2.15) rozlišit skupiny atomů, které tvoří „ostrovy“ (molekuly , kontinuálně se rozprostírající v jednom směru (řetězce), nebo nekonečně ve dvou (vrstvy) nebo třech (rámce) rozměrech. Takové struktury jsou molekulární.

Na Obr. Na obrázku 2.15a jsou ostrovní struktury: 1 - lineární, 2 - dvourozměrné (čtvercové), 3 - trojrozměrné (čtyřstěn). Na Obr. Na obrázku 2.15 b jsou znázorněny řetězové struktury: 4 – lineární, 5 – klikaté, 6 a 7 – jednotky oktaedrů a čtyřstěnů.

Obr.2.15. Ostrovní a řetězové struktury

Kontrolní otázky

Která mříž se nazývá jednoduchá nebo složitá?

Jak se liší polykrystal od monokrystalu?

Co znamená zápis: (hkl), (hkl),< hkl>, ?

Jaké hodnoty mohou Millerovy indexy nabývat?

Zapište Millerovy indexy rovin kolmých k hranám krychle.

Zapište Millerovy indexy rovin kolmých k úhlopříčkám stěn krychle.

Zapište Millerovy indexy rovin rovnoběžných s plochami krychle.

Zapište Millerovy indexy směrů kolmých k plochám krychle.

Jaký je rozdíl mezi (110), (110),< 110>, ?

Jaký jev se nazývá polymorfismus?

Co je izomorfismus?

Jak se liší struktura skel od struktury krystalů?

Jaké jsou strukturální rysy amorfních těles?

Jaké struktury jsou klasifikovány jako husté obaly? Jak jsou v nich uspořádány atomy?

Jaký je rozdíl mezi GPU a GCC?

Jaká jsou koordinační čísla v uzavřených obalech?

Kde se nacházejí čtyřstěnné mezery v mřížce fcc?

Kde se nacházejí oktaedrické mezery v mřížce fcc?

Co se nazývá polytypismus?

Jaká je multiplicita základní buňky?

Jaké jsou rozdíly mezi různými typy krychlových struktur?

Nakreslete jednotkové buňky mědi, křemíku, NaCl, CsCl, sfaleritu.

Vysvětlete uspořádání atomů ve wurtzitové mřížce.

Na jakém základě hustého balení je wurtzitová mřížka postavena?

Na základě jakého hustého obalu je sfaleritová mřížka konstruována?

Kolik atomů je v základní buňce wurtzitu?

Jak se vypočítá hustota balení krystalových struktur?

Které krystalové mřížky mají maximální hustotu balení?

Které krystalové mřížky mají minimální hustotu balení?

Jak souvisí hustota balení s koordinačním číslem?

Lze řetězové struktury klasifikovat jako koordinační struktury? Proč?

Jaký je rozdíl mezi řádem na dlouhé a krátké vzdálenosti v pevných látkách?

Krystal se specifickým chemickým vzorcem má vlastní krystalovou strukturu.
Krystalové struktury jsou struktury, které představují periodickou mřížku, ve které jsou atomy umístěny v uzlech. Trojrozměrná krystalová struktura je mřížka postavená na třech souřadnicových osách x, y, z, obecně umístěných pod úhly a, b, g. Translační periody atomů podél os (mřížkové parametry) jsou rovné a, b, c, v tomto pořadí. Elementární buňkou krystalu je rovnoběžnostěn postavený na translačních vektorech a, b, c. Taková buňka se nazývá primitivní.
V důsledku translace jednotkové buňky v prostoru se získá prostorová jednoduchá mřížka - tzv. Bravaisova mřížka. Existuje čtrnáct typů mřížek Bravais. Tyto mřížky se od sebe liší typem jednotkových buněk.

Bravaisovy mřížky jsou rozděleny do sedmi systémů, nazývaných krystalografické systémy, podle sedmi různých typů jednotkových buněk: triklinické, jednoklonné, ortorombické, tetragonální, trigonální, kubické a šestihranné. Tyto jednotkové buňky mohou být buď primitivní, nebo komplexní.
Obrázek ukazuje složité jednotkové buňky.

a) na tělo b) na obličej
c) centrovaný na základnu d) šestiúhelníkový

Zaměřeno na tělo(OC) buňka (obr. a) - obsahuje navíc jeden atom v průsečíku prostorových úhlopříček krychle (nebo v obecném případě rovnoběžnostěnu). V OC krychlové struktuře (BCC) krystalizují kovy jako 23 V, 24 Cr, 26 Fe, 41 Nb, 73 Ta, 74 W (index vlevo dole udává číslo prvku v periodické tabulce prvků D. I. Mendělejeva).
Zaměřený na obličej(GC) buňka (obr. b) - obsahuje navíc jeden atom v rovině každé plochy. V kubické struktuře fcc (fcc) krystalizují kovy 13 Al, 28 Ni, 29 Cu, 47 Ag, 78 Pt, 79 Au atd.
Vystředěný na základnu(BC) buňka (obr. c) - obsahuje jeden atom navíc ve středech protilehlých ploch.
Šestihranná buňka(obr. d) se skládá ze tří primitivních buněk a stejně jako buňka BC obsahuje jeden atom ve středu protilehlých ploch. Mnoho kovů krystalizuje v hexagonální struktuře - 22 Ti, 27 Co, 30 Zn, 39 Y, 40 Zr, 64 Gd, 71 Lu.
Různé krystalografické systémy se od sebe liší tvarem základní buňky: vztahy mezi délkami hran a, b a c a úhly α, β a γ mezi plochami.
V triklinika systému (kde nejsou žádné osy a roviny symetrie), je takovou buňkou rovnoběžnostěn, jehož všechny hrany a úhly nejsou navzájem stejné. V monoklinika- jedná se o šikmý hranol; PROTI kosočtverečné(nebo ortorombický) - pravoúhlý rovnoběžnostěn s nestejnými hranami, v čtyřúhelníkový- pravoúhlý rovnoběžnostěn se čtvercem na jeho základně; PROTI trigonální(romboedrický) - pravoúhlý kosočtverec, jehož strany jsou stejné a úhly jsou stejné, ale odlišné od 90 o a menší než 120 o; PROTI šestiúhelníkový- rovný hranol, jehož základnou je kosočtverec s úhly 120° a 60° a tři buňky tvoří šestiboký hranol; v krychlové soustavě je základní buňkou krychle.

V současné době bylo identifikováno více než tisíc strukturních typů, které však pokrývají pouze několik procent známých krystalových struktur.
V mezinárodní klasifikaci skupin konstrukcí je akceptována tato klasifikace:
A- Prvky;
V- sloučeniny typu AB (například NaCl, CsI);
S- sloučeniny typu AB 2 (CaF 2, Ti02);
D- sloučeniny typu A n B m (Al 2 O 3);
E- sloučeniny tvořené více než dvěma typy atomů bez radikálů nebo komplexních iontů (například CuFeS);
F-struktury sloučenin s di- nebo triatomovými ionty (KCNS, NaHF 2);
G- sloučeniny s čtyřatomovými ionty (CaCO 3, NaClO 3);
H- sloučeniny s pětiatomovými ionty (CaSO 4 .2H 2 O, CaWO 4);
L- slitiny;
S-silikáty.
Odrůdy typů v rámci skupiny jsou rozlišeny čísly.

Pojem konstrukční typ- jedno z kritérií pro podobnost nebo rozdíl ve struktuře krystalů. Obvykle se strukturní typ označuje jako název jedné z látek, které v něm krystalizují. Struktury krystalů patřících ke stejnému strukturnímu typu jsou shodné až do bodu podobnosti. Strukturní typ v krystalografii definuje relativní uspořádání částic (atomů nebo atomových skupin) v krystalu, aniž by udával absolutní vzdálenosti mezi nimi. Chcete-li popsat konkrétní strukturu, musíte zadat typ struktury a parametry struktury.
Mezi nejdůležitější a nejběžnější konstrukční typy patří: měděná struktura ( typ A), wolframová struktura ( typ A 2), struktura hořčíku ( typ A 3), diamantová struktura ( typ A 4), grafitová struktura ( typ A 9), struktura kamenné soli ( typ B1), struktura perovskitu ( typ E 2), struktura spinelu ( typ N 11).

Typ A(Struktura mědi)
Ve strukturním typu mědi krystalizuje mnoho kovů: zlato, stříbro, nikl, hliník, vápník, thorium, olovo atd. Všechny tyto kovy jsou poměrně měkké, tažné a snadno zpracovatelné. Mnohé z nich tvoří souvislé řady pevných roztoků, například Ag-Au, Cu-Au. Intermetalické sloučeniny AuSb, Au 2 Bi, Au 2 Pb, Cu 2 Mg, Bi 2 K, ZrH, TiH aj. mají také strukturu měděného typu.
Jednotková buňka mědi je krychlová, plošně centrovaná. Atomy jsou umístěny ve vrcholech a středech stěn F buňky. V každé buňce jsou 4 atomy. Každý atom je obklopen 12 nejbližšími atomy, koordinační číslo (CN) = 12. Koordinační mnohostěn je kuboktaedr. Struktura má jeden pravidelný systém bodů s násobností 4. Nejhustší vrstvy 1 jsou kolmé ke směrům. Nejhustší kubická třívrstvá výplň....АВСАВС....Vesmírná skupina Fm3m.

Typ A 2(wolframová struktura)
Strukturní typ wolframu (typ bcc kovů) zahrnuje žáruvzdorné kovy: chrom, vanad, molybden, niob, tantal, kobalt, železo, titan, zirkonium, hafnium, alkalické prvky - lithium, sodík, draslík, rubidium, cesium, alkalické zeminy - vápník, stroncium, baryum, aktinidy - uran, neptunium, plutonium. AgZn, Cu 3 Al, CoAl, Cu 5 Sn, LiAg, LiAl, TaH aj. krystalizují z intermetalických sloučenin ve struktuře bcc.
V tělesně centrovaném kubickém wolframovém článku jsou atomy umístěny ve vrcholech a ve středu buňky, tzn. V jedné buňce jsou dva atomy. Struktura bcc není nejbližším uspořádáním atomů. Koeficient kompaktnosti je 0,68. Wolframová vesmírná skupina Im3m.

Typ A3(Struktura hořčíku)
Ve strukturním typu hořčíku krystalizují hexagonální kovy: kadmium, berylium, thalium, titan, nikl, chrom aj. Tato struktura je charakteristická i pro intermetalické sloučeniny AgCd, AgCd 3, AuCd, AuCd 3, CuCd 3, AgZn 3, AuZn 3, NiMo, TiH, W2C atd.
Jednotková buňka hořčíku je elementární primitivní. Středy atomů jsou umístěny ve vrcholech pravidelných šestiúhelníků: ve třech vrcholech - jeden po druhém - atomy horní vrstvy, v dalších třech vrcholech - atomy spodní vrstvy. Základní buňka je postavena na třech translacích, z nichž dva leží v hustě nahromaděné vrstvě atomů a svírají mezi sebou úhel = 120°, třetí je na tuto vrstvu kolmý. Základní buňku lze rovinou rozdělit na dva trigonální hranoly. Ve středu jednoho z hranolů je atom, druhý je volný, zalidněný a prázdné hranoly se navzájem střídají. V každé buňce jsou dva atomy hořčíku.
Každý atom hořčíku je obklopen dvanácti blízkými atomy: šest ve stejné vrstvě, tři v sousední vrstvě nad a tři v sousední vrstvě pod, počet = 12. Husté vrstvy - bazální roviny (0001), šestiúhelníkové, dvouvrstvé balení....AVAVAVAV.... Kovové krystaly s hustě uloženou hexagonální strukturou se nejsnáze deformují podél rovin (0001) a směrů odpovídajících nejhustšímu balení atomů. Koordinační mnohostěn je šestiúhelníkový kuboktaedr. Hořčíková prostorová skupina P63/mmc.

Molekulární krystaly. V uzlech krystalové mřížky jsou neutrální molekuly hmoty, interakční síly mezi nimi jsou způsobeny nepatrným vzájemným posunem elektronů v elektronových obalech atomů. Tyto síly se nazývají van der Waalsovy síly, protože jsou stejné povahy jako přitažlivé síly mezi molekulami, což vede k odchylce plynů od ideálu. Molekulární krystaly jsou např. většina organických sloučenin (parafín, alkohol, kaučuk atd.), inertní plyny (Ne, Ar, Kr, Xe) a plyny CO 2 . O 2, N2 v pevném stavu, led, stejně jako krystaly bromu Br 2, jodu 1 2. Van der Waalsovy síly jsou poměrně slabé, takže molekulární krystaly se snadno deformují.

V některých pevných látkách může probíhat několik typů komunikace současně. Příkladem je grafit (šestihranná mřížka). Grafitová mřížka (obr. 105) se skládá z řady rovnoběžných rovin, ve kterých jsou atomy uhlíku umístěny ve vrcholech pravidelných šestiúhelníků. Vzdálenost mezi rovinami je více než dvojnásobkem vzdálenosti mezi atomy šestiúhelníku. Ploché vrstvy jsou navzájem spojeny van der Waalsovými silami. Ve vrstvě tvoří tři valenční elektrony každého atomu uhlíku kovalentní vazbu se sousedními atomy uhlíku a čtvrtý elektron, který zůstává „volný“, je kolektivizován, ale ne v celé mřížce, jako v případě kovů, ale v rámci jedné vrstvy. . V tomto případě se tedy provádějí tři typy komunikace: homeopolární a metalická - v rámci jedné vrstvy; van der Waals - mezi vrstvami. To vysvětluje měkkost grafitu, protože jeho okraje mohou vůči sobě klouzat.

Rozdíl ve struktuře krystalových mřížek dvou typů uhlíku – grafitu a diamantu – vysvětluje rozdíl v jejich fyzikálních vlastnostech: měkkost grafitu a tvrdost diamantu; grafit je vodič elektřiny, diamant je dielektrikum (bez volných elektronů) atd.

Uspořádání atomů v krystalech je také charakterizováno koordinačním číslem - počtem nejbližších sousedních atomů v krystalové mřížce nebo molekul v molekulárních krystalech stejného typu jako daný atom. Pro obrázek modelu

Tvorba krystalických struktur atomů a iontů využívá systém hustého balení kuliček. Uvážíme-li nejjednodušší případ hustého uložení kuliček stejného poloměru na rovině, dojdeme ke dvěma způsobům jejich uspořádání (obr. 106, a, b). Správné balení je hustší, protože při stejném počtu kuliček je plocha kosočtverce se stranou rovnou straně čtverce menší než plocha čtverce. Jak je vidět z obrázku, rozdíl v obalech je způsoben rozdílem v koordinačních číslech: v levém obalu je koordinační číslo 4, v pravém je 6, tj. s. čím hustší je obal, tím větší je koordinační číslo.

Uvažujme, za jakých podmínek může husté uspořádání koulí v prostoru odpovídat té či oné krystalové struktuře uvedené výše. Začneme budovat mříž z vrstvy kuliček znázorněných na obr. 106, 6. Pro zjednodušení dalšího uvažování promítneme středy kuliček na rovinu, na které leží, a označme je bílými kroužky (obr. 107). Na stejnou rovinu promítneme středy mezer mezi kuličkami, které jsou naznačeny na Obr. 107 s černými kruhy a křížky. Jakákoli těsně zabalená vrstva bude nazývána vrstvou A pokud středy jeho kuliček jsou umístěny nad šedými kruhy, vrstva V- pokud je nad červenými kruhy, vrstvěte S- je-li nad křížky. Nad vrstvou A Položíme druhou těsně zabalenou vrstvu tak, aby každá kulička této vrstvy ležela na třech kuličkách první vrstvy. To lze provést dvěma způsoby: vzít to jako druhou vrstvu, popř V, nebo S. Třetí vrstva „může být opět položena ve dvou atd. Husté balení lze tedy popsat jako sekvenci ABCWAS..., ve kterých vrstvy označené stejnými písmeny nemohou stát vedle sebe.

Z mnoha možných kombinací v krystalografii jsou skutečně důležité dva typy balení: 1) dvouvrstvé balení AVAVAV...- šestiúhelníková uzavřená struktura (obr. 108); 2) třívrstvé balení ABCAVS...- krychlová plošně centrovaná struktura (obr. 109). V obou mřížkách je koordinační číslo 12 a hustota balení je stejná – atomy zaujímají 74 % celkového objemu krystalu. Koordinační číslo odpovídající kubické těleso centrované mřížce je 8 a pro diamantovou mřížku (viz obr. 104) je 4.

Kromě dvou a třívrstvých obalů je možné konstruovat i vícevrstvé s velkou opakovací dobou stejných vrstev, např. AWSVASAVSVAS...- šestivrstvé balení. Existuje modifikace karbidu SiC s periodou opakování 6, 15 a 243 vrstev.

Pokud je krystal postaven z atomů různých prvků, pak může být reprezentován jako hustá shluk kuliček různých velikostí. Na Obr. 110 ukazuje modelový obrázek krystalu kuchyňské soli. Velké ionty chloru (g = 181 pm) tvoří hustou třívrstvou náplň, ve které jsou velké dutiny vyplněny menšími.

velikost podle sodných iontů (g=98 pm). Každý iont Na je obklopen šesti ionty O a naopak každý iont C1 je obklopen šesti ionty Na.

Vady v krystalech

Ideální krystalové struktury diskutované v § 71 existují pouze ve velmi malých objemech skutečných krystalů, ve kterých vždy dochází k odchylkám od uspořádaného uspořádání částic v místech mřížky, nazývaným defekty krystalové mřížky. Vady se dělí na makroskopické, které vznikají při tvorbě a růstu krystalů (například praskliny, póry, cizí makroskopické vměstky), a makroskopické, způsobené mikroskopickými odchylkami od periodicity.

Mikrodefekty se dělí na bodové a lineární. Bodové defekty jsou tří typů: 1) vakance - nepřítomnost atomu v místě krystalové mřížky (obr. 111, A); 2) interdoménový atom - atom; vložené do intersticiálního prostoru (obr. 111, 6); 3) atom nečistoty - atom nečistoty, nebo substituční atom hlavní látky v krystalové mřížce (substituční nečistota, obr. 111, PROTI), nebo zavedena do intersticiálního prostoru (příměs introdukce, obr. 111, b; jen v mezerách místo atomu hlavní látky je atom nečistoty). Bodové defekty narušují v krystalech pouze řád na krátké vzdálenosti, aniž by to ovlivnilo řád na dlouhé vzdálenosti - to je jejich charakteristický rys.

Lineární vady narušují řád na dlouhé vzdálenosti. Jak vyplývá z experimentů, mechanické vlastnosti krystalů jsou z velké části určovány defekty speciálního typu - dislokacemi. Dislokace jsou lineární defekty, které narušují správné střídání atomových rovin.

Dochází k dislokaci hrany a šroubu. Pokud se jedna z atomových rovin zlomí uvnitř krystalu, pak okraj této roviny tvoří okrajovou dislokaci (obr. 112, A). V případě šroubové dislokace (obr. 112, b) se žádná z atomových rovin uvnitř krystalu neporuší a samotné roviny jsou pouze přibližně rovnoběžné a blízko sebe, takže krystal se ve skutečnosti skládá z jedné atomové roviny zakřivené podél povrchu šroubu.

Hustota dislokací (počet dislokací na jednotku plochy povrchu krystalu) pro dokonalé monokrystaly je 10 2 -10 3 cm -2, pro deformované krystaly - 10 10 -10 12 cm - 2 . Dislokace se nikdy nelámou, buď vystupují na povrch, nebo se větví, takže ve skutečném krystalu vznikají plošné nebo prostorové sítě dislokací. Dislokace a jejich pohyb lze pozorovat jak pomocí elektronového mikroskopu, tak i metodou selektivního leptání - v místech, kde se dislokace dostává na povrch, vznikají leptací jamky (intenzivní destrukce krystalu pod vlivem činidla), „projevující se “dislokace.