ВИДЫ СВЯЗИ В КРИСТАЛЛАХ ВНУТРИ МОЛЕКУЛЫ

Типы связей в кристаллах

При образовании твердого тела из отдельных атомов про­исходит перераспределение электронов атомов. Характер перестройки электронных оболочек определяется природой взаимодействующих атомов.

Можно считать, что в образовании межатомных связей принимают участие в основном валентные электроны. В ре­зультате перераспределения электронов возникают силы, удерживающие атомы (ионы) на определенном расстоянии друг от друга. Расположение частиц (атомов, ионов) кри­сталла зависит от характера и величины сил, действующих между ними. Частицы располагаются в узлах решетки так, чтобы полная энергия их взаимодействия принимала мини­мальное значение.

Главную роль в связи атомов (ионов) кристаллов играют кулоновские силы, роль магнитных взаимодействий весьма незначительна, гравитационных — ничтожна.

Различные распределения электронов обуславливают ка­чественно различные типы связей в кристаллах. Важнейшей величиной, характеризующей связь, является удельная энер­гия связи. Энергия связи численно равна работе, которую необходимо совершить, чтобы удалить частицу из кристалла. Она изменяется для разных типов связи от 0,1 до 10 эВ на одну молекулу.

При образовании кристалла сильной деформации подвер­гаются лишь внешние электронные оболочки атома, внутрен­ние остаются неизменными даже при сильных внешних воз­действиях на кристалл. Поэтому, рассматривая строение кристалла, говорят об ионном остове (ядро вместе с электро­нами внутренних оболочек) и внешних валентных электронах. Ионные остовы, имеющие положительный заряд, отталкива­ются друг от друга. Силы притяжения между остовами и электронами связывают их друг с другом, образуя кристалл.

Рассматривая различные возможные типы сил связи, можно сделать обобщения относительно свойств и поведения кристаллов.

Ионная связь.
Эта связь возникает в результате отрыва электрона от одного атома и присоединения его к другому. Типичными представителями этой связи являются соединения щелочных металлов с галогенами. У атома щелочного метал­ла все электронные оболочки окажутся замкнутыми, если он потеряет «лишний» единственный валентный электрон; у атома галогена не хватает одного электрона, чтобы все элек­тронные оболочки оказались замкнутыми. При таком элект­ронном обмене возникшие ионы можно рассматривать как правильные сферы разных размеров. Сферическая симметрия электростатического поля обуславливает отсутствие направ­ленности связей. Каждый ион поэтому стремится окружить себя возможно большим числом ионов противоположного знака. Таким образом, число ближайших соседей иона (сле­довательно, и тип структуры решетки) зависит от его раз­мера; ионы упаковываются в решетку по принципу наиболее плотной упаковки.

На рис. 23.4 изображена решетка с ионной связью — со­единение NaCl — и показано расположение ионов Na+ и Сl­­­ ^–
и плоскостях решетки. Положительные ионы Na+ обозначены крестиком (+), анионы Сl­­­ ^–
— минусом (—). Ионная связь очень прочная — до 10 эВ на мо­лекулу, для NaCl энергия связи составляет 7,9 эВ. Кристаллы с ионной связью обладают низкой прочностью, высокой твердостью, так как энергия связи обратно пропорциональна расстоянию ме­жду ионами. Низкая электропро­водность (являющаяся ионной) слабо растет с повышением тем­пературы.

Ковалентная (гомеополярная) связь.
Эта связь возникает между двумя атомами за счет образования общей пары валентных электронов (по одному от каждого атома).

В узлах кристаллической решетки располагаются нейт­ральные атомы. Силы притяжения между атомами (носящие электрический характер) возникают за счет концентрации электронного облака вдоль прямых, соединяющих соседние ядра атомов, и поэтому носят направленный характер. Каж­дый валентный электрон атома может обеспечить связь толь­ко с одним соседним атомом, поэтому число соседей, с кото­рыми может быть связан данный атом, равно его валентно­сти. На рис. 23.5 приведена схема ковалентных связей кри­сталла германия. Четыре валентных электрона атома Ge (на рис. 23.5 они обозначены точками), обобществлены с электронами четырех ближайших соседей (по одному электрону от каждого атома на одну валентную связь). В резуль­тате такого обобществления (по 8 электронов на оболочке) электронов валентные оболочки атомов оказываются запол­ненными.

Ковалентная связь может быть не только между одина­ковыми атомами (Si, Ge, С), но и между атомами различных элементов (например, со­единения SiC, AlN). Ко­валентная связь силь­ная — до 10 эВ/мол. Кри­сталлы характеризуются высокой прочностью, вы­сокой температурой плавления.

У многих элементов наблюдается полимор­физм — один и тот же элемент может образовы­вать несколько кристал­лических структур (в за­висимости от давления и температуры). Яркие примеры полиморфизма — алмаз и графит; β — олово (белое) и α — олово (серое). Сопоставление физи­ческих свойств алмаза и графита (соответственно: плотности 3,5∙10 ³
кг/м ³
и 2,1∙10 ³
кг/м ³
; прозрачный и непрозрачный; твер­дый и мягкий, диэлектрик и проводник) показывает, насколь­ко велика роль структуры кристалла в проявлении его физи­ческих свойств.

Столь же резко различаются свойства белого и серого олова. Белое олово — типичный металл, атомы в узлах решет­ки удерживаются силами металлической связи (см. ниже); серое олово — полупроводник, имеет кристаллическую струк­туру с ковалентной связью.

Металлическая связь.
Эта связь образуется в результате обобществления (коллективизации) валентных электронов всех атомов кристалла. В узлах кристаллической решетки металла располагаются положительные ионы. Валентные электроны, не связанные с определенным атомом, способны передвигаться по всему объему металла, образуя «электрон­ный газ». Этот отрицательно заряженный газ «цементирует» положительные ионы под влиянием двух противоположных факторов: стягивающего действия коллективизированных электронов и сил отталкивания между ионами, последние рас­полагаются на некотором равновесном расстоянии друг от друга, соответствующем минимуму потенциальной энергии та­кой системы частиц.

Кристаллы с металлической связью достаточно прочны, обладают высокой электро- и теплопроводностью. Металли­ческая связь несильная, ее энергия около 1 эВ/атом.

Молекулярная связь.
В кристаллах с молекулярной связью в узлах кристаллической решетки располагаются молекулы (атомы), причем расстояние между молекулами значительно превосходит их размеры. Молекулярная связь возникает за счет сил взаимодействия собственных или индуцированных при взаимной поляризации электрических моментов (электри­ческий момент диполя — системы двух равных противополож­ных зарядов q,
находящихся на расстоянии l
друг от друга, равен p = ql
) .
Силы взаимодействия между диполями назы­вают силами Ван-дер-Ваальса. Эти силы короткодействующие, пропорциональные l ^-7
.

На рис. 23.6 изображена примерная структура кристалла йода. Молекула йода изображена в виде диполя, один конец которого имеет положительный заряд (черный шарик), другой — отрицательный (белый шарик). Центры молекул, находящихся в узлах, совпадают с узлами ром­бической гранецентрированной решетки.

Взаимодействие Ван-дер-Ва­альса слабое, оно характеризу­ется энергией связи порядка 0,1 эВ/мол. Кристаллы с молекулярной связью имеют низкую температуру плавления, легко разрушаются, практически не проводят ток.

Водородная связь.
В особый вид межмолекулярного взаи­модействия выделяется водородная связь благодаря некото­рым уникальным свойствам атома водорода: малости ядра (протон в 10 ⁵
раз меньше любого другого ионного остатка); большой энергии, необходимой для ионизации атома, нако­нец, тем, что атому нехватает одного электрона для устойчи­вой конфигурации двухэлектронной оболочки атома (по типу гелия). Эти свойства и обуславливают особую роль водорода при образовании кристаллических структур: атом водорода при образовании кристалла не теряет электрон (как щелоч­ные металлы), а делится им с другим атомом и благодаря своей малости как бы «прилипает» к поверхности больших отрицательных ионов. В результате возникают структуры, ко­торые не могут быть образованы никакими другими положи­тельными ионами.

На рис. 23.7 показана водородная связь (символизируется точками) между двумя молекулами А и В (R — углеводород­ный радикал). Атом водорода, химически связанный (связь изображена сплошной линией) с молекулой А, одновременно взаимодействует с атомом кислорода молекулы В. Та­кая связь может быть как одинарной (рис. 23.7, а), так и двойной (рис. 23.7,6).

Водородная связь между молекулами воды побуждает их ассоциироваться в группы из двух, четырех или восьми молекул, что и обуслав­ливает аномальные физические свойства воды и льда.

На рис. 23.8 две молекулы воды А и В соединены водо­родной связью. На рис. 23.9 атом кислорода молекулы воды А соединен через атомы водорода с четырьмя другими ато­мами кислорода молекул В. В результате каждая из молекул воды А взаимодействует с четырьмя соседними молекула­ми В.

Свойства сегнетоэлектриков, структура белковых молекул и многих веществ обусловлены водородными связями моле­кул. Очень важна эта связь в биологических процессах, так как водородные связи легко возникают и рвутся. ( Свойства протеинов и нуклеиновых кислот объясняются водородной связью.)

Энергия водородной связи около 0,5 эВ/атом.

Типы химических связей в кристаллах
. В зависимости от природы частиц и от характера сил взаимодействия различают четыре вида химической связи
в кристаллах: ковалентную, ионную, металлическую и молекулярную.

Кристаллы с ковалентной связью диэлектрики
или полупроводники
. Типичными примерами атомных кристаллов могут служить алмаз
, германий
и кремний
.

В узлах кристаллической решётки помещаются положительно и отрицательно заряженные ионы
.

Силы взаимодействия между узлами являются в основном электростатическими (кулоновскими). Связь между такими частицами называется гетерополярной или ионной.

Кристаллы с ионной связью при низких температурах являются диэлектриками. При температурах близких к температуре плавления они становятся проводниками электричества. Примером кристаллов с ионной решёткой являются кристаллы каменной соли
(NaCl).

Особый тип связи, характерный для металлов
и металлидов
. Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы
металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся валентные электроны
, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа
(например, 12 или 8). Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро-
и теплопроводность
.

Большинство металлов имеет кристаллические решётки одного из трёх типов: кубическую объёмно-центрированную, кубическую гранецентрированную и, так называемую, плотную гексагональную.

В узлах кристаллической решётки помещаются определённым образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности. По этой причине их называют ван-дер-ваальсовскими силами
.

Для кристаллов с молекулярными связями характерны низкие температуры плавления и высокая сжимаемость.

Особая разновидность молекулярной связи — водородная связь
. При определённых условиях атом водорода
может быть связан довольно прочно с двумя другими атомами. Имея лишь одну стабильную орбиталь, атом водорода способен образовывать только одну ковалентную связь
. Эта связь может, однако, резонировать между двумя положениями. Наибольшее значение имеют те водородные связи, которые образуются между двумя сильно электроотрицательными атомами
, в особенности между атомами азота
, кислорода
и фтора
.

Водородные связи, образуемые молекулами воды
, обусловливают удивительно высокие точки плавления льда
и кипения воды, существование максимума плотности воды, расширение воды при замерзании. Многие особые свойства неорганических и органических молекул, например димеризация
жирных кислот, объясняются образованием водородных связей. Водородная связь — особенно важная структура белков особенность белков
и нуклеиновых кислот
.

Молекулярные связи образуют, например, следующие вещества: H ₂
, N ₂
, O ₂
, CO ₂
, H ₂
O.

Типы химической связи — это удобное упрощение. Более точно поведение электрона в кристалле описывается законами квантовой механики
. Говоря о типе связи в кристалле
, необходимо иметь в виду следующее:

• связь между двумя атомами никогда полностью не соответствует одному из описанных типов. В ионной связи всегда присутствует элемент ковалентной связи и т. п.
• в сложных веществах связь между разными атомами может быть разного типа. Так например, в кристалле белка связь в молекуле белка ковалентная, а между молекулами (или разными частями одной молекулы) водородная.

В этой статье рассмотрены различные типы связей в кристаллах и их влияние на структуру и свойства кристаллов, а также приведены примеры кристаллов с разными типами связей.

По типу связей различают
пять классов кристаллов.

1. Кристаллы
   молекулярные
   
   (с Ван-дер-Ваальсовыми
   связями). Энергия связи в таких кристаллах
   имеет значения порядка величины 10 ³
   
   ÷10 ⁴
   Дж/моль. Примерами таких
   кристаллов являются кристаллы
   затвердевших инертных газов- неона,
   аргона, криптона, ксенона.

2. Кристаллы с
   ковалентной связью.
   
   Взаимодействие
   между частицами в таких кристаллах
   обусловлено тем, что два электрона
   принадлежат одновременно двум атомам.
   Энергия связи в таких кристаллах имеет
   значения порядка величины 10 ⁵
   ÷10 ⁶
   
   Дж/моль. Примерами таких кристаллов
   являются кристаллы кремния, алмаза.

3. Кристаллы с
   водородной связью.
   
   Эта связь
   обусловлена наличием водорода в
   веществах. Она слабее ковалентной.
   Энергия связи в таких кристаллах имеет
   значения порядка величины 10 ⁴
   Дж/моль.
   Примерами таких кристаллов являются
   кристаллы льда, вещества
   КН ₂
   РО-сегнетоэлектрика, применяемого
   в устройствах обработки информации,
   фтороводорода НF, синильной
   кислоты НСN, фторида
   аммонияNH ₄
   Fи др.

4. Кристаллы с
   ионной связью.
   
   Эта связь обусловлена
   взаимодействием ионов. Энергия связи
   в таких кристаллах имеет значения
   порядка величины 10 ⁵
   ÷10 ⁶
   Дж/моль.
   Примерами таких кристаллов являются
   кристаллы поваренной солиNaCl,
   фторида литияLiF.

5. Кристаллы с
   металлической связью.
   
   В металлах
   все валентные электроны слабо связаны
   с остовами атомов (положительными
   ионами, находящимися в узлах кристаллической
   решётки) и обобществлены, так что нельзя
   определить какой валентный электрон
   к какому остову относится. Валентные
   электроны в металлах уподобляют
   идеальному электронному газу, заполняющему
   пространство между узлами кристаллической
   решётки, в которых находятся положительные
   ионы. Энергия связи в таких кристаллах
   имеет значения порядка величины 10 ⁴
   
   ÷10 ⁵
   Дж/моль. Примерами таких
   кристаллов являются кристаллы всех
   металлов.

В
кристаллах также возможны смешанные
связи.

3 Дефекты в кристаллах

Реальные кристаллы
отличаются от идеальных нарушением
строгого порядка в кристаллической
решётке. Нарушение строгого порядка
может быть вызвано разными причинами.
Говорят, что в кристаллах есть дефекты.
Дефекты

можно разделить на
точечные, линейные (дислокации),
поверхностные и объёмные.

Примеси оказывают
влияние на физические свойства кристаллов,
например, полупроводники с донорными
или акцепторными примесями обладают
примесной проводимостью наряду с
собственной проводимостью.

Дефекты по Шоттки

— отсутствие частицы в каком-нибудь узле
кристаллической решётки (вакансия в
узле).

Дефекты
по Френкелю

представляют собой
наличие частицы в междоузлии, которая
оказывается там, покинув своё место в
одном из узлов. В этом случае образуется
пара дефектов (пара Френкеля), так как
пустой узел и наличие лишней частицы в
междоузлии в равной мере приводят к
нарушению строгого порядка.

Линейные дефекты

или дислокации можно разделить на
краевые и винтовые.

Краевые дефекты

проявляются в наличии края «лишней»
атомной плоскости.

Винтовые дислокации

представляют собой винтовую линию,
образованную из частиц кристалла.

Поверхностные
дефекты

– это дефекты, проявляющиеся
на плоскости. К ним относятся поверхность
самого кристалла, границы между отдельными
частями кристалла, по-разному
ориентированными, границы между
кристаллами в поликристалле.

Объёмные
дефекты

– это дефекты, проявляющиеся
в трёхмерном пространстве. К ним относятся
поры и трещины в кристаллах.

Все
дефекты влияют на физические свойства
кристаллов, такие как прочность,
электропроводность, теплопроводность
и другие.

Типы химической связи в кристаллах.

Все
рассмотренные нами типы химических
связей реализуются в кристаллах природных
тел: ковалентная (алмаз, кремний), ионная
(NaCl,
BaSO ₄
),
металлическая (все металлы), водородная
(водяной лёд, борная кислота H ₃
BO ₃
),
межмолекулярное Ван-дер-Ваальсовское
взаимодействие (I ₂
,
СH ₄
).

Структура
льда с водородными связями

Часто
структура связей оказывается смешанной,
например, ковалентная полярная и ионная
(кварц, рутил).

Кристаллы с
ковалентными связями обладают, как
правило, высокой прочностью и температурой
плавления, но малой электро и
теплопроводностью.

Кристаллы
с ионной связью также достаточно прочны
и тугоплавки, также плохо проводят
электрический ток и тепло. К тому же они
хрупки – ударные деформации нарушают
баланс электрических сил и возникающее
электростатическое отталкивание
разрушает кристалл.

Кристаллы с
металлической связью прочны, хорошо
проводят электрический ток и тепло,
пластичны. Последнее объясняется тем,
что при сдвиге атомов из узлов не
приходится разрывать направленные
ковалентные связи, а наличие свободных
электронов не дает нарушить баланс
электрических сил.

Кристаллы с
водородными и Ван-дер-Ваальсовскими
связями обладают невысокой прочностью
и низкой температурой плавления.

Элементы симметрии, кристаллографические системы.

Изучением внутреннего строения и формы
кристаллов занимается кристаллография.
По своей сути – это раздел математики,
связанный со стереометрией и топологией.

Кристаллические решетки описываются
в специальных кристаллографических
координатных осях:

Задав
6 параметров – отрезки а,b,c
и углы

получают параллелипипед, который
называется элементарной ячейкой, а
параметры – параметрами решетки.

Сдвиг
элементарной ячейки по оси на величину
a,b,c
соответственно, называется трансляцией
элементарной ячейки.

Дадим
теперь строгое определение понятию
кристалла. Кристалл
– это часть пространства, занятая
параллельными трансляциями элементарной
ячейки.

В
зависимости от значений параметров
решетки у кристаллов появляются различные
элементы симметрии – центр, оси,
плоскости.

Доказано,
что существует 7 различных
сочетаний
параметров решетки, которые называются
сингониями(вместе+углы):

гексагональная
(изображены три элементарные ячейки,
дающие гексагональную призму)

Элементарная кристаллическая ячейка кубической системы и её характеристики

Различные типы
элементарных ячеек могут по-разному
заполняться физическими элементами
кристалла – атомами, молекулами, ионами.
О. Браве ¹⁰

доказал, что при учете таких элементов
симметрии как центр, оси и плоскости,
существуют 14 типов решеток, которые
называются решетками Браве.

Ячейки описываются
следующими характеристиками:

1. n — число
   формульных единиц, необходимых для
   построения решетки.

2. d — кратчайшее
   расстояние между структурными единицами
   в решетке. d=r ₁
   +r ₂
   
   . Для металлов d=2r _a
   ,
   где r _a

   – радиус атома.

3. К — координационное число
   (число структурных единиц, находящихся
   на кратчайшем расстоянии от данного
   узла.

Рассмотрим
некоторые из них.

Элементарными
ячейками кубической сингонии являются:

Мы
рассмотрели эти типы элементарных
ячеек, поскольку именно они характерны
для многих солей и всех металлов –
основных конструкционных материалов,
с которыми приходится иметь дело
современному инженеру. ¹¹

Для
ячеек кубической сингонии можно получить
следующие соотношения, связывающие
параметры решетки с физическими
свойствами кристалла:

V

= a
³

= m
/ 

=
,

Где V
—

объём элементарной ячейки, m

– масса элементарной ячейки, 

—
плотность вещества, Z

– число формульных единиц, M

– молярная масса вещества, N
_A


– число Авогадро.

Величина
Z
определяется из
знания величины n и
химической формулы вещества. Например,
поваренная соль (хлорид натрия NaCl),
кристаллизуется в решетке ПК. Но не
следует думать, что она столь проста,
как изображена на приведенном выше
рисунке. Такая решетка имеет место при
условии, что в ее узлах находятся
одинаковые
частицы. Тогда такая
элементарная ячейка удовлетворяет
свойству трансляции. В случае же
поваренной соли в соседних узлах
находятся разные
частицы – ионы
натрия Na ⁺
и хлора
Cl ^—
соответственно.
Возможностью трансляции в кристалле
NaCl обладает «удвоенная»
по каждой оси кубическая структура,
состоящая из 8 ячеек, необходимых в
случае одинаковых частиц. При этом нужно
учесть, что частицы, находящиеся на
середине ребер куба принадлежат
элементарной ячейке только на ¼ часть.
В результате получаетя ячейка, у которой
n=8, а Z=4.
Значит, в состав трансляционной
элементарной ячейки кристалла поваренной
соли входят 4 формульной единицы NaCl
(4 иона натрия и 4 иона хлора в сумме и
дают 8 частиц, необходимых для построения
такой ячейки).

Кристаллическая
упорядоченность структуры конденсированных
фаз может проявляться и в жидком
состоянии. ¹²

Разумеется,
рассмотренные нами закономерности
относятся к идеальной модели. Реальные
кристаллы гораздо богаче по своим
свойствам и это делает кристаллографию
не столько разделом математики, но,
прежде всего, междисциплинарным разделом
химии и физики. ¹³

На
следующей лекции мы переходим к
рассмотрению элементов химической
термодинамики.

¹


О связи
электроотрицательности и степени
ионности связей можно прочесть здесь
http://www.hemi.nsu.ru/text134.htm

²


Поскольку
каждый атом участвует в образовании
большего числа связей, чем, например, в
двухатомной молекуле при том же числе
валентных электронов, то минимум энергии
системы (или максимум энергии связи)
достигается при расстояниях больших,
чем в случае двухцентровой связи в
молекуле. Поэтому межатомные расстояния
в металлах заметно больше, чем в
соединениях с ковалентной связью
(металлический радиус атомов всегда
больше ковалентного радиуса).

См. о нем
http://www.alhimik.ru/great/van_der_vaals.html

⁴


Подробнее об этих
силах см. здесь (стр. 49 – 54)

⁵

Большое
сродство жидкого аммиака к ионам Н ⁺

позволяет провести эффектный опыт по
«пластификации» дерева. Дерево в основном
состоит из целлюлозы: длинные полимерные
цепи молекул целлюлозы соединяются
между собой с помощью водородных связей
между гидроксильными группами –OH
(иногда их называют водородными
мостиками). Одна водородная связь
довольно слабая, но так как молекулярная
масса целлюлозы достигает 2 миллионов,
а мономерных звеньев (глюкозных остатков)
в молекуле свыше 10 тысяч, длинные молекулы
целлюлозы сцеплены друг с другом очень
прочно. Жидкий аммиак с легкостью
разрушает водородные мостики, связывая
ионы водорода в ионы NH ₄
⁺
,
и в результате молекулы целлюлозы
приобретают способность скользить
относительно друг друга. Если деревянную
палочку опустить на некоторое время в
жидкий аммиак, то ее можно гнуть как
угодно, как будто она сделана не из
дерева, а из алюминия. На воздухе аммиак
через несколько минут испарится, и
водородные связи снова восстановятся,
но уже в другом месте, а деревянная
палочка вновь станет жесткой и при этом
сохранит ту форму, которую ей придали.

⁶


О других аномалиях воды,
связанных с водородной связью, см.

⁷


Когда силами
Ван-дер-Ваальса можно пренебречь
совершенно, мы имеем дело с идеальными
газами,
подчиняющимися
закону состояния идеальных газов
Клапейрона-Менделеева.

Бенуа
Поль Эмиль Клапейрон

о нем см.
http://www.krugosvet.ru/articles/11/1001111/1001111a1.htm

Это
уравнение имеет вид:

где
P-
давление, V-
объем, m
– масса, M-
молярная масса, R-
универсальная газовая постоянная, T-
абсолютная температура.

В
технике, однако, часто приходится
встречаться со случаями, когда
межмолекулярные взаимодействия (силы
Ван-дер-Ваальса) приходится учитывать
и тогда необходимо применять другие
уравнения состояния для реальных газов
(самое распространенное – уравнение
Ван-дер-Ваальса:

p
— давление газа,
V
—
объем, занимаемый данным количеством
молей

газа,
n
— количество молей,
R

— универсальная
газовая постоянная,
T

— абсолютная
температура,
a, b
—
константы Ван-дер-Ваальса, подбираемые
для разных газов эмпирически по величинам
отклонений от идеального поведения.

Они рассчитываются на 1 моль газа.
Их численные значения можно найти в
специальных таблицах (см., например,
здесь:
http://www.chem.msu.su/rus/teaching/realgases/chap1.html

)

⁸

Более подробно о жидком состоянии см.
http://www.cnshb.ru/scripts/sw/cgi_4.exe?CM=cgi4_2&PRM=a=http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/R7/030011.shtm,query=,ret=default.htm,cgi=http://www.cnshb.ru/scripts/sw/cgi_4.exe

и
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

и http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1180747&s
=
).

⁹

Элементарной ячейкой гексагональной
сингонии является ячейка с гексагональной
плотнейшей упаковкой (ГПУ). Обычно
изображают 3 ячейки, образующие
гексагональную призму:

Для
ячейки ГПУ, учитывая ее геометрию, можно
записать соотношения между объёмом
элементарной ячейки V,
параметром решетки а, массой ячейки m,
плотностью кристалла 
,
молярной массой формульной единицы M,
числом формульных единиц Z
и числом Авогадро N _A
:

V
= a
³
/

= m
/ 

=

о нем см.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B5%2C_%D0%9E%D0%B3%D1%8E%D1%81%D1%82

.

¹¹


Более подробно с этими и другими
элементарными ячейками можно познакомиться
здесь
http://www.sinp.msu.ru/~np_chair/NP_Chair/crystal/crystal2.htm

¹²


Понятие
о жидких кристаллах.

Некоторые органические
вещества, имеющие в своем составе длинные
полярные молекулы, при определенной
температуре упорядочивают свою внутреннюю
структуру и становятся жидкими
кристаллами.

Нематические жидкие
кристаллы имеют молекулы, ориентированные
в определенном направлении в пространстве:

Смектические жидкие кристаллы
«собирают» ориентированные молекулы
в слои:

Холестерические
жидкие кристаллы состоят из слоев,
молекулы в которых упорядочены, подобно
смектическим кристаллам, но направления
осей ориентации в слоях сдвинуты на
небольшой угол:

Жидкие
кристаллы под воздействием внешнего
электрического и магнитного полей легко
меняют ориентацию оси симметрии и,
благодаря этому, свои оптические
свойства. Это их свойство широко
применяется в технике для создания
различного вида дисплеев и мониторов.
Подробнее об этом см. здесь
http://itc.ua/article.phtml?ID=1457
.

Соседние файлы в папке Лекции по химии

Мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеет

Под стро­е­ни­ем ве­ще­ства по­ни­ма­ют, из каких ча­стиц мо­ле­кул, ионов, ато­мов по­стро­е­на его кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка. Не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми. Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO ₂
, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe ₃
C, TaC, крас­ный и чер­ный фос­фор. В эту груп­пу вхо­дят ве­ще­ства, как пра­ви­ло, твер­дые и ту­го­плав­кие ве­ще­ства.

Ве­ще­ства с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, чем все осталь­ные ве­ще­ства. По фор­му­ле не­об­хо­ди­мо опре­де­лить тип связи в ве­ще­стве, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки. Оксид крем­ния (IV)  — связи ко­ва­лент­ные, ве­ще­ство твер­дое, ту­го­плав­кое, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка атом­ная. Нит­рат бария и хло­рид на­трия ве­ще­ства с ион­ны­ми свя­зя­ми  — кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка ион­ная. Оксид уг­ле­ро­да (II) это газ в мо­ле­ку­ле ко­ва­лент­ные связи, зна­чит, это пра­виль­ный ответ, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка мо­ле­ку­ляр­ная.