5.Гомодесмические и гетеродесмические структуры

По характеру химической связи структуры делятся на гомодесмические (изодесмические) и гетеродесмические.

Гомодесмическими или изодесмическими (от греч. гомо – одинаковый и десмос – связь) называются структуры, в которых все атомы связаны друг с другом близкими по типу химическими связями и их координационные числа одинаковы или близки. При этом химическая связь необязательно проявляется в чистом виде, например связь в кристалле ZnS ковалентная со значительной долей ионности связи. Гомодесмические структуры имеют металлы, ионные вещества – хлорид натрия NaCl, шпинель MgAl2O4, ковалентные – алмаз С. Структурные единицы таких кристаллов – атомы или ионы, образующие трехмерную сетку приблизительно равноценных связей.

Гомодесмические структуры делятся на два основных вида: координационные и каркасные. В первых координация атомов одинакова (NaCl) или приблизительно одинакова (шпинель MgAl2O4) во всех направлениях. Во втором случае одинаковые структурные группировки образуют пространственную ажурную решетку, в которой имеются сравнительно большие пустоты (например, SiO4 – тетраэдры в кварце). Координационные структуры состоят из атомов, равномерно распределенных по всему кристаллическому пространству, при этом атомы не образуют каких-либо группировок. Такие структуры характеризуются одинаковыми межатомными расстояниями.

Гетеродесмическими или анизодесмическими (от греч. гетеро – разные и десмос – связь) называются структуры, в которых атомы в кристалле связаны разными типами химической связи. В таких кристаллах образуются обособленные устойчивые группировки атомов. Примеры: молекулярные органические кристаллы (внутри молекулы прочные ковалентные связи, между молекулами слабы силы Ван-дер-Ваальса), в неорганических кристаллах прочные структурные группировки составляют анионы типа SiO42-, CO32-, SO42- или молекулы СО2, I2 и другие. Эти группировки пространственно ограничены во всех трех измерениях. Структуры, в которых отчетливо выделяются устойчивые группировки, называются островными.

6. Плотнейшая упаковка, координационные числа, координационные многогранники

Плотнейшая упаковка – это такая упаковка частиц, в которой пустотные пространства между ними являются минимальными (для устойчивости кристаллической структуры требуется условие минимума ее потенциальной энергии).Если допустить что частицами являются сферы, то максимальной плотной упаковкой считается та, в которой расстояние между центрами 2х частиц равно двум радиусам этих частиц. Выделяют ПГУ и ПКУ.

ПГУ: Шары одинакового радиуса в одном слое максимально плотно можно уложить единственным способом: каждый шар окружен в слое шестью ближайшими соседями, между ним и его соседями имеются треугольные промежутки (слой А).

Второй плотно упакованной слой тоже можно получить единственным способом: шары лягут в промежутке, обозначенные треугольниками (слой В), у каждого верхнего шара будут три одинаковых соседа в нижнем слое и, наоборот, каждый нижний шар будет соприкасаться с тремя верхними.

В гексагональной упаковке шаров третий слой точно повторяет первый, и упаковка оказывается двухслойной и запишется как чередование двух слоев А и В: АВ АВ АВ ….

ПКУ: В кубической упаковке шаров шары третьего слоя (слой С) находятся над пустотами первого, вся упаковка трехслойная, повторение мотива наступает в четвертом слое, в буквенном обозначении запишется как АВС АВС АВС ….

Каждый слой расположен между двумя разными слоями (слой А – между слоями В и С, слой В – между слоями А и С, слой С – между слоями А и В). Таким образом, верхний и нижний слой относительно центрального оказываются развернутыми относительно друг друга на 60 °. Каждый шар имеет 12 соседей (4 шара в том же слое, 4 сверху и 4 снизу), то есть координационное число равно 12.

Координационное число - характеристика, которая определяет число ближайших равноудаленных одинаковых частиц (ионов или атомов) в кристалле. (ЧИСЛО СОСЕДНИХ ЧАСТИЦ). Прямые линии, соединяющие центры ближайших атомов или ионов в кристалле, образуют координационный многогранник, в центре которого находится данный атом. Например, КЧ=2 (прямая), КЧ=3 (треугольник), КЧ=4 (тетраэдр), КЧ=6 (октаэдр), КЧ=8 (куб) и др.