Молекулярные кристаллы

В узлах кристаллической решетки находятся устойчивые молекулы, которые сохраняют индивидуальность не только в газообразной, но и в жидкойи твердойфазахМолекулы удерживаются в узлах решетки довольно слабымивандерваальсовымисилами, природа которых сводится квзаимо-- действию между молекулярными диполями.

Различают три вида взаимодействия молекул, связанных силами Ван-дер-Ваальса.

1. Если молекулы данного вещества являются электрическими диполями, то силы электростатического взаимодействия между ними

будут стремиться расположить молекулы в определенном порядке, которому соответствует минимум потенциальной энергии системы (рис. 1.29). Такой тип взаимодействия полярных молекул, зависящий от их ориентации, называется ориентационным.Тепловое движение молекул стремится нарушить упорядоченное расположение молекул, поэтому энергияориентационноговзаимодействия уменьшается с повышением температуры.*

2. Неполярныёмолекулы некоторых веществ обладают высокой поляризуемостью, поэтому под влиянием внешнего электрического поля (например, при приближении полярной молекулы) у таких молекул возникает наведенный (индуцированный) электрический момент. При сближении такие индуцированные диполи будут взаимодействовать друг с другом аналогично взаимодействию жестких диполей. Такое взаимодействие называютиндукционнымилиполяризационным.Энергия индукционного взаимодействия не зависит от температуры

3. Возможен другой вид взаимодействия между нейтральными молекулами, получивший название дисперсионного.(рис.1.30,а).

Вообще, в молекулярных,кристаллах могут одновременно проявляться все три вида взаимодействия.. Большая доля энергии взаимодействия приходится наориентационныйи дисперсионный эффекты и меньшая — на индукционный. .

Силы Ван-дер-Ваальса являются более короткодействующими, чем кулоновскнесилы.Кулоновскиесилы пропорциональны г"², авандерваальсовысилы пропорциональныr⁷.

Геометрия молекулярных кристаллов может быть очень сложной, гак как она должна соответствовать принципу плотной упаковки молекул, форма которых может быть самой разнообразной.

.

К линейным (одномерным) дефектамкристаллической решетки относятсядислокации

(в переводе на русский язык слово«дислокация» означает «смещение»).

Простейшими видами дислокацииявляются-краеваяивинтоваядислокации

. Частицы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, даже в первом

приближении нельзя уподобить шарам или сплюснутым сфероидам, как это делается для ионных, ковалентныхи металлических кристаллов.

. На рис. 1.3.1 показана структура одного из простейших молекулярных кристаллов — углекислого газа (сухого льда). Темные шары—атомы углерода, белые—кислорода. Центры атомов кислорода и углерода в каждой молекуле лежат на одной прямой. Расстояние С—0 в молекуле равно \,3 А, а между атомами кислорода соседних молекул — около 3 А. Из рисунка видно, что молекула сохраняет индивидуальность в таком кристалле.

Вандерваальсовы силы всегда слабы, поэтому молекулярные связи четко проявляются лишь в тех случаях, когда они возникают между нейтральными атомами или молекулами. Молекулярная связь легко разрушается тепловым движением, вследствие чего молекулярные кристаллы плавятся при очень низких температурах (гелий, водород, азот, аргон) и легко испаряются (сухой лед — твердый углекислый газ).

СОПОСТАВЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СВЯЗЕЙ

Классификация кристаллов по типам связи весьма условна. Многие тела трудно отнести к тому или иному классу кристаллов по типу связи. Но, тем не менее, приближенная классификация кристаллов по типам связи полезна, хотя бы в том смысле, что знание преобладающего типа связи позволяет оценить энергию связи кристалла. Под энергией связи понимается энергия, необходимая для разъединения твердого тела на отдельные атомы, молекулы или ионы (в зависимости от типа кристалла: ковалентные и металлические кристаллы нужно разделить на атомы, ионные — на ионы, молекулярные и кристаллы с водородными связями — на молекулы).

Вандерваальсовасвязь являетсянаиболее универсальной, она возникает между любыми частицами, но это наиболее слабая связь, энергия ее примерно на два порядка ниже энергии связи ионных иковалентныхкристаллов. Почти на порядок выше энергия связи кристаллов с водородными связями. Энергия металлической связи, возникающая в результате обобществления валентных электронов, по порядку величины сравнима с энергией связи ионных и ковалентных кристаллов, но все же меньше последней в несколько раз. Энергия связи определяет основные физические свойства кристаллов.