Внутреннее строение кристаллов.

Кристаллическая решетка и координационное число. Внешний облик ограненных кристаллов во многом определяется особенностями их кристаллической структуры. С развитием рентгено-структурного анализа стала очевидной связь между закономерным атомным строением кристаллов и их физическими и химическими свойствами. Изучением этих связей занимается наука кристаллохимия. Описание кристаллических структур включает в себя характеристику пространственной решетки- геометрического образа, управляющего расположением атомов, ионов, молекул в кристаллическом пространстве. Примем какой-либо узел пространственной решётки, например, узел А0, за исходный узел решётки. Пусть ближайший к нему такой же атом (узел) А1 находится на расстоянии а (а --> А0А1). Продолжив прямую А0А1, найдем серию узлов А2,А3, А4, . . . , Аn, расположенных вдоль этой прямой на равном расстоянии друг от друга. Совокупность узлов, лежащих на одной прямой, называется рядом пространственной решётки. Расстояние между соседними узлами ряда называется промежутком ряда. В нашем случае промежуток ряда равен а.

Число узлов, приходящихся на единицу длины ряда, называется плотностью ряда. Очевидно, что плотность ряда обратно пропорциональна величине промежутка: чем меньше промежуток ряда, тем больше будет его плотность. Одно из основных свойств пространственной решётки состоит в том, что через любой узел решётки всегда можно провести ряд, параллельный данному ряду, причём все параллельные ряды имеют одинаковую плотность. Ряды же разных направлений в общем случае обладают различной плотностью. В частных случаях и у непараллельных рядов промежутки могут быть одинаковыми. Возьмём теперь относительно исходного узла А0 ещё один ближний к нему узел, лежащий в плоскости чертежа, но не вне ряда А0Аn. Пусть это будет узел В1, отстоящий от узла А0 на расстояние b. Соединив узлы А0 и В1 прямой линией и продолжив её дальше, получим новый ряд А0Вn с промежутком ряда b. Два пересекающихся ряда А0Аn и А0Вn, определяют положение плоскости, которая пройдёт через бесконечное множество узлов пространственной решётки. Совокупность узлов пространственной решётки, лежащих в одной плоскости, называется плоской сеткой. Узлы всякой плоской сетки можно расположить в вершинах равных и параллельных друг другу параллелограммов, смежных по целым сторонам. Такую систему параллелограммов в нашем случае получим, если через узлы В1, В2, . . . , Вn проведём ряды, параллельные ряду А0Аn, а через узлы А2.,А3,А4, . . . ,Аn, - ряды, параллельные ряду А0Вn. Число узлов, приходящихся на единицу площади плоской сетки, называется её ретикулярной плотностью. Согласно второму основному свойству пространственной решётки через любой узел решётки можно провести плоскую сетку, параллельную данной и имеющую такую же ретикулярную плотность. Таким образом в решётке параллельно каждой плоской сетке проходит бесконечное множество тождественных плоских сеток. Совокупность параллельных друг другу плоских сеток пространственной решётки будем называть серией плоских сеток. Расстояние между двумя ближайшими параллельными плоскими сетками называется межплоскостным расстоянием. В пространственной решётке имеется бесчисленное множество различным образом ориентированных плоских сеток, поскольку через три любых узла решётки всегда можно провести плоскую сетку. Непараллельные плоские сетки отличаются друг от друга не только положением в пространстве, но в общем случае и ретикулярной плотностью. Для дальнейшего построения пространственной решётки возьмём относительно исходного узла А0 ближайший к нему узел С1, не лежащий в плоскости построенной нами плоской сетки Аn-А0-Вn (рис. 3). Проведя прямую А0С1 и продолжив её, найдём на ней серии узлов С2,С3, . . . ,Сn, образующих третий ряд А0Сn, непараллельный первым двум и имеющий промежуток с. Через каждый узел этого ряда проведём плоские сетки, параллельные сетке Аn-A0-Bn. Все они в совокупности образуют серию плоских сеток. Вторую серию плоских сеток получим, если через все узлы ряда А0Аn провести плоские сетки, параллельные оси Вn-A0-Cn, определяемой пересекающимися рядами А0Вn и А0Сn. Наконец, можно построить третью серию плоских сеток, проведя через узлы ряда А0Вn плоские сетки, параллельные сетке Аn-A0-Cn, определяемой рядами А0Аn и А0Сn. Три серии построенных плоских сеток, взаимно пересекаясь, образуют систему равных, параллельно ориентированных и смежных по целым граням параллелепипедов, т. е. пространственную решётку. Все узлы полученной решётки располагаются только в вершинах параллелепипедов. Если известно расположение узлов решётки у одного параллелепипеда, то можно построить всю решётку параллельным повторением данного, поступательно перемещая параллелепипед на величину его рёбер по их направлению.

Параллелепипед, поступательным перемещением которого на величину и по направлению его рёбер можно построить всю пространственную решётку, называется параллелепипедом повторяемости. Именно решетка является главным элементом симметрии, отличающим кристаллическое вещество от аморфного. Без пространственной решетки нельзя представить строение ни одного кристалла. Любая решетка-это параллелепипедальная система, построенная на трех векторах- независимых трансляциях решетки. Минимальным представителем каждой решетки является параллелепипед повторяемости- элементарная ячейка (ячейка Браве), характеризующаяся своими параметрами: трансляционными векторами a,b,c и углами между ними α,β,γ . закономерности расположения атомов, выявленные внутри элементарной ячейки, можно распространить на всю кристаллическую структуру. В характеристику кристаллической структуры входит: координационное число каждого атома (число его ближайших соседей), координационный многогранник ( геометрия расположения ближайших атомов)- число формульных единиц z ,приходящихся на одну элементарную ячейку. Геометрия расположения атомов или молекул в кристаллической структуре зависит от типа реализованных в ней химических связей.