А. Ф. Новиков строение вещества
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
1022 3
| 81
полупроводники, где ионность связи в кристалле значительна ( ZnS, CdS, CdSe, PbS, Cu 2 O ) или преобладает ( AgCl ). Современная микросхемотехника, а в последнее время и наноструктуры, строятся на чередующихся слоях (тонких пленках) полупроводников p- и n - типов, образующих так называемые гетеропереходы, что позволяет создавать диоды, транзисторы, вентили с требуемыми свойствами. 3.7. Молекулярные и жидкие кристаллы Конденсированное состояние вещества может быть обеспечено не только силами ионной, ковалентной или металлической связи. У целого ряда веществ в твердом и жидком состояния связь между структурными единицами обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия (см. разд. 2.6). Газообразные или жидкие в стандартных условиях вещества при понижении температуры или возрастании давления способны в определенный момент переходить в то или иное конденсированное состояние. Так, газообразный хлор при 239 К сжижается, а при 172 К становятся твердым, хлористый водород испытывает подобные же превращения при 188 К и 158 К, инертный газ неон – при 27 К и 24 К. Общеизвестны фазовые переходы воды при 373 К и 273 К. Легкоплавкость этих и подобных веществ свидетельствует о малых энергиях кристаллической решетки. Действительно, эти энергии не превышают в большинстве случаев 50 кДж/моль, что более чем на порядок ниже, чем для рассмотренных ранее типов кристаллов. 82 Строение молекулярных кристаллов Межмолекулярные связи типа Ван-дер-Ваальсовых являются слабыми, среди них различают диполь-дипольные взаимодействия, как у хлористого водорода; диполь-индуцированный диполь – для смеси полярных и неполяр- ных веществ; дисперсионные – это взаимодействия мгновенных диполей, как, например, у хлора, инертных газов и т.п.; водородные связи, как у воды, фтористого водорода и др. Структурными единицами в молекулярных кристаллах являются молекулы с целиком заполненными молекулярными орбиталями. Если форма молекулы более или менее близка к шарообразной (как у инертных газов), наблюдаемые кристаллические структуры соответствуют плотнейшим упаковкам – типа ПГУ или ПКУ. Несферические частицы дают искаженные структуры более низкой категории симметрии: хлор, бром, йод кристаллизуются в тетрагональной гранецентрированной решетке. Некоторыми особенностями структуры обладают вещества с водородными связями. Благодаря сильному электростатическому полю, создаваемому не экранированным другими электронами ядром атома водорода (протоном), энергия связи в таких веществах, как вода, фтористый водород, уксусная и муравьиная кислоты, оказывается в несколько раз выше, чем в других молекулярных веществах. Благодаря водородной связи, в жидком состоянии могут образовываться устойчивые агрегаты из двух и более молекул (димеры в муравьиной и уксусной кислотах), цепочечные соединения (жидкий фтористый водород) и др. Особый интерес представляет структура воды. Молекула воды имеет уголковую форму, причем угол составляет примерно 104°30', эта величина близка к углу между связями в тетраэдрической решетке (109°28'). Действительно, кристаллическая решетка льда является тетраэдрической (см. рис.38). Кислород как сильно электроотрицательный элемент оттягивает на себя электронную плотность, заряжаясь отрицательно, а атомы водорода сосредоточивают около себя значительный положительный заряд, поле которого обуславливает водородную связь в кристалле. Образуется слабо искаженная тетраэдрическая решетка с координационным числом K = 4, причем энергия решетки существенно выше по сравнению с другими молекулярными кристаллами и достигает 130 кДж/моль и более. Таким образом, естествоиспытатели древности были в определенном смысле не так уж далеки от истины, когда говорили о единой природе горного хрусталя и льда: слова “хрусталь” и “кристалл” происходят от греческого слова “крио” – “холод, мороз”. Современной наукой однозначно установлена тетра- эдрическая структура как одного, так и другого из названных выше веществ. В жидкой воде даже при 363 К около 80% связей между молекулами воды остаются неразорванными, так что области с ближним порядком в воде достаточно обширны. Остаточной тетраэдрической структурой объясняются |