3. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов

1. Взаимодействие частиц в кристаллах

Т

Рис. 1.8. Изменение силы взаимодей­ствия (а) и энергии связи (б) при сбли­жении атомов в кристалле

ип связи, возникающий между частицами в кристалле, определяется электройным строением атомов, вступающих во взаимодействие. Части­цы в кристалле сближаются на определенное расстояние, которое обеспе­чивает кристаллу наибольшую термодинамическую стабильность. Рас­стояние, на которое сближаются частицы, определяется взаимодействием сил, действующих в кристалле.

Силы притяжения возника­ют благодаря взаимодействию электронов с положительно за­ряженным ядром собственного атома, а также с положитель­но заряженными ядрами сосед­них атомов. Силы отталкива­ния образуются в результате взаимодействия положительно заряженных ядер соседних ато­мов при их сближении. Они проявляются при сильном сбли­жении и растут интенсивнее, чем силы притяжения (рис. 1.8).

Уравновешивание сил происходит при сближении частиц на рассто­яние (1$. Этому сближению соответствует минимум энергии связи Е_св, что делает кристалл термодинамически стабильным. Энергия связи для различных кристаллов приведена ниже:

Кристалл . . .	Аг	сн4	Алмаз				1лР		ИаО		Ре ^
Энергия, . . . . кДж/моль . . .	. 7,5	10	750		1180		1000		750		390 110
Тип связи . . .	Молеку­		Ковалент-			Ионная				Металли­
	лярная		ная							ческая

Она определяет температуру плавления, модуль упругости, темпера­турный коэффициент линейного расширения и др.

Электронное строение атомов при сближении в кристалле претерпе­вает существенные изменения. Энергетические подуровни превращаются в зоны, которые, перекрываясь, делают возможным обмен и обобществле­ние валентных электронов. Плотность заполнения электронами валент­ных зон определяет электрические и тепловые свойства.

Наличие незаполненных подуровней в валентной зоне кристаллов, что наблюдается в металлах, обеспечивает кристаллам хорошую электриче­скую проводимость.

При полном заполнении валентной зоны переход электронов возмо­жен только в том случае, если они сумеют преодолеть зону запрещенных энергий и перейдут в зону более высоких энергий, имеющую свободные подуровни. Для такого перехода электрону необходима большая энергия. Кристаллы с такой электронной структурой по своим электрическим свой­ствам относятся к полупроводниковым или диэлектрикам.

Все кристаллы по характеру превалирующей связи подразделяют на молекулярные, ковалентные, металлические и ионные. Однако такое раз­деление условно, так как в некоторых случаях может действовать не один тип связи, а несколько.