Главная > База знаний > Большая советская энциклопедия > СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ

СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ

СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ неорганич.
соединений, закономерное пространственное расположение атомов, ионов (иногда
молекул), составляющих кристаллич. вещества. Расшифровка С. к.- одна из
осн. задач кристаллографии.

В большинстве неорганич. соединений
молекул нет и имеет место взаимное проникновение бесконечных укладок из
катионов и анионов (см. Кристаллическая решетка). Наиболее прост
случай структуры, в к-рой примитивная кубич. решётка (см. Браве решётка)
из
анионов Cl проложена аналогичной решёткой из катионов Cs; они вставлены
одна в другую так, что катион Cs оказывается в центре куба из 8 анионов
Cl (и наоборот), т. е. координационное число (КЧ) равно 8 (рис.
1,а). Зачастую разные вещества имеют структуры одинаковые с точностью до
подобия (см. Кристаллохимия); так, структурой CsCl обладают CsBr,
CsI, а также галогениды таллия и аммония, и все эти структуры объединяются
в единый структурный тип CsCl. Понятие структурный тип - один из критериев
сходства или различия строения кристаллов; именуют его обычно по названию
одного из веществ, кристаллизующихся в нём. Ниже даётся краткое описание
нек-рых важнейших структурных типов.

В структурном типе га лита NaCl и катионы,
и анионы расположены по закону кубич. плотнейшей упаковки (см. Упаковки
плотнейшие). Каждый катион окружен 6 анионами, и наоборот, т. е. КЧ
= 6, координационный многогранник-октаэдр (рис. 1,6). В структуре
галита кристаллизируются почти все галогениды щелочных (LiF, LiCl,...,
NaF, NaCl,..., RbF, RbCl,...) и окислы щёлочноземельных элементов (MgO,
CaO и др.), важнейший сульфид PbS и др.

В структурном типе сфалерита ZnS, построенном
также на основе закона кубич. плотнейшей упаковки, атомы Zn с КЧ = 4 находятся
в S-тетраэдрах и наоборот. Этот тип характерен для соединений с существенно
ковалентными связями; в нём кристаллизируются CuCl, CuI, HgS и др., а также
ряд важнейших полупроводниковых соединений (CdS, GaAs и др.) (рис. 1,в).

Рис. 1 Структуры: $\alpha$
- CsCl; б - NaCl; в - ZnS. Вверху-общий вид; внизу - полиэдрическое
изображение.

Более наглядным является "полиэдрический"
способ изображения С. к., при к-ром анионы представлены точками - вершинами
координационных многогранников (полиэдров) (рис. 1,
а, б, в). Основой
этого способа послужило то, что анионы, обладающие большим, нежели катионы,
ионным
радиусом, предпочтительно располагаются по стандартному узору плотнейшей
упаковки. Кроме того, и самих анионов не так уж много (О, S, F и др.),
поэтому при описании С. к. достаточно указать только тип укладки анионов.
Положение катионов и их КЧ, определяющие специфику С. к., становятся при
этом особенно наглядными. Так, на рис. 2, а ясно виден цепочечный
характер структуры рутила. TiOдруг с другом вершинами, образуют колонки, параллельные ребру элементарной
ячейки с. Этот тип структуры распространён среди бинарных соединений
(MnOхарактер структурного типа брусита Mg(OH)соединены общими рёбрами в сплошные слои, иллюстрирует рис. 2,6. В этом
типе, помимо ионных, кристаллизируются также многие ковалентные соединения
(сульфиды, тел-луриды и др.). Структурный тип флюорита CaF(рис. 2,в) характерен для соединений с крупными катионами, напр. CeOThO2/заселённых октаэдров в структурном типе корунда Al- гематита Feкристаллизуется важнейший сегнетоэлектрик BaTiO2,д).
Крупные
катионы Ba, расположенные в полостях каркаса из Ti - октаэдров в координации
12, деформируют кубическую ячейку в псевдокубическую.

Рис. 2. Структурные типы рутила TiOбрусита Mg(OH)(г), перовскита CaTiO

Полиэдрич. способ позволяет описывать также
сложные структурные м о т ив ы, к-рые отражают пространственное распределение
прочнейших связей между атомами (ионами) в структуре. К одному структурному
мотиву принадлежат все структурные типы, обладающие одинаковым способом
связи атомов или атомных полиэдров в пространстве. Выделяют 6 осн. структурных
мотивов: координационный, островной, кольцевой, цепочечный, слоистый, каркасный.

Координационный мотив характеризуется равномерным
распределением межатомных связей в 3 измерениях (рис. 1 ,а).
К островному
относятся структурные типы, заключающие конечные радикалы (острова), прочность
связи внутри к-рых значительно выше, чем с окружающими атомами. Эти радикалы
могут быть простыми и иметь линейную (SS и др.), треугольную (BO(SiOсостоящими из двух полиэдров, напр. BTlналичием в структуре атомов (напр., S) или атомных полиэдров (SOPOконфигурации (трёх-, четырёх-, шести-,девятичленные и др.). Цепочечный
мотив отличается ярко выраженной линейной направленностью прочнейших связей
в структуре, т. е. ассоциацией атомов (Se, Те и др.) или атомных полиэдров
(SiOZrOe и др.)в одном измерении. Цепочки могут быть как простыми, так и сдвоенными
(ленты), напр. [Siили более сложной формы. Слоистый мотив характеризуется бесконечной в двух
измерениях ассоциацией атомов или атомных полиэдров, образующих т. н. с
е т к и. Этот мотив свойствен слюдам и им подобным слоистым силикатам.
Встречаются также в графите, молибдените MoSи др. Каркасный мотив, также как и координационный, имеет равномерное распределение
связей в пространстве, но общими элементами атомных полиэдров являются
в основном вершины. Это обусловливает большую рыхлость структурных типов,
полости в к-рых могут заполняться крупными катионами. Обычная форма полиэдров
- тетраэдр (SiOи др.)или октаэдр (MoO

Пять последних мотивов особенно характерны
для силикатов и алюмосиликатов, у к-рых важнейшая роль принадлежит не простейшим
одноатомным анионам, а тетраэдрич. группе SiO... Этот элементарный силикатный
чкирпич" в

большинстве силикатов конденсируется либо
в кольца, либо в бесконечные радикалы в одном, двух или трёх измерениях.
См. рис. в ст. Силикаты природные. Лит.: Белов H. В., Структура
ионных кристаллов и металлических фаз, M , 1947; его же, Очерки по структурной
минералогии, в кн.: Минералогический сборник. Львов, 1950-75. H. В.
Белов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я