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, законы
которой являются необходимой базой, объясняющей
особенности физических и химических свойств
кристаллов минералов. Рассмотрим эти основные
законы и понятия.
1.2.1. Типы
химической связи в кристаллах
Силы, которые связывают вместе атомы (ионы) в
кристаллах - это электрические силы. Их тип и
величина во многом определяют физические и
химические свойства минералов. Используя
представления о валентных электронах,
принято выделять четыре основных типа
химической связи в минералах.
- Металлическая
связь характерна для элементов первых
групп Периодической системы и интерметаллидов. Их атомы, как
известно, имеют крупные размеры, а внешние
электроны слабо связаны с ядром. В
кристаллической решетке металлов внешние
электроны свободно перемещаются в пространстве
между атомами. Они образуют своеобразный
"электронный газ" и обусловливают основные
свойства металлов: высокую пластичность,
ковкость, высокую теплопроводимость, высокую
электропроводность, малую твердость, невысокие
точки плавления и кипения. Связь не направленная.
Энергия металлической связи составляет десятки
килокалорий на моль.
- Ковалентная (гомеополярная) связь
осуществляется за счет обобществления
электронов на внешних валентных орбиталях двух
соседних атомов, таким образом, что оба они
приобретают стабильную конфигурацию
благородного газа. Ковалентная связь строго
направленная, насыщаемая и очень прочная. Энергия связи составляет до
170 ккал/моль. Минералы с таким типом связи
характеризуются нерастворимостью, большой
устойчивостью, высокой твердостью,
высокими точками плавления и кипения,
полупроводниковыми свойствами.
- Ионная (гетерополярная)
связь реализуется между атомами различного
сорта за счет электростатического
взаимодействия положительно заряженных
катионов и отрицательно заряженных анионов, при
этом валентные электроны переходят от металла к
аниону. Связь ненаправленная и ненасыщенная.
Энергия ионной связи тем больше, чем больше
разница электроотрицательности между
элементами (для NaCl - 180 ккал/моль). Кристаллы с
ионным типом связи растворяются в полярных
растворах (вода), для них характерны
диэлектрические свойства, хрупкость,
низкая тепло- и электропроводность, средние плотность и твердость, весьма
высокие точки плавления и кипения.
- Ван-дер-ваальсова
(остаточная) связь
соединяет нейтральные молекулы или структурные
единицы с помощью малых остаточных зарядов на их
поверхности, образующихся за счет мгновенных
дипольных моментов "ядро-электрон", между
которыми начинают действовать силы притяжения.
Это явление носит название дисперсионного
эффекта и служит главной причиной возникновения
ван-дер-ваальсовой связи. Кроме того могут
возникать и другие эффекты (ориентационный,
индукционный). В разных соединениях сила каждого
эффекта различна. Ван-дер-ваальсова связь одна из
самых слабых химических связей и, присутствуя в
минералах в качестве добавочной, определяет зоны
хорошей спайности и
низкой твердости (графит).
Среди ван-дер-ваальсовых связей особое место
занимает так называемая водородная
связь, рассматриваемая часто как
самостоятельный тип связи. Она возникает за счет
коллективного использования протона двумя
атомами, например, кислорода, входящего в состав
воды, и кислорода стенок каркаса, в котором эта
молекула воды находится. Водородная связь слабее
ионной или ковалентной, но сильнее обычной
ван-дер-ваальсовой. Энергия водородной связи
колеблется от 5 до 10 ккал/моль.
Гомодесмическими
называются структуры кристаллов, в которых связь
между всеми атомами одинакова.
Гетеродесмическими
называются структуры кристаллов, в которых
сосуществуют несколько типов химической связи.
Оглавление| Назад|
Следующая страница
|
