Кристаллическая решетка

Кристаллическая решетка, в которой отсутствуют нарушения оплошности и все узлы заполнены однородными атомами называется идеальной кристалли­ческой решеткой металла.

В отличие от газообразных, твердые вещества характеризуются высокой степенью упорядоченности. Силы взаимодействия между атомами, ионами, молекулами очень велики, поэтому твердое вещество обладает определенной формой, не изменяющейся при перенесении из одного объема в другой. Существуют 2 основные формы твердого вещества: кристаллическая и аморфная. Нередко это два разных состояния одного и того же вещества (например кристаллический кварц и аморфные формы кремнезема). Переход между ними можно осуществить, например, длительным выдерживанием при высокой Т или другими путями.

Полиморфизм

Одно и то же вещество способно существовать в разных кристаллических формах – модификациях, а явление называется полиморфизмом. Примеры: алмаз и графит (кристаллические модификации углерода); кварц, тридимит и кристобаллит (кристаллические модификации кремнезема).

Полиморфизм часто встречается в природе, особенно при образовании минералов. Так, кальцит и арагонит обладают одним и тем же химическим составом СаСО₃, но различным кристаллическим строением. Анатаз и рутил (образованные ТiО₂), также имеют разное кристаллическое строение. В природе наблюдается явление, обратное полиморфизму: ряд веществ различного химического состава может образовать кристаллы одинаковой формы и близкие по структуре. Так, близким кристаллическим строением обладают соли KH₂PO₄ и KH₂AsO₄, карбонаты СаСО₃, MgСО₃ и MnСО₃; сульфаты MgSО₄ ∙7H₂О, ZnSО₄ ∙7H₂О, NiSО₄ ∙7H₂О. Это явление называется изоморфизмом. Благодаря этому в природе возникает большое разнообразие минералов сложного состава (силикаты, алюмосиликаты).

От полиморфизма и изоморфизма следует отличать аллотропию – явление, когда данный элемент способен существовать в виде различных простых веществ. Твердое кристаллическое состояние характеризуется наиболее упорядоченной структурой. Эта упорядоченность выражается правильным геометрическим расположением частиц, из которых состоит твердое тело. Каждый кристалл образует плоские грани; относительные длины ребер, как и углы между гранями, характеризуют тип кристалла.

Одной кристаллической системе могут соответствовать несколько элементарных ячеек. Куб с ребром а и частицей в каждой вершине образует элементарную ячейку простой кубической системы. В кубической гранецентрированной системе частица расположена в каждой вершине и в центре каждой грани куба. Наконец, в объемно центрированной системе частица расположена в каждой вершине и в центре куба. Кристаллическая решетка образуется при многократном повторении элементарных ячеек. Внутри решетки путем перемещения возможен переход от одной элементарной ячейки к другой.

Узел решетки – это место, где находится частица. Параллельные и равноотстоящие плоскости, проходящие через узлы решетки, называются плоскостями решетки. Естественные грани кристалла образованы некоторыми из этих плоскостей.