Реферат на тему Основные структурообразующие факторы. Кристаллохимические условия устойчивости ионных кристаллов (правила Магнуса, Гольдшмидта, Полинга, О’Киффа).

Содержание:

Введение 2
1. Факторы, определяющие строение кристаллических структур 4
1.1 Координационные числа 4
1.2 Атомные и ионные радиусы 5
1.3 Принцип плотнейшей упаковки атомов и ионов 7
1.4 Изоморфизм. Типы изоморфизма 9
1.5 Полиморфизм 11
1.6 Химический состав и формулы минералов 13
2. Кристаллохимические условия устойчивости ионных кристаллов 14
2.1 Правила Магнуса – Гольдшмидта 15
2.2 Правила Полинга 17
Заключение 21
Список использованных источников 22

Введение:

Внутреннее строение кристаллов было предметом живого обсуждения уже в самом начале развития кристаллографии. В XVIII в. Р. Ж. Гаюи на основании того факта, что кальцит может раскалываться на сколь угодно мелкие ромбоэдры, высказал предположение, что кристаллы этого минерала построены из бесчисленного количества мельчайших кирпичиков такого вида и что все другие грани, помимо граней ромбоэдра, образуются путем закономерного «отступания» этих кирпичиков от плоскости соответствующей «стенки», так что неровности оказываются настолько малы, что грани кажутся оптически гладкими. Установление закона рациональности индексов, справедливого для всех кристаллов, сделало совершенно ясным, что все кристаллы построены этим путем, т. е. путем бесконечного повторения элементарней ячейки. Однако расширение знаний об атомной структуре вещества сделало не менее ясным и то, что элементарную ячейку нельзя считать твердым кирпичиком Гаюи; скорее ее можно уподобить элементу узора — объемному «мотиву», многократное повторение которого создает целый кристалл: точно так же, как двумерный мотив повторяется в узоре стенных обоев. Этот объемный элемент узора и составляет элементарную ячейку кристалла. Атомы, входящие в элементарную ячейку, определяют состав получающегося кристалла, и их расположение в ячейке и их размеры определяют возникающую в результате роста морфологию кристалла. Легко понять поэтому причину отсутствия в кристаллах пятерной симметрии и симметрии более высокой, чем шестерная: даже говоря только о плоскости, легко представить, что единственными фигурами, которыми можно правильно заполнить плоскость, могут быть только квадраты, прямоугольники, параллелограммы, равносторонние треугольники и правильные шестиугольники.
Геометрическая теория трехмерных структур этого типа была полностью разработана еще в прошлом столетии. Однако вплоть до конца первого десятилетия нашего века кристаллографы не могли изучать эти структуры непосредственно и хорошо сознавали, что это происходит из-за малого размера элементарных ячеек по сравнению с длинами волн видимого света. В 1912 г. М. фон Лауэ и его помощники впервые доказали, что, проходя через кристалл, пучок рентгеновских лучей испытывает дифракцию. Дифрагированный пучок образовал на фотопластинке состоящий из пятен узор, симметрия которого была непосредственно связана с симметрией кристалла, находившегося на пути этого пучка. Способ Лауэ как средство изучения кристаллических структур был с того времени усовершенствован и заменен другими метода ми, которые позволяют специалистам по рентгеноскопии кристаллов определять размер и форму элементарной ячейки большинства кристаллических веществ, а также расположение содержимого этой ячейки.

Заключение:

Хотя представления об атомах как о невидимых глазом мельчайших частицах, из которых состоят все материальные тела, зародилось задолго до нашей эры в трудах древнегреческих мыслителей (Левкипп, Демокрит, Эпикур), люди долго не могли с ясностью поставить перед собой вопроса о причинах удивительно правильной огранки найденных или добытых ими кристаллов.
Только эпоха Возрождения (XVI в.) позволила нам иначе взглянуть на возможные способы внутреннего строения кристаллических структур. Первым кто предпринял попытку объяснения имеющихся в природе шестигранных призматической формы кристаллов горного хрусталя, построенные по принципу плотнейшей упаковки шаров, у каждого шара имеется ближайшие соседи (12), причем половина из них находится в такой же плоскости, был итальянец, математик и философ Джироламо Кардано (1501—1576) [2].
Последователей у Кардано было много по всему свету, это были ученые и исследователи из разных государств: Англия — Р. Гук (1665), Голландия — Хр. Гюйгенс (1690), Россия — М. В. Ломоносов (1749) — все они не раз убеждались в верности этой теории о том как устроены кристаллические структуры. Очень жаль, что труд Ломоносова «О рождении и природе селитры» (1749), который проливал свет на строение кристаллов, был опубликован только спустя два века, поэтому он никак не смог повлиять на научные познания. По мнению М. В. Ломоносова калиевая селитра имеет кристаллы с шестиугольной формой, обусловленную плотнейшей упаковкой шаровидных корпускулов (атомов) которые входят в их состав. Поэтому на сегодняшний день можно только удивляться насколько глубоко все было уже предвидено, причем атомистическая теория на тот период времени не была, и уже наши исследователи современности приняли прошлые гипотезы, в частности о плотнейшей упаковке шаров, которая станет предметом разногласий на долгие годы в кристаллохимии.

Фрагмент текста работы:

1. Факторы, определяющие строение кристаллических структур

Чтобы объяснить природу кристаллической структуры вещества кристаллография ввела следующие понятия — координационных чисел, ионного радиуса, атомарного радиуса, принципа плотнейшей упаковки атомов и ионов в кристаллах.
1.1 Координационные числа

Каждый атом обладает координационными числами, которые входят в структуру его минералов, и являются такими числами ближайшими с ним соседними атомами. Допустим в галите, натрий обладает координационным числом 6 (поскольку в нем 6 хлорных атомов), соответственно координационным числом хлора является 6 (поскольку с 6 атомами хлора соседствуют 6 атомов натрия). Идеальная плотнейшая упаковка имеет координационные числа, зависимые от отношения размерных показателей атомов: одинаковые атомы, слагая упаковку, будут помещаться в такую пустоту (тэтраэдрическая или октоэдрическая), которая будет пропорциональна размерам соседних атомов. Размер пустоты зависим от атомного размера («шара»), из которых формируется плотнейшая упаковка, при оптимальном соотношении этих атомарных радиусов и атомарных радиусов в пустотах имеют одинаковые размеры. Например, октаэдрическая координация имеет показатель в 0,41, тетраэдрическая – 0,22. Кроме того, возможно плотное размещение атома между 3, 8, 12 соседствующими с ними. Тогда они будут иметь координационное число — 3, 4, 6, 8, 12 [3].