Лекция по силам в кристаллах и типам связей

Гомополярные и гетерополярные связи

• Гомополярная связь: связь между одинаковыми атомами (например, ковалентные кристаллы).
• Гетерополярная связь: связь между различными атомами (например, ионные кристаллы).

Пример связей

• Ионные кристаллы: пример гетерополярной связи.
• Ковалентные кристаллы: пример гомополярной связи.

Ковалентные связи

• Водородные атомы обмениваются электронами, образуя ковалентную связь.
• Радиус атома водорода: 0.53 Å.
• Расстояние между атомами водорода в молекуле водорода: 0.72 Å.
• Высокая электронная плотность между атомами водорода.

Квантово-механическое объяснение

• Волновые функции атомов.
• Складывание волновых функций и возведение их в квадрат.
• Понятие обменного интеграла, который создает дополнительную энергию связи.

Квантовые числа и волновые функции

• Волновая функция зависит от трех квантовых чисел: N (главное), l (орбитальное), и m (магнитное).
• Функции разделяются на радиальные и угловые части.
• Симметричные функции: состояние s-состояния, не зависит от угловых координат.
• Главные квантовые числа определяют энергию состояния.

Гибридные орбитали и ковалентные связи

• SP гибридные орбитали: комбинация одной функции s и одной функции p.
• Комбинации волновых функций приводят к разным типам гибридных орбиталей.
• Направление и форма гибридных орбиталей.
• Ковалентная связь примером SP-гибридизации в молекуле CH4.

Ковалентные кристаллы и их структура

• Пример: Кристалл алмаза.
• Кристаллическая решетка алмаза состоит из углерода с направленными ковалентными связями.
• Межатомные расстояния и ковалентные радиусы.

Электронная плотность и рентгеноструктурный анализ

• Высокая электронная плотность между атомами углерода в алмазе.
• Использование рентгеноструктурного анализа для изучения электронной плотности.

Йонные кристаллы и их свойства

• Примеры: натрий хлор (NaCl).
• Юные кристаллы имеют очень высокие энергии связи.
• Введение электроотрицательности Полинга для оценки ионности и связной энергии.

Молекулярные кристаллы и вандервальсовы силы

• Примеры молекул: неон (Ne), аргон (Ar), бензол (C6H6).
• Слабые вандервальсовы взаимодействия между молекулами.
• Поляризуемость молекул и энергия взаимодействия.

Метод суммирования энергии взаимодействий в кристаллах

• Метод Еуина и метод Эвальда для точного суммирования взаимодействий.
• Постоянная Маделунга для оценки энергии в ионных кристаллах.

Заключение

• Суммирование взаимодействий и расчёт энергии важны для понимания свойств кристаллов.
• Теория и методы используются для различных типов кристаллов.