Симетрія кристалів. Приклади кристалічних структур: алмаз, графіт.

Симетрія кристалів, свойство кристалів поєднуватися з собою в різних положеннях шляхом поворотів, віддзеркалень, паралельних перенесень або частини або комбінації цих операцій. Симетрія зовнішньої форми (ограновування) кристала визначається симетрією його атомної будови, яка обумовлює також і симетрію фізичних властивостей кристала

Кожна кристалічна форма утворена однаковими симетрично розміщеними гранями, які відповідають плоским сіткам кристалічної ґратки. За симетрією структура кристалу завжди відповідає одному з 14 типів просторових ґраток Браве: триклінна (проста), моноклінна (проста, базоцентрована), ромбічна (проста, базоцентрована, об'ємноцентрована, гранецентрована), гексагональна (проста), тригональна (проста), тетрагональна (проста, об'ємноцентрована), кубічна (проста, об'ємноцентрована, гранецентрована).

Розрізняють упорядковану і неупорядковану (недосконалу) С.к. Перша характерна трансляційним повторенням паралелепіпедів, ідентичних за розмірами, хім. складом і положенням структурних одиниць всередині пакетів за винятком зміщень, які викликані тепловими коливаннями. Для другої (недосконалої) структури характерні відхилення від ідеальної кристалічної решітки.

Розрізняють також С.к. дефектну, яка виникає при заміні одних атомів іншими, а також пропусків атомів у вузлах кристалічної ґратки; при цьому виникає відхилення від стехіометричного складу. Залежно від переважних хімічних зв'язків виділяються 4 типи структур кристалів:

1) металічні кристали складаються з однакових атомів, зв'язок між якими здійснюється за рахунок електронів, що вільно переміщаються між атомами (Сu, Mg і ін.);

2) атомні (гомеополярні) кристали також складаються з однакових атомів, однак взаємодія між ними здійснюється за рахунок наявності електронів, загальних для сусідніх атомів (ковалентний зв'язок — алмаз, графіт і ін. );

3) йонні (гетерополярні) кристали складаються з позитивно й негативно заряджених йонів — катіонів і аніонів (галіт і ін. );

4) молекулярні кристали мають структури з відособленими групами частинок, які відповідають молекулам. Сили зв'язку між окремими молекулами пояснюються нерівномірним розподілом у них електричних зарядів (сили Ван-Дер-Ваальса).

Перехідні форми до молекулярних структур від йонних – це радикал-йонні й комплекс-йонні кристали, де є відособлені групи атомів, що являють собою електронегативні або електропозитивні комплекси. Шаруваті структури складаються із частинок, згрупованих у вигляді ясно виражених шарів.

Властивості кристала значною мірою визначаються видом кристалічної решітки. Пояснимо це на прикладі графіту й алмаза. Кристалічні решітка графіту має шарувату структуру, тобто в кожному шарі атоми Карбону розташовані у вершинах правильних шестикутників (що нагадують стільники). Усередині шару атоми взаємодіють сильно, але самі шари слабко пов'язані один з одним. Тому кристал графіту легко розшаровується: коли ми пишемо олівцем, на папері залишаються тонкі шари графіту. А ось в кристалі алмаза атоми Карбону розташовані у вершинах і на серединах граней куба. При цьому всі атоми сильно пов'язані зі своїми найближчими сусідами. Саме цим жорстким зв'язком атомів і зумовлена унікальна твердість алмаза. Усі метали в твердому стані є кристалами. Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність певної температури плавлення, за якої воно перетворюється в рідину, не розм'якшуючись перед цим. Наприклад, лід за температури 0 °С тане, перетворюючись на воду