Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров

Изучение внутреннего строения кристалов, т. е. основных кристаллографических характеристик, производят на геометрических моделях. Геометрическая модель, являясь предельным упрощением физической модели кристала, позволяет в наглядной й простой форме сформулировать и описать ряд общих закономерностей кристалов.

Изображения или моделирование структур может быть призведено тремя способами :

1) Системой точек, представляющих собой центры тяжести этих шаров, так называемые разреженные постройки (наглядны, но не дают представления о степени заполнения пространства).

2) Плотнейшей упаковкой шаров различного диаметра, соответствующего размерам катионов и анионов (слишком громоздкие модели).

3) Координационными полиэдрами (с их помощью удалось расшифровать многие сложные структуры, в том числе и структуры силикатов).

Видный американский кристаллограф Л. Полинг предложил, а крупнейший советский академик Н.В. Белов применил для расшифровки строения сложнейших структур, в том числе силикатов, метод координационных полиэдров (многогранников).

Конечными структурными соединениями (на геометрическом уровне) являются атомы. Однако во многих случаях атомы уже до или в процессе образования кристалла объединяются, благодаря своей химической природе в некоторые устойчивые группировки, которые сохраняются в кристалле как целое и поэтому рассматриваются как структурные единицы кристаллов.

Основная идея метода Полинга-Белова сводится к объединению целой группы структурных единиц в один геометрически оформленный «блок» - координационный полиэдр, который получается в результате соединения прямыми линиями центров анионов, окружающих катион; число вершин полиэдра равно координационному числу катиона. В двух плотнейших упаковках это могут быть тетраэдры и октаэдры с координационными числами 6 и 4. Возможны и другие формы координационных многогранников.

Координационные многогранники, в отличие от элементарных ячеек, не заполняют в общем случае целиком объем, занимаемый структурой, а позволяют условно отделить заполненную часть от незаполненной.

Координационные полиэдры сочленяются между собой либо по вершинам, либо по ребрам, либо по граням, образуя взаимно связанную пространственную конфигурацию, эквивалентную кристаллической структуре.

Координационные полиэдры в структурах с неплотнейшей упаковкой соприкасаются менее плотно, чем в решетках ГЦК и ГП. Например, во многих силикатах структуры построены из кремнекислородных тетраэдров, соединенных по вершинам.

В основу кристаллохимической классификации силикатов положены типы группировок – мотивы кремнекислородных тетраэдров [SiO₄].