Materiály a technická dokumentace - UMEL - Vysoké učení ...

Materiály a technická dokumentace, část Materiály v elektrotechnice 23
- nejpravděpodobnější a proto nejstálejší bývá obvykle to uložení iontů, atomů či
molekul, při němž tyto částice vyplňují co nejtěsněji prostor krystalu
- stavební částice se zpravidla považují za tuhé koule; platí to zejména v případě
iontů, jejichž silové pole má kulovou souměrnost
- relativní objem krystalu vyplněný atomy
- podle teoretických výpočtů potvrzených experimentem dosahuje se v případě
stejných průměrů iontů nejtěsnějšího uspořádání dvěma způsoby:
a) uložením iontů v krychlové mřížce plošné centrované (74 %)
b) uložením iontů v nejhustší šesterečné mřížce (74 %)
- ostatní druhy struktur jsou méně těsné; krychlová mřížka prostorové centrovaná
(68 %)
V případě iontů, rozdílných polaritou a velikostí, vede princip nejtěsnějšího
uspořádání k jiným strukturám. V tomto případě je namístě používat pojmu
koordinačního čísla - počet částic, které jsou nejbližššími sousedy dané částice. Kupř.
při stejném počtu + a - iontů vyskytuje se nejčastěji jednoduchá krychlová mřížka
NaCl s koordinačním číslem 6 a prostorově centrovaná krychlová mřížka CsCl
s koordinačním číslem 8.
B. Atomové krystaly
• Ve svém typickém tvaru se vyskytují při vazbě stejných atomů
příklady: C (diamant ), Si, Ge
v krystalu je každý C, Si, Ge atom spojený se 4 svými sousedy, které jsou rozloženy
ve vrcholech čtyřstěnu s úhlem 109 28° mezi vazbami
• V krystalu diamantu je energie každé vazby přibližně rovna energii jednoduché vazby C
atomů v organických sloučeninách. Jde o vysokou energii, jejímž důsledkem je vysoká
tvrdost, vysoká pevnost a vysoký - prakticky nedosažitelný bod tavení diamantu. Na druhé
straně je ovšem diamant křehký – při malém vzájemném posunutí atomů se kovalentní
vazby porušují.
• Druhou krystalografickou modifikací C je grafit
příznačná je vrstevnatá struktura se spojením atomů uhlíku do šestiúhelníků
vzdálenost vrstev je 3,345.10 -10 m
tři kovalentní vazby (šestiúhelníky); van der Waalsovy síly (mezi vrstvami)
významná elektronová vodivost
C. Iontové krystaly
• Ve svém typickém tvaru se vyskytují při vazbě dvou atomů o velkém rozdílu
elektronegativit - tedy prvků 1. a 7. skupiny periodické soustavy
příklady: NaCl, dvě krystalické modifikace ZnS - sfalerit a wurtzit
• K iontovým krystalům se zpravidla řadí ještě krystaly křemičitanů; v těchto krystalech se
vyskytuje vazba iontová i kovalentní, pro vlastnosti krystalů je však rozhodující vazba
iontová
pro strukturu křemičitanů má hlavní význam vazba SiO, kterou lze považovat za
kovalentní, silné dipólovou; v křemičitanech je každý atom křemíku spojen se 4 atomy
kyslíku, které jsou kolem centrálního atomu umístěny ve vrcholech čtyřstěnu - svoji
druhou chemickou vazbu využívají atomy kyslíku ke kovalentní vazbě s dalším
atomem křemíku nebo k iontové vazbě s atomem kovu