Форма кристаллов

Форма кристаллов

Форма кристалловВ общем случае форма кристаллов зависит от температуры и внешнего давления. Так, например, нитрат аммония NH4NO3 при обычном давлении известен в пяти различных кристаллических формах, точки перехода между которыми лежат при —18, +32, +82 и + 125°С. Подобные изменения называются полиморфными, а само явление существования различных кристаллов одного и того же вещества — полиморфизмом.

При одних и тех же условиях каждое вещество образует кристаллы только одной и совершенно определенной формы. Хлорид натрия кристаллизуется в виде кубов, медный купорос — в виде октаэдров, а селитра — в виде призм (рис.). Форма кристаллов является поэтому одним из наиболее характерных свойств вещества.

Рис. Кристаллы хлорида натрия (а), медного купороса (б) и селитры (в).

Природные кристаллы очень редко имеют правильную форму. Вследствие неравномерного развития и срастания друг с другом они, как правило, искажены. Но как бы сильно ни был деформирован кристалл, его всегда можно «узнать». Существует закон, сформулированный французским ученым Роме де Л’Илем, согласно которому углы между соответственными гранями кристаллов одного и того же вещества всегда постоянны. Поэтому для распознавания кристаллического вещества достаточно измерить двугранные углы в кристалле и сравнить полученные значения с табличными данными.

Правило Митчерлиха

Некоторые вещества, близкие по своей химической природе или структуре, образуют совершенно одинаковые по форме (изоморфные) кристаллы, например:

MgSO4 • 7Н2O, ZnSO4 • 7Н2O, NiSO4 • 7Н2O, КАl(SO4)2 • 12(Н2O), КСr(SO4)2 • 12(Н2O)

Узлы и плоскости кристаллической решеткиЯвление изоморфизма было открыто в 1819 г. немецким химиком Эйльхардом Митчерлихом, заметившим, что многие соли одинакового состава образуют кристаллы почти тождественной формы. На этом основании он сделал обратное заключение: изоморфные вещества имеют одинаковое химическое строение. Правило Митчерлиха помогло установить точные значения атомных масс многих элементов. Например, из того факта, что сульфат калия, формула которого K2SO4 была в то время уже известна, образует смешанные кристаллы с селенитом калия, Э. Митчерлих заключил, что селенат имеет состав K2SeO4, и смог рассчитать атомную массу селена.

Рис. 2. Узлы и плоскости кристаллической решетки

Правильная и постоянная форма кристаллов давно привлекала пристальное внимание ученых, видевших причину этого явления во внутреннем строении кристаллов. Так, И. Ньютон еще в 1675 г. писал: «Нельзя ли предположить, что при образовании кристалла частицы не только установились в строй и ряды, застывая в правильных фигурах, но также посредством некоторой полярной способности повернули свои одинаковые стороны в одинаковом направлении». Французский минералог и кристаллограф Рене Жюст Гаюи считал, что определенная форма кристаллов является следствием аналогичной формы молекул, образующих этот кристалл.

Элементарные ячейки кубической системы

Однако такое представление продержалось не очень долго, по видимому, потому, что было чисто умозрительным. В 1813 г. У. Волластон предложил заменить многогранные молекулы Гаюи шарами или просто математическими точками. Так возникло представление о кристалле как о пространственной решетке. Каждую точку, в которой находится частица вещества, стали называть узлом кристаллической решетки, а параллельные и равноотстоящие плоскости, проходящие через узлы кристаллической решетки,— ее плоскостями (рис. 2). Некоторыми из этих плоскостей образованы естественные грани кристаллов.

Рис. 3. Элементарные ячейки кубической системы

Наименьшую часть кристаллической решетки, полностью передающую все характерные особенности ее структуры, называют элементарной ячейкой. Любой кристалл можно представить состоящим из таких точек, плотно прижатых друг к другу. Одной и той же кристаллической системе может соответствовать несколько элементарныхячеек. Рассмотрим, например, кубическую систему, все три координатные оси которой равны по длине и направлены под прямым углом друг к другу. Куб с частицей в каждой вершине представляет собой простую кубическую элементарную ячейку (рис. 3, а)В кубической гранецентрированной ячейке частицы вещества занимают все вершины И центры каждой грани (рис. 3, б). И наконец, объемно-центрированная кубическая ячейка содержит частицы в вершинах и в центре куба (рис. 3, в).

Статья на тему Форма кристаллов