8: Іонні та ковалентні тверді речовини - структури
- Page ID
- 19766
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Цілі навчання
- Охарактеризуйте багато кристалічних структур в плані тісно упакованих каркасів з систематичним заповненням восьмигранних і чотиригранних дірок.
- Представляють кристалічні структури, малюючи їх в розрізах.
- Раціоналізувати, використовуючи хімічні принципи, чому певні кристалічні структури стабільні для певних сполук, але не для інших, а також чому певні структурні та сполучні мотиви є кращими для певних сполук щодо інших.
- Прогнозуйте, які кристалічні структури найбільш сприятливі для даного складу, виходячи з іонності і періодичних тенденцій.
- Поясніть структурно-залежні властивості, такі як сегнетоелектричність та магнітне впорядкування на основі кристалічних структур.
- Зрозумійте реакції інтеркаляції в шаруватих і відкритих твердих тілах каркаса.
- Прогнозуйте бажане утворення нормальних або обернених шпінелей, використовуючи аргументи з хімії перехідних металів (наприклад, енергії стабілізації кристалічного поля).
Неорганічні тверді речовини часто мають прості кристалічні структури, і деякі з цих структур прийняті великими сімействами іонних або ковалентних сполук. Приклади найбільш поширених структур включають NaCl, CScL, NiAs, zincblende, wurtzite, флюорит, перовскіт, рутил та шпінель. Ми будемо розробляти ці конструкції систематично з тісно упакованих і не закритих упакованих решіток, показаних нижче. Деякі шаруваті структури, такі як CdCl 2 і CDi 2, можна розглядати як родичі простих іонних решіток з деякими атомами «відсутніми».
- 8.2: Близьке пакування та міжсторінкові сайти
- Багато поширених неорганічних кристалів мають структури, пов'язані з кубічними тісно упакованими (кубічними кубічними) або гексагональними тісно упакованими сферичними упаковками. Ці пакувальні решітки містять два типи ділянок або «отворів», які заповнюють інтерстиціальні атоми, а координаційна геометрія цих ділянок або чотиригранна, або восьмигранна. Інтерстиціальний атом, що заповнює чотиригранний отвір, узгоджується з чотирма пакувальними атомами, а атом, що заповнює октаедричний отвір, узгоджується з шістьма пакувальними атомами.
- 8.3: Структури, пов'язані з NaCl та NiAs
- Існує ряд сполук, які мають структури, подібні до структури NaCl, але мають меншу симетрію (зазвичай нав'язується геометрією аніона), ніж сам NaCl.
- 8.4: Тетраедричні структури
- У гратах ccp і hcp є два чотиригранних отвори на один атом упаковки. Стехіометрія або M2X або MX2 дає структуру, яка заповнює всі чотиригранні ділянки, тоді як структура MX заповнює лише половину ділянок.
- 8.5: Шаруваті структури та реакції інтеркаляції
- Шаруваті структури характеризуються сильним (і зазвичай ковалентним) зв'язком між атомами в двох вимірах і слабшим зв'язком у третьому. Широкий спектр сполук і алотропів деяких чистих елементів (B, C, P, As) існує в шаруватих формах. Конструктивно найпростішу з цих структур (наприклад, бінарні галогеніди металів і сульфіди) можна охарактеризувати як мають деяку частку восьмигранних і/або чотиригранних ділянок, заповнених гратами fcc і hcp.
- 8.6: З'єднання в структурах TiS₂, MoS₂ та піриту
- Багато шаруватих дихалькогенідів, таких як TiS₂ і ZrS₂, мають структуру CdI₂. У цих сполуках, як ми вже зазначали вище, іони металів октаедрально координуються С.Цікаво, що структури MoS₂ і WS₂, хоча вони також шаруваті, різні. У цих випадках метал оточений тригональної призмою атомів сірки. NbS₂, TaS₂, MoSe₂, MoTe₂ і WSe₂ також мають тригональну призматичну структуру молібденіту, яка показана нижче поряд з пластинчастим кристалом MoS₂.
- 8.7: Шпінель, перовскіт та рутилові структури
- Є ще три структури, отримані з щільно упакованих решіток, які особливо важливі через властивості матеріалу їх сполук. Це структура шпінелі, на якій засновані ферити та інші магнітні оксиди, структура перовскіту, яка прийнята сегнетоелектричними та надпровідними оксидами, і структура рутилу, яка є загальною бінарною структурою 6:3, прийнятою оксидами та фторидами.