Твердые тела имеют кристаллическое строение. Что же на самом деле скрывается в этой знакомой всем со школьной скамьи фразе?
Это значит, что твердые тела состоят из маленьких кристалликов. Кристалл - это симметричная фигура, ограниченная плоскими поверхностями. Примеры простые и всем знакомые, кристалл поваренной соли или сахара. Если кусочек соли раздробить на маленькие, малюсенькие кусочки, то каждый из них будет иметь форму, подобную большому кристаллу.
Представьте себе, что такие мельчайшие кристаллики спрессовали в большой, не имеющий форму кусок. Вы получите представление о строении большинства окружающих вас твердых тел.
Что же объединяет большое многообразие различных кристаллов между собой? Объединяет их то, что все они устроены "правильно". Чтобы понять это, представьте себе такую модель. Вырежем из бумаги фигурки любой произвольной формы и предположим, что это молекулы. Теперь их надо разложить в один ряд разными способами. Если Вы посмотрите на картинку, то сразу поймете какой из рядов сложен "неправильно", а какие "правильно" с точки зрения самих молекул.
"Неправильно" выложен самый верхний ряд. "Правильность" расположения фигурок в рядах заключается в том, что положение каждой фигурки (молекулы) связано с положением соседних фигурок. Если еще глубже: зная расположение одной фигурки мы уже знаем как расположены другие.
Но при расположение молекул в кристаллах действует еще одно непреложное правило: при кристаллизации молекулы располагаются так, чтобы между ними оставалось как можно меньше пустого пространства. Но все же в кристалле, построенном из молекул, остается много пустого пространства, до 30 процентов от объема всего кристалла.
А вот в кристаллах, образованных из атомов и молекул дело с плотностью упаковки обстоит намного лучше. Кристаллы из ионов похожи на очень плотную упаковку шаров.
Образуется ионный кристалл следующим образом ( на примере поваренной соли). Ионы хлора укладываются друг на друга слоями, причем каждый верхний слой ложится в лунки (углубления) нижнего слоя. Пустоты все таки остаются, но в них помещаются ионы натрия.
Тем не менее слой на слое можно располагать по -разному, например, сдвигая слои относительно друг друга. Будет получаться боле сложная структура. И варианты расположения множатся до бесконечности. Вот так возникает большое разнообразие кристаллических телах.
О металлических кристаллах поговорим в следующей статье. Там масса интересных особенностей.