Молекулярные кристаллы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Молекулярные кристаллы - кристаллы, образованные молекулами, связанными силами межмолекулярного взаимодействия. Это гл. обр. ван-дер-ваальсовы силы и водородная связь .Внутри молекул атомы соединены более прочными ковалентными связями, поэтому плавление, возгонка и полиморфные переходы в M. к. происходят без нарушения целостности молекул.

К молекулярным кристаллам относятся квазидвумерные соединения (слоистые) и квазиодномерные соединения (цепочечные), где слои и цепочки связаны силами Ван-дер-Ваальса. M. к. образуют комплексные и элементоорганич. соединения (рис. 1, а, б), бинарные соединения (H₂O, CO₂, HC и др.). В форме M. к. могут существовать нек-рые простые вещества (H₂, O₂, N₂, галогены).

Строение молекулярных кристаллов определяется принципом макс. заполнения пространства, симметрией молекул и их укладки. Укладку определяют ван-дер-ваальсовы силы (энергия связи ~ 1-3 ккал/моль). Макс. заполнение пространства молекулами произвольной формы достигается выделением отд. слоев. Молекулы в слоях могут располагаться параллельными и антипараллельными рядами или "ёлочкой" (рис. 2). При этом обычно достигается координационное число 12 или 14 (реже 8, 10, 16 и др.).

Молекулы располагаются так, что выступы одних молекул (обычно атомы H) входят в углубления или промежутки соседних. Это способствует возникновению в молекулярных кристаллах скользящих плоскостей или винтовых осей (плоскости симметрии встречаются редко, см. Симметрия кристаллов ).Существуют определ. соотношения между симметрией молекул и M. к.

Рис. 1. Структура комплексных соединений, в которых центральный атом Pt образует октаэдрические K₂PtCl₄ (а) и квадратные K₂PtCl₆ (б) комплексы.

Симметрия молекул и молекулярных кристаллов

Чаще всего молекулярный кристалл имеет моноклинную, ромбоэдрич. или триклинную структуру; реже более высокосимметричную - тетрагональную, гексагональную и кубическую.

Рис. 2. Укладка слоев органических молекул.

Mолекулярные кристаллы с водородными связями образуются молекулами H₂O (лёд), спиртов, карбоновых к-т, а также большинством молекул биол. происхождения (см. Биологический кристалл ).Водородная связь - направленная, требование плотной упаковки молекул приводит к сближению выступов (H) одной молекулы с выступами другой (О, N). Отсюда, если молекулы обладают центром симметрии и двойной осью симметрии, то эти же элементы симметрии появляются у молекулярных кристаллов. В случае асимметричных молекул в M. к. можно ожидать появления винтовых осей.

Для молекулярных кристаллов характерны низкие температуры плавления, большие коэф. теплового расширения и сжимаемость, малая твёрдость. Большинство молекулярных кристаллов при комнатной температуре - диэлектрики ,но у нек-рых (органич. красители) наблюдаются полупроводниковые свойства.

Литература по молекулярным кристаллам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.