Главная / Кристаллохимия / Ответы на тесты (4)

Ответы на тесты (4)

4.1. Приведите примеры металлов, структура которых описывается двухслойной ПШУ. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?

Mg, Be, b-Ce, Tl, Ti. Атомы расположены в вершинах гексагональной ячейки и центре одной из двух тригональных призм, на которые ячейку разбивает плоскость, проходящая через малую диагональ основания. КЧ = 12 (гексагональный аналог кубооктаэдра).

4.2. Приведите примеры металлов, структура которых описывается трехслойной ПШУ. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?

Cu, Au, Al, Ni, Pb. Атомы расположены в вершинах кубической ячейки и центрах всех граней. КЧ = 12 (кубооктаэдр).

4.3. Приведите примеры металлов, изоструктурных AFe. Как расположены атомы в элементарных ячейках этих металлов? Какова координация атомов?

K, Ba, V, W. Атомы расположены в вершинах и центре кубической ячейки. КЧ = 8 (куб).

4.4 Приведите примеры аномальных кристаллических структур металлов. Опишите эти структуры.

1) Zn, Cd – структура Mg, растянутая вдоль оси третьего порядка.

2) In – структура Cu, растянутая вдоль оси четвёртого порядка; Hg – структура Cu, сжатая вдоль оси третьего порядка.

3) La – четырёхслойная ПШУ; Sm – девятислойная ПШУ.

4) a-Po – простая кубическая кладка атомов Po.

4.5. Какую структуру имеют отвердевших инертные газы.

В соответствии с правилом Юм-Розери число ковалентных связей в кристаллах инертных газов равно нулю. Поэтому все связи в этих кристалла ван-дер-ваальсовы, то есть – ненаправленные. Таким образом, структуры отвердевших инертных газов и металлов схожи и могут быть описаны в терминах ПШУ. Кристаллический He – двухслойная ПШУ, аналог Mg; остальные инертные газы – трёхслойная ПШУ, структура Cu.

4.6. Опишите особенности высокотемпературных кристаллических модификаций фтора и кислорода.

В этих кристаллах двухатомные молекулы соответствующих элементов находятся в состоянии свободного вращения вокруг вершин кубической ячейки. РСА фиксирует такие молекулы как сферы. Данное состояние называется Ротационно-кристаллическим. b-F2, g-O2: PM3N, Z = 8.

4.7. Какое видоизменение кристаллической структуры наблюдается в ряду Cl2, Br2, I2?

В соответствии с правилом Юма-Розери число ковалентных связей в кристаллах галогенов равно 1, то есть в структуре имеются двухатомные молекулы. Тем не менее, в указанном ряду степень гетеродесмичности структуры понижается вследствие ослабления внутримолекулярных связей и укрепления межмолекулярных связей из-за роста размеров атомов и электронных оболочек.

4.8. Какие координационные числа имеют атомы в структурах Te, As и Ge?

Te – изоструктурен серому Se; цепочечное строение, КЧ = 2.

As – изоструктурен черному фосфору (гофрированные слои из шестичленных колец – «кресел»); КЧ = 3.

Ge – имеет алмазоподобную структуру; КЧ = 4.

4.9. Каков характер кристаллических структур серого и красного селена?

Красный селен (a-Se) – изоструктурен ромбической сере; восьмичленные кольца Se8 связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми связями; характер структуры: островная гетеродесмическая.

Серый селен (b-Se) – структура сформирована цепями Pc312; цепи связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми связями; характер структуры: цепочечная гетеродесмическая.

4.10. Опишите структурные особенности двух кристаллических модификаций азота.

A-N2 – кубическая элементарная ячейка; PA3, Z = 4

B-N2 – гексагональная элементарная ячейка; P63/Mmc, Z = 2

(в обоих случаях указаны структурные классы для молекул N2).

4.11. Каков характер структуры белого, черного и красного фосфора?

Чёрный фосфор – гофрированные слои, состоящие из шестичленных колец в конформации «кресло»; между слоями – слабые ван-дер-ваальсовы связи; характер структуры: слоистая гетеродесмическая.

Белый фосфор – кубическая плотнейшая упаковка тетраэдрических «молекул» Р4; характер структуры: островная гетеродесмическая.

Красный фосфор – аморфное вещество; скорее всего, состоит из цепей, неупорядоченно расположенных в пространстве.

4.12. Перечислите важнейшие кристаллические формы углерода.

1) Алмаз и лонсдейлит (sp3-гибридизация атомов углерода, КЧ = 4 – тетраэдр); сингония –кубическая и гексагональная соответственно.

2) a — и b-графит (sp2-гибридизация атомов углерода, КЧ = 3 – треугольник); структура сформирована слоями, состоящих из правильных шестичленных колец. В a-графите слои чередуются через один; в b-графите – через два.

3) карбин – бесконечные цепи

4.13. Какова координация атома углерода в фуллерене?

Молекула фуллерена имеет форму усечённого икосаэдра и сформирована пяти — и шестичленными циклами атомов углерода. КЧ = 3; атомы углерода в вершинах искажённых тригональных пирамид.

4.14. Какова координация атомов бора в кристаллическом боре?

Кристаллическая структура бора сформирована икосаэдрами В12, соединёнными через мостиковые атомы бора. Координация атомов: КЧ = 4 (в вершине тетрагональной пирамиды), КЧ = 5 (в вершине пентагональной пирамиды), КЧ = 6 (в центре пентагональной пирамиды).

4.15. Приведите примеры изоструктурных неметаллов из VIII и VII групп.

Ne – Ar – Kr– Xe (структура Cu); Cl2 – Br2 – I2.

4.16. Приведите примеры изоструктурных неметаллов из VI и V групп.

Ромбическая сера – a-Se (красный селен); b-Se (серый селен) – Te.

Чёрный фосфор – As – Sb – Bi.

4.17. Приведите примеры изоструктурных неметаллов IV группы.

Алмаз – Si – Ge – a-Sn (серое олово); высокотемпературные модификации Si и Ge – b-Sn (белое олово).

4.18. Приведите примеры интерметаллидов со структурами, подобными основным структурным типам металлов. Что такое Сверхструктура?

Сверхструктура – геометрическое подобие в мотиве расположения атомов в более сложном химическом веществе по сравнению с более простым. Например, Cu3Au – сверхструктура Cu; Fe3Al –сверхструктура a-Fe.

4.19. Что такое фазы Лавеса? Приведите примеры.

Фазы Лавеса – интерметаллические соединения, в которых атомы меньшего размера образуют компактные группировки (обычно – тетраэдрические), соединяющиеся в каркасы. Атомы большего радиуса занимают образующиеся пустоты. Такие структуры характерны для бинарных металлических соединений АВ в случае, если атомы А и В близки химически, но их ионные радиусы существенно различаются.

Примеры: MgCu2, MgZn2, MgNi2.

4.20. Чем структура интерметаллида CuAu отличается от структуры сплава того же состава. Какова симметрия кристаллических структур сплава и интерметаллида?

Сплав – статистическое расположение атомов меди и золота; тем не менее, если принять эти атомы за одинаковые, то существуют упорядоченность и периодичность их расположения.

Интерметаллид – расположение атомов меди и золота упорядоченно.

Симметрия структуры: в обоих случаях это структура меди, растянутая вдоль оси 4; в сплаве атомы расположены статистически, в интерметаллиде – слои меди и золота чередуются.

Оставить комментарий