კვანტ. იონური კრისტალები

იონური კრისტალები არის ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ქიმიური ბმის უპირატესი იონური ბუნება, რომელიც დაფუძნებულია დამუხტულ იონებს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით.იონური კრისტალების ტიპიური წარმომადგენლები არიან ტუტე ლითონის ჰალოიდები, მაგალითად, ისეთი სტრუქტურით, როგორიცაა NaCl და CaCl.

როდესაც წარმოიქმნება კრისტალები, როგორიცაა კლდის მარილი (NaCl), ჰალოგენის ატომები (F, Cl, Br, I), რომლებსაც აქვთ მაღალი ელექტრონებთან კავშირი, იჭერენ ტუტე ლითონების (Li, Na, K, Rb, I) ვალენტურ ელექტრონებს. დაბალი იონიზაციის პოტენციალი, როდესაც იქმნება დადებითი და უარყოფითი იონები, რომელთა ელექტრონული გარსები მსგავსია უახლოესი ინერტული აირების სფერულად სიმეტრიულად შევსებული s 2 p 6 გარსების (მაგალითად, N + გარსი მსგავსია Ne გარსის, და Cl-ის გარსი Ar-ის მსგავსია). ანიონებისა და კატიონების კულონის მიზიდვის შედეგად ექვსი გარე p-ორბიტალი გადახურულია და წარმოიქმნება NaCl ტიპის გისოსი, რომლის სიმეტრია და კოორდინაციის რიცხვი 6 შეესაბამება თითოეული ატომის ექვს ვალენტურ კავშირს. მეზობლები (ნახ. 3.4). მნიშვნელოვანია, რომ p-ორბიტალების გადაფარვისას, იონების ნომინალური მუხტების (+1 Na-სთვის და -1 Cl-ისთვის) დაქვეითება ხდება მცირე რეალურ მნიშვნელობებამდე, ელექტრონის სიმკვრივის ექვს ბმაში გადანაცვლების გამო. ანიონიდან კატიონამდე, ისე, რომ ნაერთში ატომების რეალური მუხტი გამოდის, მაგალითად, რომ Na-სთვის ის უდრის +0,92e-ს, ხოლო Cl-სთვის უარყოფითი მუხტი ასევე ხდება -1e-ზე ნაკლები.

ატომების ნომინალური მუხტების შემცირება ნაერთებში რეალურ მნიშვნელობებამდე მიუთითებს იმაზე, რომ მაშინაც კი, როდესაც ყველაზე ელექტროუარყოფითი ელექტროპოზიტიური ელემენტები ურთიერთქმედებენ, იქმნება ნაერთები, რომლებშიც ბმა არ არის წმინდა იონური.

ბრინჯი. 3.4. ატომთაშორისი ბმების წარმოქმნის იონური მექანიზმი სტრუქტურებში, როგორიცააNaCl. ისრები მიუთითებს ელექტრონის სიმკვრივის ცვლის მიმართულებებს

აღწერილი მექანიზმის მიხედვით წარმოიქმნება არა მხოლოდ ტუტე ლითონის ჰალოიდები, არამედ გარდამავალი ლითონების ნიტრიდები და კარბიდები, რომელთა უმეტესობას აქვს NaCl ტიპის სტრუქტურა.

იმის გამო, რომ იონური ბმა არის არამიმართული და უჯერი, იონური კრისტალები ხასიათდება დიდი კოორდინაციის რიცხვებით. იონური კრისტალების ძირითადი სტრუქტურული მახასიათებლები კარგად არის აღწერილი გარკვეული რადიუსების სფეროების მკვრივი შეფუთვის პრინციპის საფუძველზე. ამრიგად, NaCl-ის სტრუქტურაში, Cl-ის დიდი ანიონები ქმნიან კუბურ მჭიდრო შეფუთვას, რომელშიც ყველა ოქტაედრული სიცარიელე დაკავებულია პატარა Na კათიონებით. ეს არის KCl, RbCl და მრავალი სხვა ნაერთის სტრუქტურები.

იონური კრისტალები მოიცავს დიელექტრიკების უმეტესობას მაღალი ელექტრული წინააღმდეგობის მნიშვნელობებით. იონური კრისტალების ელექტრული გამტარობა ოთახის ტემპერატურაზე ოცზე მეტი ბრძანებით ნაკლებია, ვიდრე ლითონების ელექტროგამტარობა. იონურ კრისტალებში ელექტრული გამტარობა ძირითადად ხორციელდება იონების მიერ. იონური კრისტალების უმეტესობა გამჭვირვალეა ელექტრომაგნიტური სპექტრის ხილულ რეგიონში.

იონურ კრისტალებში მიზიდულობა ძირითადად გამოწვეულია დამუხტულ იონებს შორის კულონის ურთიერთქმედებით. - საპირისპიროდ დამუხტულ იონებს შორის მიზიდულობის გარდა, არსებობს აგრეთვე მოგერიება, რომელიც გამოწვეულია, ერთი მხრივ, მსგავსი მუხტების მოგერიებით, მეორეს მხრივ, პაულის გამორიცხვის პრინციპის მოქმედებით, რადგან თითოეულ იონს აქვს სტაბილური ელექტრონული კონფიგურაციები. ინერტული გაზები შევსებული გარსებით. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, იონური კრისტალის მარტივ მოდელში შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ იონები არის მყარი, შეუღწევადი დამუხტული სფეროები, თუმცა რეალურად, მეზობელი იონების ელექტრული ველების გავლენის ქვეშ, სფერულად სიმეტრიულია. იონების ფორმა გარკვეულწილად დარღვეულია პოლარიზაციის შედეგად.

იმ პირობებში, როდესაც ერთდროულად არსებობს მიმზიდველი და მომგერიებელი ძალები, იონური კრისტალების სტაბილურობა აიხსნება იმით, რომ მანძილი განსხვავებულ მუხტებს შორის ნაკლებია, ვიდრე მსგავს მუხტებს შორის. ამრიგად, მიზიდულობის ძალები ჭარბობს მოგერიების ძალებზე.

ისევ, როგორც მოლეკულური კრისტალების შემთხვევაში, იონური კრისტალების თანმიმდევრული ენერგიის გაანგარიშებისას, შეიძლება მივიღოთ ჩვეულებრივი კლასიკური ცნებებიდან, თუ ვივარაუდებთ, რომ იონები განლაგებულია კრისტალური ბადის კვანძებში (წონასწორობის პოზიციები), მათი კინეტიკური ენერგია არის უმნიშვნელოა და იონებს შორის მოქმედი ძალები ცენტრალურია.

Stasenko A., Brook Y. იონური კრისტალები, იანგის მოდული და პლანეტარული მასები // Quantum. - 2004. - No 6. - გვ 9-13.

სპეციალური შეთანხმებით ჟურნალ "კვანტის" სარედაქციო კოლეგიასთან და რედაქტორებთან.

ერთხელ იქ პატარა უფლისწული ცხოვრობდა. ის ცხოვრობდა პლანეტაზე, რომელიც მასზე ოდნავ დიდი იყო...
პატარა უფლისწულმა ყველაფერი დაწვრილებით მომიწერა და მე დავხატე ეს პლანეტა.
ანტუან დე სენტ-ეგზიუპერი. პატარა უფლისწული

რა ატომებისგან შედგება პლანეტები?

ოდესმე გიფიქრიათ იმაზე, თუ როგორ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან განსხვავებული პლანეტები? რა თქმა უნდა, მასით და ზომით, თქვენ ამბობთ. ეს მართალია; პლანეტების მასები და რადიუსი დიდწილად განსაზღვრავს მათ სხვა მახასიათებლებს. აბა, რა ქიმიური ელემენტების ატომებისგან არის აგებული პლანეტები? ასტროფიზიკოსები ამას სხვადასხვაგან ამბობენ. მაგრამ მზის სისტემაში და ზოგადად სამყაროში, სხვადასხვა ელემენტების ატომები არ არის თანაბარი რაოდენობით. ცნობილია, მაგალითად, რომ წყალბადის, ჰელიუმის და ყველა სხვა ელემენტის ფარდობითი შემცველობა (მასით) განისაზღვრება 0,73:0,25:0,02 თანაფარდობით.

ჩვენი მზის სისტემის პლანეტები ასევე განსხვავებულად არის აგებული. მათგან ყველაზე დიდია იუპიტერი და სატურნი (მათი მასები, შესაბამისად, 318 და 95-ჯერ აღემატება დედამიწის მასას. მთ) - ძირითადად შედგება წყალბადისა და ჰელიუმისგან. მართალია, ამ პლანეტებში წყალბადიც და ჰელიუმიც არ არის აირისებრ მდგომარეობაში, არამედ მყარ ან თხევად მდგომარეობაში და ამ პლანეტების საშუალო სიმკვრივეები ბევრად აღემატება პლანეტარული ატმოსფეროს ან, მაგალითად, გაზების სიმკვრივეს, რომლითაც ჩვენ გვაქვს. ჩვეულებრივ ექსპერიმენტები ფიზიკის სახელოსნოში გაზის კანონების შესწავლისას. პლანეტებს ურანს და ნეპტუნს აქვთ დედამიწის მასაზე, შესაბამისად, 15 და 17-ჯერ მეტი და ისინი ძირითადად ყინულისგან, მყარი მეთანისგან შედგება. CH 4 ) და ამიაკი ( NH 3 ) მეტალის ფაზაში. გაითვალისწინეთ, რომ პლანეტების მასის კლებასთან ერთად (თუ თქვენ „გადაადგილდებით“ მასის მასშტაბით გიგანტური პლანეტებიდან), იზრდება ატომების საშუალო მასის რაოდენობა, საიდანაც ეს პლანეტებია აგებული. ეს დამთხვევაა? როგორც ჩანს, არა - იგივე განცხადება გამოდის მართალი მასობრივი მასშტაბის შემდგომი „მოძრაობით“. ხმელეთის პლანეტები (მერკური, ვენერა, მარსი) არ აღემატება დედამიწას მასით და მათთვის (და დედამიწისთვის) დამახასიათებელი ელემენტია რკინა. გარდა ამისა, ისინი შეიცავს ბევრ სილიკატს (მაგალითად, სილიციუმის დიოქსიდს SiO2 ). ტენდენცია სრულიად ნათელია - რაც უფრო დიდია პლანეტის მასა, მით უფრო დაბალია ატომების საშუალო მასის რიცხვი, საიდანაც იგი შედგება. ჩნდება საკმაოდ ბუნებრივი კითხვა - შესაძლებელია თუ არა იმის თქმა, რომ არსებობს რაიმე სახის კავშირი პლანეტების მასებსა და ატომების მასებს შორის, საიდანაც ისინი აგებულია?

რა თქმა უნდა, არასწორი იქნება იმის თქმა, რომ ატომის ბირთვების მასები დამოკიდებულია პლანეტის მასაზე. თითოეული ქიმიური ელემენტის ატომები ზუსტად ერთნაირად არის განლაგებული არა მხოლოდ სხვადასხვა პლანეტებზე, არამედ ზოგადად სამყაროს ნებისმიერ ადგილას. მაგრამ კავშირი იმ ატომების მასებს შორის, საიდანაც რეალურად არის „აშენებული“ პლანეტები და თავად პლანეტების მასებს შორის, ნამდვილად არსებობს. და სწორედ ამაზე ვისაუბრებთ შემდეგში.

ჩვენ განვიხილავთ ძალიან მარტივ მოდელს. მაგრამ „ხშირად გამარტივებული მოდელი უფრო მეტ ნათელს ჰფენს ფენომენის ბუნებას რეალურად როგორ მუშაობს, ვიდრე ნებისმიერი რაოდენობის გამოთვლა“. თავიდანვესხვადასხვა კონკრეტული შემთხვევისთვის, რომლებიც, თუნდაც სწორი იყოს, ხშირად იმდენ დეტალს შეიცავს, რომ სიმართლეს უფრო მალავს, ვიდრე გარკვევას“. ეს სიტყვები ეკუთვნის ნობელის პრემიის ლაურეატს ფიზიკაში, ჩვენი დროის ერთ-ერთ უდიდეს თეორიულ ფიზიკოს ფ.ანდერსონს.

გასაკვირია, რომ ჩვენი მზის სისტემის პლანეტები, როგორც ირკვევა, არც ისე შორს არიან ქვემოთ განხილული მოდელისგან. და მაინც, ჩვენ უკვე უნდა გავაფრთხილოთ მკითხველები იმ მარტივი ფორმულების ძალიან ფორმალური გამოყენების შესახებ, რომლებსაც ჩვენ შემდგომში დავწერთ. რეალურიპლანეტები. ყველა შეფასება, რომელსაც ჩვენ ვაკეთებთ, მოქმედებს მხოლოდ სიდიდის მიხედვით. ჩვენ გამოვიყენებთ ხარისხობრივ მოსაზრებებს და განზომილების მეთოდს შეფასებებისთვის და არ ვიდარდებთ იმ რიცხვითი კოეფიციენტების შესახებ, რომლებიც წარმოიქმნება უფრო ზუსტი გამოთვლების დროს. ეს მიდგომა გამართლებულია, თუ ფორმულებში რიცხვითი კოეფიციენტები არის ერთიანობის რიგის. მაგრამ ზუსტად ეს სიტუაცია საკმაოდ ხშირად ჩნდება ფიზიკასა და ასტროფიზიკაში (თუმცა, რა თქმა უნდა, ყოველთვის არა). ამის უფრო სერიოზული მიზეზები არსებობს, მაგრამ ჩვენ მათ აქ არ განვიხილავთ, უბრალოდ, მტკიცებულების გარეშე მივიღებთ იმას, რომ განზომილებიანი კოეფიციენტები არ გააფუჭებს (ყოველ შემთხვევაში, ხარისხობრივად) ჩვენს დასკვნებს.

ჩვენი მთავარი მიზნისკენ - პლანეტების მასებსა და მათ ქიმიურ შემადგენლობას შორის კავშირის დამყარების გზაზე - მოკლე ექსკურსიას ჩავატარებთ მყარი მდგომარეობის ფიზიკაში და გამოვთვლით იონური კრისტალის ენერგიას და მის იანგის მოდულს. საბოლოო ჯამში, ეს გამოთვლები დაგვეხმარება პლანეტების გაგებაში.

იონური კრისტალები და იანგის მოდული

ჯერ განვიხილოთ იონური კრისტალის მოდელი, რომელიც მსგავსია სუფრის მარილის ბროლის NaCl , მაგრამ ამ უკანასკნელისგან განსხვავდება იმით, რომ ატომებს აქვთ დაახლოებით იგივე მასები. ეს განსხვავდება კრისტალისგან NaCl არ არის ძალიან მნიშვნელოვანი შემდგომი მსჯელობისთვის, მაგრამ ეს გარკვეულწილად გაამარტივებს ჩვენს გამოთვლებს. ჩვენ შეგვიძლია უგულებელვყოთ ელექტრონების მასა ატომის ბირთვების მასასთან შედარებით.

მოდით ბროლის სიმკვრივე ρ და ატომების მასური რიცხვები, რომლებიც მას ქმნიან ა 1 ≈ ა 2 ≈ ა. ნუკლეონების - პროტონებისა და ნეიტრონების მასები, რომლებიც ქმნიან ბირთვებს, ძალიან ოდნავ განსხვავდება; ჩვენ აქ არ გავითვალისწინებთ მათ შორის არსებულ განსხვავებებს. ამ ვარაუდით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ თითოეული ატომის მასა დაახლოებით ტოლია ატომის ბირთვის მასის

\(~მ \დაახლოებით Am_p,\)

სად მ p არის ნუკლეონის მასა. თუ ერთეული მოცულობა შეიცავს მხოლოდ ნატომები, მაშინ მათი მთლიანი მასა უდრის სიმკვრივეს:

\(~nm = \rho.\)

ჩვენთვის მოსახერხებელია ამ მარტივი ფორმულის სხვაგვარად გადაწერა. იმ შეფასებებისთვის, რომლებსაც ჩვენ ვაპირებთ, შეგვიძლია ჩვენი მოდელის კრისტალი კუბურად მივიჩნიოთ. ეს ნიშნავს, რომ ატომები "სხედან" ელემენტარული კუბის კუთხეებში - კრისტალური მედის უჯრედი. ამ კუბის კიდის სიგრძე ასოთი ავღნიშნოთ ა. თავისი მნიშვნელობით, სიდიდე ნპირდაპირ კავშირშია ა\[~na^3 = 1\], შესაბამისად

\(~\rho = \frac(m)(a^3).\)

ეს ფორმულა საინტერესოა იმით, რომ მარჯვენა მხარე მოიცავს მდა ა- მნიშვნელობები არის "მიკროსკოპული", მარცხნივ არის სრულიად "მაკროსკოპული" მნიშვნელობა - ბროლის სიმკვრივე.

ჩვენი კრისტალური გისოსი აგებულია დადებითი და უარყოფითი იონების მონაცვლეობით. სიმარტივისთვის, თითოეული იონის მუხტი ჩაითვლება ელექტრონის მუხტის ტოლად შესაბამისი ნიშნით, ე.ი. ± ე. თითოეულ იონზე მოქმედი ძალები ჩვეულებრივი კულონის ძალებია. თუ ჩვენ გვქონდა მხოლოდ ორი იონი და ისინი იყვნენ მანძილზე აერთმანეთისგან, მაშინ მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია იქნება მნიშვნელობა \(~\sim \frac(e^2)(\varepsilon_0 a)\), სადაც ε 0 არის ელექტრული მუდმივი, ხოლო "~" სიმბოლო ნიშნავს, რომ ჩვენ დავწერეთ შეფასება სიდიდის მიხედვით. ორი იონის ურთიერთქმედების ენერგია ძალიან მნიშვნელოვანი და სასარგებლო მახასიათებელია შეფასებებისთვის. მაგრამ, რა თქმა უნდა, კრისტალში ორ ნაწილაკზე ბევრად მეტია. თუ დავუშვებთ, რომ ნაწილაკებს შორის საშუალო მანძილი არის 2·10 -10 მ, მაშინ ადვილია გამოვთვალოთ, რომ 1 სმ 3-ში იქნება დაახლოებით 10 23 ნაწილაკი.

ადამიანები ხშირად საუბრობენ იონების სისტემის ელექტროსტატიკური ენერგიის სიმკვრივეზე, რომლებიც ქმნიან კრისტალს. სიტყვა "სიმკვრივე" აქ გამოიყენება, რადგან ის ეხება ენერგიას მოცულობის ერთეულზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს რაოდენობა არის ყველა წყვილი იონის პოტენციური ურთიერთქმედების ენერგიის ჯამი ერთეულ მოცულობაში. მაგრამ ძნელია ზუსტად გამოვთვალოთ ასეთი ჯამი; ჩვენ ამას აქ ვერ გავაკეთებთ, რადგან ამისთვის დაგვჭირდება გავითვალისწინოთ ერთმანეთისგან სხვადასხვა მანძილზე მდებარე დიდი რაოდენობის ნაწილაკების ურთიერთქმედება. თუმცა, თქვენ შეგიძლიათ იმოქმედოთ კრისტალური სიმკვრივის ფორმულის ანალოგიით.

ჯერ აღვნიშნოთ, რომ ენერგიის სიმკვრივე, რომელიც ჩვენ გვაინტერესებს არის ვაქვს განზომილება J/m 3, ხოლო იონების წყვილის პოტენციური ენერგიის განზომილება არის \(~\left[ \frac(e^2)(\varepsilon_0 a) \right]\) = J. სიმბოლო [ ...]- აღნიშნავს რაოდენობის განზომილებას, ფრჩხილებში. მოდით გავყოთ "მიკროსკოპული" სიდიდე \(~\frac(e^2)(\varepsilon_0 a)\) მეორეზე, ასევე "მიკროსკოპული" - a 3-ზე და მივიღებთ სიდიდეს, რომელსაც აქვს ენერგიის სიმკვრივის განზომილება. . შეიძლება ვიფიქროთ, რომ ეს არის ზუსტად შეფასება ვ.

ეს მოსაზრებები, რა თქმა უნდა, არ არის მკაცრი მტკიცებულება იმისა, რომ კრისტალის წარმომქმნელი იონების სისტემის ელექტროსტატიკური ენერგიის სიმკვრივე უდრის \(~\frac(e^2)(\varepsilon_0 a^4)\). თუმცა, იონური კრისტალის ზუსტი გამოთვლა მივყავართ ფორმულამდე

\(~w = \alpha n \frac(e^2)(\varepsilon_0 a) = \alpha \frac(e^2)(\varepsilon_0 a^4),\)

რომელიც ჩვენ მიერ მიღებული შეფასებისგან განსხვავდება მხოლოდ რიცხვითი ფაქტორით α ~ 1.

ნივთიერების ელასტიური თვისებები განისაზღვრება, რა თქმა უნდა, ატომთაშორისი ურთიერთქმედებით. ასეთი თვისებების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია, როგორც ვიცით, იანგის მოდული ე. ჩვენ მიჩვეულები ვართ მისი განსაზღვრას ჰუკის კანონიდან, როგორც დაძაბულობა, რომლის დროსაც სხეულის ფარდობითი წრფივი დეფორმაცია \(~\frac(\Delta l)(l)\) უდრის ერთიანობას, ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, შესაბამის სიგრძეს. იცვლება ნახევარით. მაგრამ E-ს მნიშვნელობა საერთოდ არ არის დამოკიდებული იმაზე, ვიცით თუ არა ჰუკის კანონი და სრულდება თუ არა ის რეალურად. ყურადღება მივაქციოთ დრეკადობის მოდულის განზომილებას: N/m 2 = J/m 3. ამიტომ შეიძლება ინტერპრეტაცია ედა როგორც ზოგიერთი დამახასიათებელი ენერგიის სიმკვრივე.

ამის უფრო გასაგებად, მოდი, კიდევ ორი ​​მაგალითი მოვიყვანოთ. პირველი ეხება ჩვეულებრივი პარალელური ფირფიტის კონდენსატორს. თუ მის ფირფიტებზე დადებთ მუხტებს ± ქ, მაშინ კონდენსატორის შიგნით იარსებებს ელექტროსტატიკური ველი და თავად ფირფიტები მიიზიდავს ერთმანეთს. დაუშვით თითოეული ფირფიტის ფართობი სდა მათ შორის მანძილი დ. შეგიძლიათ გამოთვალოთ მიზიდულობის ძალა ფირფიტებს შორის და გაყოთ იგი სიპოვნეთ „მახასიათებელი წნევა“. ან შეგიძლიათ გამოთვალოთ კონდენსატორში არსებული ენერგია და გაყოთ იგი მოცულობაზე სდიპოვნეთ ენერგიის სიმკვრივე. ორივე შემთხვევაში მიღებული მნიშვნელობა არის \(~\frac(\sigma^2)(2 \varepsilon_0)\), სადაც \(~\sigma = \frac qS\) არის ფირფიტების მუხტების ზედაპირის სიმკვრივე. „მახასიათებელი წნევა“ და ენერგიის სიმკვრივე ამ შემთხვევაში ერთნაირი გამოდის არა მხოლოდ ზომებში, არამედ რიცხობრივადაც.

მეორე მაგალითი არის სითხის ზედაპირული დაძაბულობის კოეფიციენტის განსაზღვრა. ეს კოეფიციენტი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ძალა სიგრძის ერთეულზე (მაგალითად, გაჭიმული საპნის ფილმისთვის), ან შეიძლება ჩაითვალოს ზედაპირის ენერგიის სიმკვრივე. და ამ შემთხვევაში, იგივე მნიშვნელობა განისაზღვრება "ძალა" და "ენერგია" ენებზე.

თუმცა, დავუბრუნდეთ იონურ კრისტალს. იონური კრისტალის ენერგეტიკული მახასიათებელია ელექტროსტატიკური ენერგია; ბროლის ელასტიური თვისებები განისაზღვრება მისი შემადგენელი ნაწილაკების ელექტრული ურთიერთქმედებით. ამიტომ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ვ ~ ე. აქ ჩვენ კვლავ მტკიცებულების გარეშე ვივარაუდებთ, რომ ამ სიდიდეების პროპორციულობის კოეფიციენტი არის ერთიანობის რიგი. ასე ვისწავლეთ შეაფასეთიანგის მოდულის მნიშვნელობა იონური კრისტალისთვის:

\(~E \sim w \sim \frac(e^2)(\varepsilon_0 a^4) \დაახლოებით \frac(\rho)(m) \frac(e^2)(\varepsilon_0 \left(\frac( მ)(\rho) \მარჯვნივ)^(\frac 13)) = e^2 m^(-\frac 43) \rho^(\frac 43) \varepsilon_0^(-1).\)

ამ ფორმულიდან დაუყოვნებლივ გამომდინარეობს, რომ ვ- ღირებულება შეზღუდულია ზემოდან. სანამ ის არსებობს იონურიგისოსებით, იონებს შორის მანძილი არავითარ შემთხვევაში არ შეიძლება იყოს ატომების (იონების) ზომაზე ნაკლები. ეს რომ ასე არ ყოფილიყო, მეზობელი იონების ელექტრონული გარსები გადაიფარებოდა, ელექტრონები გაიზიარებდნენ და იონური კრისტალის ნაცვლად გვექნებოდა ლითონი.

მეორეს მხრივ, იონური კრისტალისთვის მნიშვნელობა ვასევე შეზღუდულია ქვემოდან. ამის გაგება შესაძლებელია შემდეგი მაგალითით. წარმოვიდგინოთ, რომ ძალა, რომელიც დეფორმირებს მას, მიემართება ბროლის ღეროზე. თუ ეს ძალა საკმარისად დიდია, ღერო ჩამოიშლება. მარცხის დროს წარმოქმნილი სტრესი უდრის „გატეხვის“ ძალას, რომელიც იყოფა ამ ძალის პერპენდიკულარული ღეროს კვეთის ფართობზე. ეს ძაბვა, ავღნიშნოთ გვ pr ჰქვია დაჭიმვის სიმტკიცე და ის ყოველთვის ნაკლებია იანგის მოდულზე. ბოლო განცხადება მაინც დამაჯერებელია. როგორც უკვე ვთქვით, იანგის მოდულის ტოლი ძაბვა ფორმალურად იწვევს შესწავლილი ნიმუშის სიგრძის ნახევარით ცვლილებას. (თუმცა ისიც უნდა ითქვას, რომ ჰუკის კანონი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას საკმარისად დიდი დეფორმაციისთვის, ზოგადად, მაგრამ თვისებრივი დასკვნები, რომლებიც გვაინტერესებს, მაინც შენარჩუნებულია ჰუკის კანონის გარეშეც.) გამოცდილებიდან ვიცით, რომ რაღაცის გაჭიმვა ან შეკუმშვა კრისტალის გაორმაგება პრაქტიკულად შეუძლებელია - მანამდე დიდი ხნით ადრე გატყდება. დაე ახლა რ- დამახასიათებელი წნევა კრისტალზე გარეგანი გავლენის გამო. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ბროლის სტრუქტურის არსებობის ერთ-ერთი პირობა არის უტოლობების შესრულება

\(~w > p_(pr) > p.\)

კიდევ ერთი აშკარა პირობა ის არის, რომ ბროლის ტემპერატურა კრისტალური გისოსის დნობის წერტილზე ნაკლები იყოს.

აქ სხვა კითხვა ჩნდება. თუ იანგის მოდული განისაზღვრება, როგორც ძაბვა, რომელიც აორმაგებს ღეროს სიგრძეს, მაშინ რა შეიძლება ითქვას კრისტალზე, რომელსაც აქვს სფეროს ან კუბის ფორმა და ერთდროულად დეფორმირებულია ყველა მხრიდან? ამ შემთხვევაში უფრო აზრიანია საუბარი არა გარკვეული სიგრძის, არამედ შედარებით ცვლილებაზე მოცულობაკრისტალი \(~\frac(\Delta V)(V)\), და ჰუკის კანონი მცირე დეფორმაციების დროს შეიძლება დაიწეროს ფორმით

\(~\frac pK = \frac(\დელტა V)(V).\)

ეს ფორმულა ძალიან ჰგავს იმ ფორმულას, რომელსაც ჩვენ ვწერთ ღეროს დაჭიმვის (ან შეკუმშვის) შემთხვევაში \[~\frac pE = \frac(\Delta l)(l)\], მაგრამ იანგის მოდული. ეახლა შეიცვალა ყოვლისმომცველი შეკუმშვის მოდული TO. მოდული TOასევე შეიძლება განიმარტოს როგორც დამახასიათებელი ენერგიის სიმკვრივე.

იონური ბროლის პლანეტა

ახლა გადავიდეთ ჩვენს მთავარ ამოცანაზე. განვიხილოთ ჰიპოთეტური პლანეტა, რომელიც აგებულია თითქმის იდენტური ატომებისგან, რომლებიც ქმნიან კრისტალურ გისოსს. ასე რომ პლანეტა არის მთლიანადკრისტალური, ნებისმიერ შემთხვევაში, აუცილებელია, რომ წნევა პლანეტის ცენტრში (ის, რა თქმა უნდა, მაქსიმალურია!) არ აღემატებოდეს მნიშვნელობას. ვ.

წნევა მასის მქონე პლანეტის ცენტრში მდა რადიუსი რშეიძლება შეფასდეს ფორმულის გამოყენებით

\(~p \sim G \frac(M^2)(R^4),\)

სად გ- გრავიტაციული მუდმივი. ეს ფორმულა შეიძლება მიღებულ იქნას განზომილებიანი მოსაზრებებიდან. შეგახსენებთ, როგორ კეთდება ეს.

დავუშვათ, რომ წნევა პლანეტის ცენტრში შეიძლება დამოკიდებული იყოს პლანეტის მასაზე მ, მისი რადიუსი რდა გრავიტაციული მუდმივი გდა დაწერეთ ფორმულა

\(~p \sim G^xM^yR^z.\)

ნომრები X, ზე, ზჯერ არ არის ცნობილი. მოდით დავწეროთ ამ ფორმულაში შემავალი პარამეტრების ზომები: [ რ] = კგ მ -1 წ -2, [ გ] = მ 3 კგ -1 წ -2, [ მ] = კგ, [ რ] = m ფორმულის მარცხენა და მარჯვენა მხარის ზომების შედარებისას მივიღებთ

Kg m -1 s -2 = m 3x kg -x s -2x kg y m z.

იმისთვის, რომ თანასწორობა იყოს სამართლიანი, აუცილებელია, რომ რიცხვები X, ზე, ზდააკმაყოფილა განტოლების შემდეგი სისტემა:

\(~\მარცხნივ\(\დაწყება(მატრიცა) 1 = -x + y, \\ -1 = 3x + z, \\ -2 = -2x. \ბოლო (მატრიცა) \მარჯვნივ.\)

აქედან X = 1, ზე = 2, ზ= -4 და ჩვენ ვიღებთ წნევის ფორმულას.

მეორეს მხრივ, ამ ფორმულის გაგება შეიძლება ასე. მასის მქონე ბურთის გრავიტაციული ენერგია მდა რადიუსი რუნდა იყოს \(~\frac(GM^2)(R)\) რიგის, მაგრამ გრავიტაციული ენერგიის სიმკვრივეს მივიღებთ, თუ ენერგიას გავყოფთ ბურთის მოცულობაზე. ვ ~ რ 3. ისევე, როგორც ელასტიური მოდულები შეიძლება განიმარტოს როგორც ელექტროსტატიკური ენერგიის სიმკვრივე, გრავიტაციული ენერგიის სიმკვრივე შეიძლება ჩაითვალოს სიდიდის იმავე რიგის, როგორც წნევა გრავიტაციული ბურთის ცენტრში.

კიდევ ერთხელ ხაზგასმით აღვნიშნოთ, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ არა წნევისა და ენერგიის სიმკვრივის იდენტურობაზე (ეს უბრალოდ არასწორი განცხადება იქნება!), არამედ მათ თანასწორობაზე სიდიდის მიხედვით.

ჩვენი ჰიპოთეტური პლანეტის ცენტრში იონური კრისტალის არსებობის პირობა ასეთია:

\(~G\frac(M^2)(R^4)< w \sim e^2 m^{-\frac 43} \rho^{\frac 43} \varepsilon_0^{-1}.\)

და, რა თქმა უნდა, სრულად კრისტალური პლანეტა მხოლოდ მაშინ არსებობს, თუ ის შედარებით ცივია, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ - პლანეტის ცენტრში ტემპერატურა არ უნდა იყოს ძალიან ახლოს დნობის წერტილთან. წინააღმდეგ შემთხვევაში, პლანეტას თხევადი ბირთვი ექნებოდა – კრისტალი დნება. კიდევ ერთხელ გავითვალისწინოთ, რომ \(~\rho \sim \frac(M)(R^3)\) და \(~m \დაახლოებით Am_p\), მაშინ ჩვენი უტოლობა შეიძლება გადაიწეროს შემდეგნაირად:

\ (~ ა< \left(\frac{e^2}{\varepsilon_0 G m_p M} \right)^{\frac 43} \left(\frac{M}{m_p} \right)^{\frac 14}.\)

აქედან უკვე ნათლად ჩანს, რომ ვარაუდები, რომ პლანეტა მთლიანადკრისტალურია და ცენტრში მისი სიმკვრივე საშუალო სიმკვრივის რიგისაა, მიგვიყვანს ატომების მასების შეზღუდვამდე, რომელთაგანაც ასეთიპლანეტების აშენება შესაძლებელია.

ვარაუდი, რომ პლანეტის საშუალო სიმკვრივე სიდიდის მიხედვით ემთხვევა მის ცენტრში არსებულ სიმკვრივეს, სრულიად ბუნებრივი და საკმაოდ გონივრულია იმ შემთხვევებში, როდესაც პლანეტის ცენტრში მატერია არ არის შეკუმშული "ზედმეტად". მაგრამ შეკუმშვა ძალიან დიდი რომ ყოფილიყო, იონური კრისტალი მაინც აღარ იარსებებდა. თუ იონურ-კრისტალურ პლანეტას აქვს იგივე რადიუსი და მასა, რაც დედამიწას, მაშინ მატერიის სიმკვრივე ცენტრში და ზედაპირთან ახლოს არ განსხვავდება - მხოლოდ სამჯერ. ამიტომ, სიდიდის მიხედვით, საშუალო სიმკვრივე მართლაც იგივეა, რაც სიმკვრივე პლანეტის ცენტრთან ახლოს. იგივე ეხება არც ისე ზუსტ შეფასებებს სხვა პლანეტებისა და ვარსკვლავებისთვის.

ამრიგად, ატომების მაქსიმალური მასის შეზღუდვები, საიდანაც შეიძლება მთლიანად კრისტალური პლანეტების აშენება მოხდეს, განისაზღვრება თავად პლანეტების პარამეტრებით. უწყვეტი იონურ-კრისტალური პლანეტის უმარტივესი მოდელისთვის მივიღეთ

\(~A_(max) = \ოპერატორის სახელი(const) \cdot M^(-\frac 12).\)

ახლა დავხატოთ ფუნქციის გრაფიკი მ(ამაქს) (იხ. სურათი). ეს გრაფიკი, მკაცრად რომ ვთქვათ, ეხება მხოლოდ ჩვენს ჰიპოთეტურ სიტუაციას, სადაც პლანეტები აგებულია იონური კრისტალებისგან და არ აქვთ რაიმე მნიშვნელოვანი თხევადი ბირთვი. გავიხსენოთ სტატიის დასაწყისი, სადაც ვისაუბრეთ იმაზე, თუ რა ელემენტები ან ნაერთებია დამახასიათებელი რეალური პლანეტებისთვის. დავუშვათ, რომ „მზის სისტემის“ პლანეტები (ციტატები განასხვავებენ ჰიპოთეტურ პლანეტებს რეალური პლანეტებისგან, დაახლოებით იგივე მასით!) იონურ-კრისტალურია. თუ მივიღებთ იმას, რომ "მიწის პლანეტების" საშუალო მასის რიცხვი არის დაახლოებით 60, "ურანის" და "ნეპტუნის" დაახლოებით 16, ხოლო "იუპიტერისა" და "სატურნის" 2-4, მაშინ შესაბამისი "წერტილები" საკმაოდ ჯდება. კარგად "ჩვენს გრაფიკზე. მასზე ჰორიზონტალურ ღერძზე ჩვენ გამოვსახეთ L-ის საშუალო მნიშვნელობა „პლანეტებისთვის“, ხოლო ვერტიკალურ ღერძზე გამოვსახეთ იონურ-კრისტალური პლანეტების მასები დედამიწის მასის ერთეულებში.

ა) ჰიპოთეტური პლანეტის ფარდობითი მასის დამოკიდებულება ატომების მასის რაოდენობაზე; ბ) ძალიან, მაგრამ ლოგარითმული მასშტაბით

მაგრამ ეს, რა თქმა უნდა, საერთოდ არ ნიშნავს ამას რეალურიპლანეტებს არ აქვთ თხევადი ბირთვი; ასეთი ბირთვები ალბათ არსებობს. თუმცა, კრისტალური სტრუქტურები ასევე არსებობს პლანეტებზე. და ის ფაქტი, რომ რეალური პლანეტები, ყოველ შემთხვევაში, ხარისხობრივად, მსგავსია მოდელის პლანეტების, საშუალებას გვაძლევს ვამტკიცოთ, რომ ჩვენ რეალურად „დავიჭირეთ“ და გავიგეთ პლანეტების მასებსა და ატომების მასებს შორის კავშირის არსებობის ნიმუში. პლანეტის შემადგენელი მატერიის ძირითადი ნაწილი.

დასკვნის სახით დავამატოთ, რომ ამ სტატიაში მოცემული არგუმენტების მსგავსი არგუმენტები შეიძლება განხორციელდეს იმ შემთხვევებისთვისაც, როდესაც პლანეტები არა იონურ-კრისტალური, არამედ მეტალისაა. მეტალურობა ნიშნავს, რომ კრისტალში (ან სითხეში) არის იონები და "თავისუფალი" ელექტრონები, რომლებიც გამოყოფილია "მათი" ატომებისგან მაღალი წნევის ქვეშ. ამ შემთხვევაში ისინი ამბობენ, რომ გრავიტაციულ შეკუმშვას „ეწინააღმდეგება“ ელექტრონის გაზის წნევა; შესაბამისი ძალების (წნევების) ბალანსი უზრუნველყოფს სტაბილური პლანეტების არსებობის შესაძლებლობას. გაანგარიშების პრინციპი, რომელიც იწვევს პლანეტების მასებს შორის კავშირის დამყარებას და მათი შემადგენელი ატომების მახასიათებლებს შორის, იგივე რჩება, მაგრამ თავად გამოთვლები უფრო რთული ხდება და მათ აქ არ წარმოვადგენთ. ვისაც სურს ასეთი გამოთვლები დამოუკიდებლად გააკეთოს, შეგატყობინებთ, რომ ელექტრონის გაზის წნევა მეტალებში ტოლია \(~\frac(\hbar^2)(m_e) n_e^(\frac) სიდიდის მიხედვით. 53)\), სადაც \(~ \hbar\) ≈ 10 -34 J s - პლანკის მუდმივი, მ e = 10 -30 კგ არის ელექტრონის მასა და ნ e არის ელექტრონების რაოდენობა ერთეულ მოცულობაზე.

იონები, რომლებიც ქმნიან იონურ კრისტალებს, ერთმანეთთან იკავებენ ელექტროსტატიკური ძალებით. ამიტომ იონური კრისტალების ბროლის გისოსების სტრუქტურამ უნდა უზრუნველყოს მათი ელექტრული ნეიტრალიტეტი.

ნახ. 3.24-3.27 სქემატურად ასახავს იონური კრისტალების კრისტალური გისოსების უმნიშვნელოვანეს ტიპებს და იძლევა დეტალურ ინფორმაციას მათ შესახებ. იონის თითოეულ ტიპს იონურ ქსელში აქვს საკუთარი საკოორდინაციო ნომერი. ამრიგად, ცეზიუმის ქლორიდის კრისტალურ ბადეში (ნახ. 3.24) ყოველი Cs+ იონი გარშემორტყმულია რვა Cl" იონით და, შესაბამისად, აქვს კოორდინაციის რიცხვი 8. ანალოგიურად, ყოველი Cl- იონი გარშემორტყმულია რვა Cs+ იონით, ე.ი. , ასევე აქვს საკოორდინაციო რიცხვი 8. ამიტომ ითვლება, რომ ცეზიუმის ქლორიდის კრისტალურ გისოსს აქვს კოორდინაცია 8: 8. ნატრიუმის ქლორიდის კრისტალურ ქსელს აქვს კოორდინაცია 6:6 (ნახ. 3.25). გაითვალისწინეთ, რომ თითოეულ შემთხვევაში ბროლის ელექტრული ნეიტრალიტეტი შენარჩუნებულია.

იონური გისოსების კრისტალური სტრუქტურის კოორდინაცია და ტიპი განისაზღვრება ძირითადად შემდეგი ორი ფაქტორით: კათიონების რაოდენობის თანაფარდობა ანიონების რაოდენობასთან და კათიონებისა და ანიონების რადიუსის თანაფარდობა.

გ ორიენტირებული კუბური ან ოქტაედრული

ბრინჯი. 3.25. ნატრიუმის ქლორიდის კრისტალური სტრუქტურა (კლდის მარილი).

ცეზიუმის ქლორიდის (CsCl), ნატრიუმის ქლორიდის (NaCl) და თუთიის ბლენდის (თუთიის სულფიდი ZnS) კრისტალურ ბადეებში კათიონების რაოდენობის შეფარდება ანიონების რაოდენობასთან არის 1:1. აქედან გამომდინარე, ისინი კლასიფიცირდება როგორც სტოიქიომეტრიული ტიპის AB. ფლუორიტი (კალციუმის ფტორიდი CaF2) მიეკუთვნება AB2 სტექიომეტრულ ტიპს. სტექიომეტრიის დეტალური განხილვა მოცემულია თავში. 4.

კატიონის (A) იონური რადიუსის შეფარდებას ანიონის (B) იონურ რადიუსთან იონური რადიუსის თანაფარდობა rJrB ეწოდება. ზოგადად, რაც უფრო დიდია იონური რადიუსების შეფარდება, მით მეტია გისოსის კოორდინაციის რიცხვი (ცხრილი 3.8).

ცხრილი 3.8. კოორდინაციის დამოკიდებულება იონური რადიუსების თანაფარდობაზე

კოორდინაციის იონური რადიუსის თანაფარდობა

ბრინჯი. 3.26. თუთიის ბლენდის კრისტალური სტრუქტურა.

როგორც წესი, იონური კრისტალების აგებულების გათვალისწინება უფრო ადვილია, თითქოს ისინი შედგება ორი ნაწილისაგან - ანიონური და კატიონური. მაგალითად, ცეზიუმის ქლორიდის სტრუქტურა შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც კუბური კათიონური სტრუქტურისა და კუბური ანიონური სტრუქტურისგან. ისინი ერთად ქმნიან ორ ურთიერთშეღწევად (ბუდედ) სტრუქტურას, რომლებიც ქმნიან სხეულზე ორიენტირებულ კუბურ სტრუქტურას (ნახ. 3.24). ისეთი სტრუქტურა, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი, ან ქვის მარილი, ასევე შედგება ორი კუბური სტრუქტურისგან - ერთი კატიონური და მეორე ანიონური. ისინი ერთად ქმნიან ორ ბუდებულ კუბურ სტრუქტურას, რომლებიც ქმნიან ერთ სახეზე ორიენტირებულ კუბურ სტრუქტურას. ამ სტრუქტურის კათიონებსა და ანიონებს აქვთ რვათადური გარემო 6:6 კოორდინაციით (ნახ. 3.25).

თუთიის ბლენდის ტიპის სტრუქტურას აქვს სახეზე ორიენტირებული კუბური გისოსი(ნახ. 3.26). თქვენ შეგიძლიათ იფიქროთ ისე, თითქოს კათიონები ქმნიან კუბურ სტრუქტურას და ანიონებს აქვთ ტეტრაედრული სტრუქტურა კუბის შიგნით. მაგრამ თუ ანიონებს განვიხილავთ როგორც კუბურ სტრუქტურას, მაშინ კათიონებს აქვთ ტეტრაედრული განლაგება.

ფლუორიტის სტრუქტურა (ნახ. 3.27) განსხვავდება ზემოთ განხილულისგან იმით, რომ მას აქვს AB2 სტოიქიომეტრიული ტიპი, ასევე ორი განსხვავებული საკოორდინაციო რიცხვი - 8 და 4. თითოეულ Ca2+ იონს აკრავს რვა F-იონი და თითოეული F-. იონი გარშემორტყმულია ოთხი Ca2 + იონით. ფლუორიტის სტრუქტურა შეიძლება წარმოვიდგინოთ, როგორც სახეზე ორიენტირებული კუბური კათიონური გისოსი, რომლის შიგნით არის ანიონების ტეტრაედრული განლაგება. თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ ის სხვაგვარად: როგორც სხეულზე ორიენტირებული კუბური გისოსი, რომელშიც კათიონები განლაგებულია კუბური უჯრედის ცენტრში.

სახეზე ორიენტირებული კუბური და სხეულზე ორიენტირებული კუბური

ამ ნაწილში განხილული ყველა ნაერთი ითვლება წმინდა იონურად. მათში შემავალი იონები განიხილება, როგორც მყარი სფეროები მკაცრად განსაზღვრული რადიუსით. თუმცა, როგორც ნათქვამია სექტ. 2.1, ბევრი ნაერთი ბუნებით ნაწილობრივ იონური და ნაწილობრივ კოვალენტურია. შედეგად, გამოკვეთილი კოვალენტური ხასიათის იონური ნაერთები სრულად ვერ ემორჩილებიან ამ ნაწილში ასახულ ზოგად წესებს.

სხვადასხვა ვალენტობის ელემენტებისაგან შემდგარ რთულ კრისტალებში შესაძლებელია იონური ტიპის ბმის ფორმირება. ასეთ კრისტალებს იონური ეწოდება.

როდესაც ატომები მიუახლოვდებიან და ვალენტური ენერგიის ზოლები გადაფარავს ელემენტებს შორის, ელექტრონები გადანაწილდება. ელექტროპოზიტიური ელემენტი კარგავს ვალენტურ ელექტრონებს, გადაიქცევა დადებით იონად, ხოლო ელექტროუარყოფითი ელემენტი იძენს მას, რითაც ავსებს თავის ვალენტურ ზონას სტაბილურ კონფიგურაციამდე, როგორიცაა ინერტული გაზები. ამრიგად, იონები განლაგებულია იონური ბროლის კვანძებში.

ამ ჯგუფის წარმომადგენელია ოქსიდის კრისტალი, რომლის გისოსი შედგება უარყოფითად დამუხტული ჟანგბადის იონებისა და დადებითად დამუხტული რკინის იონებისგან.

ვალენტური ელექტრონების გადანაწილება იონური ბმის დროს ხდება ერთი მოლეკულის ატომებს შორის (ერთი რკინის ატომი და ერთი ჟანგბადის ატომი).

კოვალენტური კრისტალებისთვის კოორდინაციის ნომერი K, კრისტალური რიცხვი და შესაძლო გისოსის ტიპი განისაზღვრება ელემენტის ვალენტობით. იონური კრისტალებისთვის კოორდინაციის რიცხვი განისაზღვრება მეტალის და არამეტალური იონების რადიუსების თანაფარდობით, რადგან თითოეული იონი მიიზიდავს რაც შეიძლება მეტი საპირისპირო ნიშნის იონს. გისოსებში იონები განლაგებულია სხვადასხვა დიამეტრის ბურთულების მსგავსად.

არამეტალური იონის რადიუსი აღემატება მეტალის იონის რადიუსს და, შესაბამისად, მეტალის იონები ავსებენ ფორებს არამეტალური იონების მიერ წარმოქმნილ ბროლის ბადეში. იონურ კრისტალებში კოორდინაციის ნომერი

განსაზღვრავს საპირისპირო ნიშნის იონების რაოდენობას, რომლებიც აკრავს მოცემულ იონს.

ქვემოთ მოცემული მნიშვნელობები ლითონის რადიუსის თანაფარდობისთვის არამეტალის რადიუსთან და შესაბამისი კოორდინაციის ნომრები გამომდინარეობს სხვადასხვა დიამეტრის სფეროების შეფუთვის გეომეტრიიდან.

საკოორდინაციო ნომერი იქნება 6-ის ტოლი, ვინაიდან მითითებული თანაფარდობა არის 0.54. ნახ. ნახაზი 1.14 გვიჩვენებს ბროლის გისოსს.ჟანგბადის იონები ქმნიან fcc გისოსს, მასში რკინის იონები იკავებენ ფორებს. რკინის თითოეულ იონს აკრავს ექვსი ჟანგბადის იონი და, პირიქით, ყოველი ჟანგბადის იონი გარშემორტყმულია ექვსი რკინის იონით, ამასთან დაკავშირებით იონურ კრისტალებში შეუძლებელია იონების წყვილის გამოყოფა, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს მოლეკულად. აორთქლების დროს ასეთი კრისტალი იშლება მოლეკულებად.

როდესაც გაცხელდება, იონური რადიუსების თანაფარდობა შეიძლება შეიცვალოს, რადგან არამეტალის იონური რადიუსი უფრო სწრაფად იზრდება, ვიდრე ლითონის იონის რადიუსი. ეს იწვევს კრისტალური სტრუქტურის ტიპის ცვლილებას, ანუ პოლიმორფიზმისკენ. მაგალითად, როდესაც ოქსიდი თბება, სპინელის კრისტალური ბადე გადაიქცევა რომბოედრულ გისოსად (იხ. ნაწილი 14.2).

ბრინჯი. 1.14. ბროლის გისოსი a - დიაგრამა; ბ - სივრცითი გამოსახულება

იონური კრისტალის შეკვრის ენერგია სიდიდით ახლოს არის კოვალენტური კრისტალების შეკვრის ენერგიასთან და აღემატება მეტალის და, განსაკუთრებით, მოლეკულური კრისტალების შეკავშირების ენერგიას. ამასთან დაკავშირებით, იონურ კრისტალებს აქვთ მაღალი დნობის და აორთქლების ტემპერატურა, მაღალი ელასტიურობის მოდული და შეკუმშვისა და ხაზოვანი გაფართოების დაბალი კოეფიციენტები.

ელექტრონების გადანაწილების გამო ენერგიის ზოლების შევსება იონურ კრისტალებს აქცევს ნახევარგამტარებად ან დიელექტრიკულებად.