В большинстве кристаллов молекулярные связи| сравнительно с другими типами связей очень слабы. Эти связи важны в твердом состоянии инертных газов при очень низких температурах, имеют значение в анизотропных кристаллах, например селена, в различных органических соединениях. Источником сил в этом случае служит корреляция движения электронов в соседних атомах.

Как видим, формы межатомных связей достаточно разнообразны, причем различные формы могут наблюдаться не только в разных телах, ной в разных зонах одного тела. Возможно, например, образование слоев или цепочек атомов, связанных ковалентными связями, и соединение слоев или цепочек молекулярными связями, причем прочность тех и других связей может быть весьма различной. Поэтому иное твердое тело легко разделить на пластинки, волокна и т, ц.

§ 4. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ МЕТАЛЛОВ

Не касаясь пока природы межатомных сил связей, рассмотрим характер взаимодействия атомов в кристаллической решетке на упрощенной модели из двух атомов. Среднее расстояние

Рис. 1. Изменение силы взаимодействия атомов и величины потенциальной энергии в зависимости от межатомного расстояния в системе из двух атомов.

между атомами называется параметром кристаллической решетки. Величиной параметра и сил взаимодействия между атомами определяются многие физические свойства образовавшихся кристаллов. Если по оси абсцисс откладывать межатомные расстояния 7?, а по оси ординат — силы Р взаимодействия атомов и значения потенциальной энергии Ш, то можно получить зависимости, схематически изображенные на рис. 1, а, б.

При большом межатомном расстоянии атомы практически не взаимодействуют друг с другом, т. е. силы их взаимодействия близки к нулю. С уменьшением расстояния до некоторого значения силы притяжения Рпр(Я) возрастают быстрее сил отталкивания Рт (Я). Последующее сокращение расстояния Я связано с дальнейшим увеличением сил притяжения, но силы отталкивания также растут, и растут быстрее. В результате суммарная сила Р(Я) взаимодействия (притяжение) уменьшается и при некотором значении /? = 7?0 становится равной нулю. Дальнейшее сближение атомов приведет к тому, что силы отталкивания будут значительно больше сил притяжения. Таким образом, система из двух атомов будет стремиться к устойчивому состоянию, при котором расстояние между ними равно Я0. По мере сближения атомов потенциальная энергия системы Щ/?) снижается (рис. 1, б). Состояние равновесия между силами притяжения и отталкивания характеризуется минимальным значением потенциальной энергии системы. Поскольку всякая изолированная материальная система стремится к уменьшению потенциальной энергии, то положение атомов при межатомном расстоянии /?0 наиболее устойчиво.

До сих пор мы не учитывали тепловых колебаний атомов. В реальных же условиях полная энергия атомов №, всегда больше, чем рассмотренная №„, так как в результате теплообмена происходит ее приращение соответственно температуре нагрева:

V?! = №0 + №.

Этому реальному уровню энергии Шг на кривой Ш (Я) соответствуют два предельных значения межатомных расстояний Ях и 7?2-

В пределах этих значений атомы совершают колебания с амплитуде. _р

дой —- относительно среднего межатомного расстояния Яср —

= —- которое и принимается в качестве параметра кристаллической решетки.

С увеличением температуры (приростом энергии Л№) растет амплитуда колебаний атомов, а также среднее межатомное расстояние /?Ср (рис. 1, б). Такая зависимость удовлетворительно объясняет целый ряд явлений, например увеличение объема твердых тел с повышением температуры.

Мы рассмотрели схему взаимодействия двух атомов в каком-то одном пространственном направлении. Естественно, что и по другим направлениям такое взаимодействие аналогично. Каждый атом приобретает себе «соседей» в таком количестве, в каком это'возможно.

Таким образом, возникает закономерное пространственное расположение атомов, определяющее структуру кристалла. Если на время отвлечься от практически неизбежных нарушений в этом расположении, а также не принимать во внимание тепловые колебания атомов, то условно изобразить кристаллическую структуру можно в виде пространственной решетки, состоящей из точек