Молекулярные структуры

1 Следует все же отмстить, что некоторые кристаллические вещества построены из четко различимых в структуре молекул. К числу таких молекулярных кристаллов относятся кристаллы многих органических веществ и т. д. Однако в металлических фазах тчкие молекулярные кристаллы не встречаются.

Межмолекулярные связи действуют между любыми атомами и молекулами, но они очень малы (порядка 103 Дж/моль). Поэтому молекулярные кристаллы, обусловленные этими силами (твердые инертные газы, молекулы кислорода, азота и др.), отличаются весьма низкой температурой плавления (Не— 1,8 К, Аг — 40 К). Образование прочных структур обусловлено главным образом сильными типично химическими связями, например ковалентной, а силы Ван-дер-Ваальса служат лишь небольшой «добавкой». Силами Ван-дер-Ваальса обусловлены обычно адгезионные связи при склеивании, смачивании твердых тел жидкостями и т. п.

В конденсиров. (жидком или твёрдом) состоянии в-ва М. могут сохранять или не сохранять свои индивидуальные св-ва. Напр., молекулярные кристаллы и мн. жидкости состоят из М.; в то же время в атомных, ионных и металлич. кристаллах нет отд. М. Электрич. и магнитные св-ва М. характеризуются её поляризуемостью, дипольным моментом и магнитным моментом. Если в отсутствие внеш. электрич. поля диполь-ный момент М.,о=0, то М. наз. не-полярной, а если РФ0, то М. наз. полярной. М. находятся в непрерывном движении. Наряду с постулат, движением М. и её вращением как единого целого в М. происходят внутр. движения - колебания и вращения атомных ядер и их групп относительно положения равновесия и изменения состояний электронов. Энергия всех видов движения М., кроме постулат., квантована, т.е. может принимать лишь определ. дискретные значения.

МОЛЕКУЛА (новолат. molecula, уменьшит, от лат. moles — масса) — наименьшая частица данного вещества, обладающая его хим. св-вами и состоящая из одинаковых (в простом веществе) или разных (в хим. соединении) атомов, объединённых в одно целое химическими связями. Состав и строение М. данного вещества не зависят от способа его получения. Количеств, и качеств, состав М. выражается хим. формулой вещества, а порядок связей атомов в М. и значение их валентностей выражаются структурной формулой М. Форма и размеры М. зависят от длин межатомных связей и углов между ними (валентные углы). Для одноатомных М. (напр., М. инертных газов) понятия М. и атома совпадают. Число атомов в М. хим. соединений весьма различно; от 2 до сотен и тысяч (напр., М. белков). В газообразном состоянии при не слишком высоких темп-pax вещество, как правило, состоит из отдельных М. При достаточно высоких темп-pax М. всех газов распадаются (диссоциируют) на атомы. В конденсированном (жидком или твёрдом) состоянии М. могут сохранять или не сохранять свои индивидуальные св-ва. Напр., молекулярные кристаллы и мн. жидкости состоят из М., а в атомных, ионных и металлич. кристаллах (см. Кристаллы) нет отдельных М.

По характеру сил связи твердые кристаллические тела можно условно разделить на следующие четыре группы: ионные кристаллы (NaCl, LiF, окислы и др.), в которых основным видом связи является ионная; атомные кристаллы (алмаз, кремний, германий и многие химические соединения), в которых основные связи ковалентные; металлические кристаллы ,с характерной металлической связью; молекулярные кристаллы, в которых связь осуществляется в основном силами Ван-дер-Ваальса. Рассмотрим кратко природу сил связи в этих кристаллах и их основные свойства.

Молекулярные кристаллы. Наиболее общим видом связи, возникающим между любыми атомами и молекулами, является связь Ван-дер-Ваальса. Почти в чистом виде она проявляется между молекулами с насыщенными химическими связями (О2, Н2, СН4 и др.), а также между атомами инертных газов. В общем случае ван-дер-ваальсова связь включает в себя дисперсионное, ориента-ционное и индукционное взаимодействия.

Молекулярные кристаллы имеют низкие температуры плавления и испарения, поскольку энергия связи невелика. Они — диэлектрики, так как построены из электрически нейтральных атомов (молекул), и в отличие от металлов прозрачны для электромагнитного излучения. Малая энергия связи определяет также низкий модуль упругости кристаллов и небольшие коэффициенты теплового расширения. Механические характеристики их низки.

а) молекулярные кристаллы;

Молекулярные кристаллы образуются, например, при достаточном переохлаждении неполярных веществ, таких как хлор, иод, аргон, метан. Рентгеноструктурный -анализ показал, что они состоят из отдельных молекул, причем внутри молекулы атомы связаны сильно, а связь между молекулами является слабой и осуществляется силами Ван-дер-Ваальса. Соответственно у молекулярных кристаллов низкие температуры плавления и маленькие теплоты плавления и испарения. Например, для молекулы С12 теплота диссоциации составляет 238,3 кдж/моль (57 ккал/моль), а теплота сублимации кристалла, состоящего из таких молекул, равна 16,7—20,9 кдж/моль (4—5 ккал/моль). Силы Ван-дер-Ваальса не имеют направленного характера, поэтому молекулярные кристаллы всегда кристаллизуются по способу наиболее плотной упаковки шаров.

1 Следует все же отметить, что некоторые кристаллические вещества построены из четко различимых в структуре молекул. К числу таких молекулярных кристаллов относятся кристаллы многих органических веществ и т. д. Однако в металлических фазах тчкие молекулярные кристаллы не встречаются.

1.3.2. Молекулярные кристаллы

Есть множество способов классификации угля, но для целей данной книги использована классификация по содержанию углерода и теплоте сгорания (рис. 2.8). Высокая теплота сгорания угля определяется высоким содержанием в нем водорода и количеством углерода. Поскольку содержание'водорода до какой-то степени зависит от содержания углерода, очевидно, что воздействие бактерий разрушает углеводородные молекулярные структуры, составляя химически активный водород и углерод. Следовательно, чем дольше происходит это воздействие, тем вероятнее повышение теплоты сгорания угля. Вообще, чем старее уголь, тем выше его качество (или сортность, если использовать терминологию, принятую в промышленности). Большая разница в теплоте сгорания различных сортов угля очень затрудняет оценку угольных ресурсов, поскольку нужно знать не просто количество извлекаемого угля, но, что важнее, количество энергии, которое можно получить из него.

ющиеся у твердых стенок в результате наличия в жидкости загрязнений. За счет этих загрязнений на стенках образуются рыхлые молекулярные структуры, способные выдерживать значительные гидростатические давления, но легко разрушающиеся при вибрациях. Механизм образования этих структур мало изучен.

Интенсивно развиваются микроструктурные исследования одно- и многослойных BN, BCN-HT [163], морфологии "срезов" на-нотубуленов [165] и условий формирования полигональных структур "замкнутых" НТ. Эти работы близки исследованиям конических наночастиц BN [166]. Подобные молекулярные структуры рассматриваются как перспективные элементы полевых, электронных эмиттеров, зондирующих игл в сканирующей туннельной микроскопии, наноиденторов при изучении "структурного портрета" поверхности.

1.4. Молекулярные структуры..... 19

1.4 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ

1.4. Молекулярные структуры..... 19

1.4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ

Промежуточное положение между монокристаллами и многослойными интерференционными структурами (МИС) занимают «псевдокристаллы», или многослойные молекулярные структуры (ММС). Они синтезируются с помощью технологии мономолекулярных пленок, получаемых на поверхности жидкости, которая была разработана в 1930-е гг. Лэнгмюром и Блоджетом. В восьмой главе обсуждаются основные требования, предъявляемые к монокристаллам и ММС, применяемым в МР-спектроскопии. Описываются также их физические свойства: отражательная способность, угловые и дисперсионные характеристики.

КРИСТАЛЛЫ И МНОГОСЛОЙНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИ МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ДИАПАЗОНА

Кристаллы являются исторически первыми и единственными применимыми на практике дифракционными элементами в большей части рентгеновского диапазона электромагнитного излучения. Для излучения с длинами волн более 1 нм их роль уменьшается, однако в области до 10 нм монокристаллы и близкие к ним по степени упорядоченности многослойные молекулярные структуры (ММС) обеспечивают наиболее высокое разрешение в сочетании с различной отражательной способностью.

Наряду с монокристаллами в качестве диспергирующих элементов применяют многослойные молекулярные структуры (ММС), метод получения которых описан в работах [18, 19.1 (см. также [26]). По имени авторов метода их часто называют пленками Блоджетт—Ленгмюра.