Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Більшість твердих речовин має кристалічну будову. Іноді зразки твердої речовини являють собою монокристали, наприклад такі, як кубічні кристали натрій хлориду в кухонній солі. Деякі кристали досягають дуже великих розмірів; відомі природні кристали мінералів діаметром у кілька метрів.
У цьому викладі розглянемо як приклад мідь. При розробці мідних руд трапляються кристали міді, що мають довжину ребра до одного сантиметра. Звичайний же шматок металевої міді складається не з монокристала міді, а з агрегатів кристалів. Кристалічні зерна у зразку металу добре видно, якщо поверхню металу відполірувати й потім злегка протруїти кислотою. Часто зерна дуже малі, і їх можна розрізнити лише під мікроскопом (рис. 2.2); іноді зерна бувають великими, і їх легко можна побачити неозброєним оком, наприклад у латунних відливках.
Експериментально встановлено (додаток IV), що кожний кристал складається з атомів, розташованих у комірці, яка має три виміри, причому така комірка періодично повторюється. У кристалі міді всі атоми однакові, і вони розташовані так, як показано на рис. 2.3 і 2.4. При такій структурі сферичні частинки одного й того самого розміру розміщуються так, що займають мінімальний об'єм. Цю структуру, яку називають кубічним найщільнішим пакуванням, було встановлено для кристала міді У. Л. Бреггом у 1913 р.
При розгляді рис. 2.3 і 2.4 необхідно пам'ятати, що зображені на них атоми сильно збільшено порівняно з кристалом. Навіть якщо кристал дуже малий, з довжиною ребра всього 0,1 мм, то й тоді на кожному його ребрі розташується в ряд приблизно 400 000 атомів.
Саме сувора закономірність у розташуванні атомів у кристалі визначає його характерні властивості, зокрема особливість росту кристала у формі багатогранника. (Багатогранник — тверде тіло, що має поверхню у вигляді плоских граней.) Грані кристала визначаються поверхневими шарами атомів, як показано на рис. 2.3 і 2.4. Ці грані розташовані під певними кутами одна відносно одної, причому кути мають певні характерні значення, однакові для всіх зразків однієї й тієї самої речовини. Розміри граней можуть змінюватися від зразка до зразка, але кути між гранями завжди залишаються сталими. Основні поверхневі шари, показані на рис. 2.3 і 2.4 для міді, відповідають граням куба (кубічні грані); ці грані завжди утворюють між собою прямі кути. Менший поверхневий шар, що утворюється внаслідок зрізання вершини куба, називається октаедричною гранню. Самородки міді, що трапляються в мідній руді, часто мають форму кристалів з кубічними та октаедричними гранями.
Атоми не можна вважати твердими кулями, вони «м'які» і при підвищеному тиску можуть зближуватися ще тісніше (стискуватися). Таке стиснення відбувається, наприклад, у тому випадку, коли при зростанні тиску кристал міді дещо зменшується в об'ємі. Розміри, що приписуються атомам, відповідають відстаням між центрами двох однакових сусідніх атомів у кристалі за звичайних умов. Відстань між одним з атомів Купруму та його дванадцятьма найближчими сусідами в кристалі міді за кімнатної температури й атмосферного тиску дорівнює 255 пм; ця величина називається діаметром атома Купруму в металевій міді. Радіус атома Купруму дорівнює половині цієї величини.
Рис. 2.2. Полірована й протруєна поверхня мідного стрижня, одержаного холодною прокаткою; на знімку видно невеликі кристалічні зерна, що утворюють звичайний метал. Дрібні круглі плями — бульбашки газу.
Лінійне збільшення: X 200 (тобто лінійні розміри збільшено у 200 разів).
Рис. 2.3. Розташування атомів у кристалі міді. Кубик, що містить чотири атоми Купруму, являє собою структурну одиницю; повторенням такої структурної одиниці можна одержати цілий кристал.
Рис. 2.4. Схема атомної будови кристала міді; на малюнку видно невеликі октаедричні та великі кубічні грані.