Драгоценные камни стр.20
Для многих простых веществ характерны однородные ионные или однородные гомеополярные связи, охватывающие весь кристалл. В более сложных структурах в разных частях кристалла могут действовать различные связи; особенно это характерно для структур, в которых обособляются атомы^ входящие в химический радикал. В карбонатах, например, таких, как кальцит, каждый атом углерода соединяется гомеополярной связью с тремя атомами кислорода в плоские треугольные группы, а эти группы соединяются с ионами металлов ионной связью.
2. Ионные и атомные размеры
Когда два одинаковых иона оказываются расположенными очень близко друг к другу, действующая между ними сила отталкивания быстро возрастает, так что существует некоторое минимальное расстояние, на которое их центры могут сближаться.
Таким образом, легко представить себе простую картипу ионной структуры как упаковку соприкасающихся несжимаемых сфер. «Радиус» каждого данного иона зависит от рассматриваемого химического элемента и от величины его электростатического заряда; этот радиус мал для положительно заряженных ионов (катионов), таких, как А13+, Ге2+, и велик для отрицательно заряженных ионов (анионов), таких, как и О2"". Расположение ионов в структуре можно легко представить себе по изображениям упаковок, на которых радиусы ионов показаны в правильном соотношении. На таком рисунке для флюорита (рис. 39) кубическая группа из восьми крупных ионов Г1- окружает центральный ион Са2+, и это расположение прослеживается во всей структуре кристалла. Катион меньшего размера может быть окружен шестью анионами, образующими вершины октаэдра, а еще меньший катион — только четырьмя анионами в виде тетраэдра. Последнее наиболее характерно для структуры силикатов, в которых маленький ион Э14+ помещается внутри тетраэдрической группы ионов О2-. Возможность изоморфного замещения в таких структурах определяется главным образом радиусом иона замещающего элемента. Во многих силикатах ионы А13+ замещают некоторые из ионов внутри кислородных тетраэдров, причем изменение электростатического заряда компенсируется перемещениями в других частях структуры; например, в плагиоклазах ионы Са2+ часто: замещают некоторые из ионов Ка1+. Представление о замещениях ионов, сходных по размеру, помогает понять, почему многие минералы «заражены» небольшими примесями чуждых элементов.
Изображение структуры в виде упаковки сфер может быть полезным, даже если в структуре действуют неионные связи: половину расстояния между центрами одинаковых атомов во многих
симметричных структурах с гомеополярной или металлической связью можно считать радиусом соответствующих атомов. На рис. 40 показан характер упаковки в структуре алмаза, изображенной таким способом.
3. Структура и физические свойства
Многие из физических свойств драгоценных камней нелосред-ственно связаны с атомной структурой и характером действующих в ней связей. Слабые связи делают вещество мягким, а твердость многих драгоценных камней обусловлена преобладанием прочных ионных связей. Еще большую твердость может дать гомеополярная связь, хороший пример которой мы видим в алмазе. Спайность обычно оказывается параллельной тем плоскостям в структуре, в которых атомы группируются наиболее тесно; следовательно, направление спайности перпендикулярно направлению наибольшего разделения соседних атомов. Если в структуре имеется два или больше типов связей, то спайность развивается поперек наиболее слабых связей; мягкость и совершенная спайность графита, химически идентичного алмазу, обусловлены слабостью остаточных связей между слоями атомов углерода, внутри же этих слоев связи прочные и тесные.