分子绑定

荷兰物理学家约翰内斯·d·范德瓦耳斯首次提出这一力量,结合分子固体。任意两个原子或分子引力(F),根据不同距离的倒数第七的权力R中心之间的原子或分子:F =−C / R⁷,C是一个常数。力,被称为范德华力距离,迅速下降R和很弱。如果原子或分子净电荷,有一个强力的力量根据不同库仑定律分离距离的倒数第二个力量:F =−C′/ R²,其中C′是一个常数。这个力提供了绑定的绑定在离子晶体和一些金属。库仑定律并不适用于没有净电荷的原子或分子。分子与偶极矩水等有强烈吸引力由于偶极子之间的相互作用。对于原子和分子净电荷和偶极矩,范德华力提供了晶体绑定。重力也中性原子和分子之间的行为,但它太弱分子结合成晶体。

范德华力引起的量子波动。两个相邻的原子,每个波动可以降低他们的联合能源相关的波动。范德华力来自相关性的偶极子的波动。电子在原子核周围原子轨道是在不断地运动,原子电荷的分布变化不断与电子移动,由于量子涨落。一个波动可能产生一个瞬间电偶极子时刻(也就是说,指控)分离原子如果大多数电子是原子核的一侧。偶极矩创建一个电场在邻近的原子;这个领域将诱导第二个原子偶极矩。两个偶极子通过范德瓦耳斯吸引彼此交互。由于力取决于距离的倒数第七权力,它迅速下降,增加距离。原子有一个典型的一至三埃半径。范德华力结合的原子和分子在几埃彼此;除此之外,距离力可以忽略不计。虽然弱,范德华力总是存在,重要的在其他部队缺席的情况下。

氢很少发现作为一个单一的原子。相反,它形式双原子分子(H₂),气体的房间温度。在较低温度下氢变成了液体在大约20 K变成了固体。的分子保留其身份在液体和固体状态。固体存在分子晶体的共价结合H₂分子。分子彼此吸引范德瓦尔斯力提供水晶绑定。氦,第二个元素元素周期表,有两个电子构成填充原子壳。在液体和固体状态,氦原子由范德华力结合在一起。事实上,所有的稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)是分子晶体与范德瓦尔斯力提供的绑定。

许多有机分子形成晶体的分子受范德瓦尔斯力。在甲烷(CH₄),一个中央碳使一个共价键与每一个氢原子,形成一个四面体。在fcc水晶甲烷分子排列结构。苯(C₆H₆)六角环的碳原子;每一个碳有三个共面σ键石墨,两个相邻的碳原子债券和第三个键是一个氢原子。水晶有四苯分子单位细胞在一个复杂的安排。富勒烯和稀有气体原子是球形,水晶安排对应于最亲密的包装领域。然而,大多数有机分子不是球面和显示不规则形状。对于奇形怪状的分子范德华相互作用取决于两个分子的转动方向。为了最大化的力,分子晶体的不寻常的安排,如苯的情况。

氢键

氢键在几个晶体很重要,特别是在冰。孤独的电子,氢原子通常与一个形成一个共价键电负性原子。氢键的原子电离一个质子。质子坐在两个阴离子之间,加入他们。氢键发生只有最离子电负性:氮、氧、氟。在水氢对氧离子的链接。水存在于许多不同的晶体结构,但它们都有功能,氢原子之间坐双氧。另一个氢键固体是氢氟化(高频),氢原子(质子)对氟原子的链接。

蒸汽增长

晶体生长的蒸汽的分子气体附着于一个表面和进入水晶安排。一些重要的条件必须满足这发生。在恒定的温度和平衡条件下,分子的平均数量的气体和固体状态是恒定的;分子离开气体和附着在表面以同样的速度,他们离开表面成为气体分子。晶体生长的气固化学系统必须处于非平衡状态,这样有太多的压力和温度条件下的气体分子。这种状态被称为过度饱和。分子更容易离开气体比加入它,所以他们成为沉积表面的容器。过度饱和可以诱导通过维持水晶比气体在较低的温度。晶体的成长的关键阶段播种,一小块水晶的适当的结构和取向,称为种子,引入到容器中。气体分子找到种子更有利的表面比那里的墙壁和优先沉积。一旦分子表面的种子,它游荡在这个表面找到附件的首选网站。增长收益一个分子一次,一次一层。这个过程是缓慢的;要花上几天时间增加一个小晶体。晶体生长温度远低于熔点减少密度的缺陷。蒸汽增长的优势是非常纯净的晶体可以增长了这种方法,而缺点是它是缓慢的。

大多数云大气中冰晶形成蒸汽增长从水分子。大多数雨滴晶体是他们开始下行,但解冻期间下降到地球。播种为rain-accomplished下降碘化银晶体从飞机产生沉淀。在实验室里,蒸汽增长通常是通过在籽晶过饱和气体流动。经常一个化学反应需要在表面沉积的原子。晶体的硅可以增加了流动氯硅烷(SiCl₄)和氢(H₂)的籽晶硅。氢作为缓冲气体通过控制温度和流量。表面的分子分离的化学反应形式氯化氢(HCl)分子。氢氯分子离开表面,而硅原子仍然生长成晶体。二进制晶体等砷化镓(砷化镓)增加了一个类似的方法。一个进程使用氯化镓(GaCl)作为镓载体。砷是由分子如氯化亚砷(AsCl提供₃)、胂(灰₃),或₄砷(黄色)。这些分子,以氢为缓冲气体,气体分子的砷化镓晶体生长而形成,如三氯化镓(GaCl₃)和氯化氢。Trimethylgallium (CH₃)₃Ga,是另一个分子,它可以用来实现镓浮出水面。

增长解决方案

大单晶可能从解决方案。在这种技术种子水晶沉浸在溶剂包含通常大约10 - 30百分点的所需的溶质。溶剂的选择通常取决于溶质的溶解度。温度和pH值(衡量酸度或碱度)的解决方案必须控制。方法比蒸汽增长更快,因为有更高浓度的表面分子在液体和气体,但是它仍然相对缓慢。