Влияние химического состава и кристаллической структуры твердых тел на свойства поверхности

Все неорганические и органические пигменты являются кристаллическими веществами, и большая часть их физических и технических свойств определяется именно кристаллическим состоянием.

То или иное конкретное расположение структурных элементов вещества в пространстве носит название кристаллической структуры. Определенный отрезок, при переносе на который в каком-либо направлении вся кристаллическая структура совмещается сама с собой, называется трансляцией. Совокупность трансляций образует кристаллическую решетку.

В зависимости от направления координатных осей и соотношения размеров трансляций, из которых образована элементарная ячейка, все точечные группы, которые возможны для кристаллических решеток, делятся на 6 систем, называемых сингониями: кубическая, тетрагональная, гексагональная, ромбическая, моноклинная и триклинная (рис. 1.1).

Кубическая сингония относится к высшей категории симметрии, тетра гональная и гексагональная — к средней, ромбическая, моноклинная и триклинная — к низшей.

С учетом центрирования (размещения углов решетки) различают 11 решеток Браве:

- примитивные;

- объемно-центрированные;

- гранецентрированные.

В зависимости от преобладающего вида связи между структурными единицами кристаллы подразделяются на:

- ионные;

- ковалентные - оксиды;

- молекулярные – органические пигменты;

-металлические – металлические пигменты.

Для кристаллического состояния весьма характерно явление полиморфизма. Полиморфизм — это способность одного и того же химического вещества существовать в виде двух или нескольких кристаллических структур (модификаций). Переход из одной кристаллической модификации в другую называется полиморфным превращением.

Некоторые соединения, близкие по химическому составу, могут образовывать одинаковые кристаллические структуры. Это явление называется изоструктурностью. Если соответствующие структурные единицы изоструктурных соединений способны к образованию близких по характеру связей и мало отличаются по объему, то эти соединения могут образовывать смешанные кристаллы. Такие химические соединения называют изоморфными. Явления изоструктурности и изоморфизма широко используют при синтезе пигментов для управления процессами кристаллизации и повышения устойчивости метастабильных кристаллических модификаций (например, при синтезе лимонного свинцового крона для стабилизации ромбической модификации хромата свинца его соосаждают с изоморфным ему более устойчивым сульфатом свинца).

Многие свойства реальных кристаллических веществ, в отличие от идеальных кристаллов, в большой степени зависят от дефектов кристаллической структуры: макродефекты (поры, полости, трещины), микродефекты (дислокации, точечные дефекты).

Точечным дефектом может являться вакансия, т. е. отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки (дефект Шотке), или атом или ион (принесенный или собственный), располагающийся между узлами (дефект Френкеля).

Линейные дефекты, или дислокации,— это нарушение периодичности расположения атомов или ионов вдоль какой-либо линии. Длина дислокации соизмерима с размерами кристалла, а ширина не превышает нескольких межатомных расстояний.

Все виды дефектов кристаллической решетки оказывают значительное влияние на свойства пигментов. Точечные дефекты влияют на цвет кристаллов, показатель преломления, плотность, электрическую проводимость, магнитные свойства. Наличие в кристаллической решетке посторонних атомов, даже в очень малых количествах, может вызывать явление фототропии — обратимого изменения свойств кристалла под действием света.

От объемных дефектов зависит прочность кристаллов, что играет важную роль в процессах механического измельчения и диспергирования пигментов.

Присутствие в кристаллической решетке посторонних ионов оказывает влияние на поверхностные свойства пигментов.