Кристалл искусственного кварца. Его выращивают, поместив в расплав окиси кремния Si2O затравку - кварцевую пластинку. Выращенный кристалл повторяет форму исходного. Так удается получить монокристаллы кварца массой до 15 килограммов. Сегодня умеют искусственно выращивать несколько сотен различных природных кристаллов (сапфиры, рубины, гранаты) и кристаллы, не существующие в природе, - фианиты.

Состояние электрона в атоме можно описать распределением электронной плотности - величины пространственного электрического заряда. "Размазанные" вокруг атома электроны образуют облако, размеры которого увеличиваются с ростом главного квантового числа n пропорционально n2. Электронная плотность облака характеризуется вероятностью обнаружить электрон в данной точке пространства. Для s-состояний (орбитальное квантовое число l = 0) одноэлектронного атома распределение электронной плотности имеет сферическую симметрию. Причем в центре, в ядре атома, есть вероятность обнаружить электрон! Для p-состояний (l = 1) и d-состояний (l = 2) распределения электронных плотностей в разных направлениях различны, зависят от абсолютного значения ml - проекции магнитного квантового числа на ось квантования и всегда равны нулю в центре.

В молекуле водорода Н2 ядра обоих атомов - протоны объединяются. Оба электрона, связывающие их, находятся на одном энергетическом уровне или, как мы говорим, движутся по одной орбите. А поскольку принцип Паули запрещает им быть в одинаковых состояниях, векторы их спинов (собственных моментов количества движения) направлены антипараллельно.

Кристаллическая решетка поваренной соли NaCl представляет собой две кубические решетки с атомами хлора и натрия в узлах, "вставленные" одна в другую. Расстояние между соседними атомами d называется периодом решетки. Решетку можно наращивать до бесконечности, "сдвигая" ее ячейки в любую сторону на величину, кратную периоду, от произвольно выбранного центра О.

Таблица Менделеева. В левой колонке даны схемы заполнения электронных оболочек атомов по периодам. Они же приводятся в клетках рядом с символом элемента. Например, криптон Kr имеет два электрона в s-состоянии и шесть - в p-состоянии: s2p6.

В 1848 году французский исследователь О. Браве выдвинул гипотезу, что кристаллы построены из расположенных в пространстве по определенным законам точек - узлов, в которых находятся атомы. Кристаллические решетки получаются при параллельном переносе (трансляции) атомов. Прямые линии и плоскости, проведенные через узлы решетки, разбивают ее на одинаковые ячейки. Всего имеется 14 видов решеток Браве. Они разделяются на 7 систем (сингоний) по формам ячеек и на 4 типа по расположению атомов в них. С их помощью удается в первом приближении описать структуру любого кристалла.

Некоторые кристаллы имеют довольно простую форму, но их комбинации могут создавать очень сложные многогранники.


Чуть больше десяти лет назад были открыты удивительные молекулы углерода С60, имеющие форму полых шариков, - фуллерены. Если в фуллерен встраивается поясок из одного или двух атомных рядов, образуются молекулы С70 и С80 - бареллены (от английского barrel - бочка). Но на половинке фуллерена можно выращивать и молекулу в виде трубки - тубелен, состоящую из колоссального количества атомов, С1 000 000 и более.

Одним из примеров органического соединения может служить бензол C6H6. В его молекуле атомы углерода и водорода расположены в углах правильных шестиугольников, имеющих общий центр. Такая форма делает молекулу чрезвычайно химически устойчивой. Это объясняется тем, что электроны, связывающие атомы, могут двигаться по всему кольцу углеродных атомов. Бензольные кольца входят в состав многих более сложных соединений.