Глава П СТРУКТУРА И ГОНИОМЕТРИЧЕСКАЯ СИММЕТРИЯ КРИСТАЛЛОВ ОБЫКНОВЕННОГО ЛЬДА Свойства льда, как и всех кристаллических веществ, опре- деляются, кроме химического состава, геометрией пространствен- ной решетки и характером связи, удерживающей в равновесии составляющие пространственную решетку структурные единицы. Вопрос о тонкой етруктуре обыкновенчого льда окончательно еще не разрешен *, Рентгеноструктурный анализ дает возмож- ность определенно установить только положение атомов кисло- рода в пространственной решетке льда. Атомы водорода рассеи- вают ренлтеновские лучи слишком слабо, и о положении их в настоящее время судят преимущественно по косвенным данным. Имеются основания по- лагать, что положение атомов водорода при температурах выше примерно —70°С непре- рывно меняется, так что и с помощью более & — чувствительных средств, какие дает, напри- ^* — мер, облучение нейтронами, может быть за- фиксирована только средняя структура, оП- ределяемая положением атомов кислорода. Элементарная ячейка этой средней структуры льда (т. е. многогранник, из Р которого можно получить пространствен- Фиг. 3. Элементарная ную решетку путем параллельных перено- ячейка пространствен- сорв сго вдоль ребер на равные длинам ребер ной решетки Ьд®. — расстояния) состоит из четырех атомов кислорода. В изображенной на фиг. 3 элементарной ячейке льда шесть угловых атомов принадлежат каждый шести сосед- ним ячейкам; три атома на ребрах—ъи{аждый трем ячейкам, два крайних осевых — каждый двум ячейкам и средний атом— з Обзор первых исследований, начавшихся с 1917 г., был дан А. Б. Доб;авольским (1933), Э. Х. Фрицманом (1935) и В. Я. Альт- бергом (1940, стр. 928), результаты новейших работ подытожены П. Оустоном й К. Лонсдейл (1948}. Э8 5 только данной ячейке, Следовательно, общее количество атомов в ячейке Ё+Тз...+_; + 1 = 4. В целом решетка атомов кисло- рода изображена на фиг. 4. Координационное число каждого атома в этой структуре рав- о летырем, т. ©. каждый атом окружен на равных расстояниях (2,76 А) четырьмя другими, - расположенными по углам -—( правильного тетраэдра, цен- тром — которого — является данный атом. — Наиболее точно размеры элементар- ной ячейки были опреде- лены Э, Мегоу в 1934 г.; после поправок для приве- дения к истинным едини- цам системы СС$ они рав- ны: при температуре 0°С, а = 4,5226 А, с = 7,3670 А и при температуре — 66°С а = 4,5176 А, с = 7,353 А (Оъзоп а. Гопзда\е, 1948). Отсюда — кристаллографи- ческая - постоянная льда — @) — «(й-> 1е н при 0°С а — 1‚6223. Фиг. 4, Пространственная решетка льда, Узел решетки имеет ди- тексагонально-дипирамидальную (Г 6.° 7РС) симметрию;*таким образом, решетка принадлежит к гексагональной сингонии. В. Барнес полагал, что структура льда ионная, так что ха- рактер связи между ионами в кристалле не отличается от связи атомов (ионов) в молекуле, У льда, по Барнесу, нельзя выделить отдельные молекулы, — молекулу представляет собой целый кристалл. Водородные ядра Барнес, как и В, Брэгг, по- мещал в середине промежутка, разделяющего ионы кислорода. Это не согласуется с данными абсорбции инфракрасной части спектров и рамановских спектров водяного пара, воды и льда, которые очень мало отличаются друг от друга. Вода и водяной пар, несомненно, имеют молекулярную структуру, причем расстояние ОН у водяного пара составляет 0,958 А. По данным сравнения слектров, расстояние ОН во льду должно быть порядка 0,99—1,05 А вместо 1,38 А, как то требуется согласно гипотезе Бар- неса-Брэгга. Таким образом, каждый атом водорода расположен ближе к одному из кислородных атомов, и структура льда не ионная, а молекулярная. 29