Атомы те же — окраска разная

На состояние ионов в растворе оказывает влияние внеш­нее поле молекул растворителя. В кристаллах твердого вещества на атом или ион действует несколько его бли­жайших соседей. Атомы и ионы в кристаллической решет­ке беспрерывно совершают колебательные движения. При этом расстояние между соседними частицами становится то меньше, то больше равновесного. Это вызывает то бо­лее сильное, то менее сильное взаимодействие их между собой, так как ядра атомов то сближаются, то удаляются друг от друга. Воздействие соседей на атом или ион при­водит к нарушению в нем распределения положительного и отрицательного заряда. Появляются два полюса в мо­лекуле (рис. 6), т. е. происходит ее поляризация.

Рис. 6. Поляризация молеку­лы под действием соседних молекул.

Если влияние полярной частицы достаточно велико, то соседний атом или ион начинает деформироваться, т. е. приобретает постоянное неравномерное распределение электронной плотности вок­руг ядра. Когда соседей до­статочно много, то в резуль­тате этого он испытывает многостороннюю поляриза­цию, приводящую к много­сторонней деформации. Она в сильно преувеличенном ви­де показана на рисунке 7. Возникающие дополнитель­ные силы стяжения между ионами сказываются на вза­имодействии атомов, состав­ляющих кристаллическую решетку. Это влияние меняет цвет вещества, если оно образует несколько типов кри­сталлов.

Рис. 7. Многосторонняя де­формация.

Сера может иметь раз­личный цвет от светло-жел­того до темно-коричневого в зависимости от того, какова ее кристаллическая структу­ра. Разнообразные аллотроп­ные модификации фосфора: белый, желтый, красный, ко­ричневый, фиолетовый, чер­ный и ряд других (в общей сложности 11) — обладают разными физическими и химическими качествами. Ведь эти качества, так же как и цвет, зависят от состояния электронов. Одни и те же атомы, расположенные в прост­ранстве иным образом, могут создать вещество — ди­электрик или обладающее электропроводностью. Черный фосфор по своим свойствам напоминает графит: цветом, твердостью, устойчивостью на воздухе и некоторыми другими признаками. Только электрический ток черный фосфор проводит в гораздо меньшей степени, чем графит. Углерод являет еще один разительный пример изменения цвета и свойств в зависимости от аллотропной структуры. Это может быть прозрачный сверкающий гра­нями алмаз и графит, который можно превратить в алмаз.

Перемену цвета, вызванную изменением состояния электронов и связанную с перестройкой структуры, можно объяснить колебательным движением в кристалле. Допустим, что частицы в кристалле закреплены неподвижно. В таком случае каждая из них испытывала бы строго сим­метричное влияние (рис. 8, а). Появляющаяся деформа­ция от разных соседей компенсировала бы друг друга, В действительности же в кристалле непрерывно соверша­ются колебательные движения. Расстояния между части­цами при таких колебаниях меняются, вызывая соответ­ственно изменение распределения зарядов — поляризацию (рис. 8, б). Если поляризующее действие соседей и соб­ственная деформируемость ионов или атомов достаточны, то это скажется на состоянии электронов, которые будут уже воспринимать кванты видимого света.

Рис. 8. Влияние поляризации на положение атомов в кристалли­ческой решетке.

Если колебательные движения велики или усиливают­ся, например нагреванием, то возникающая деформация увеличивает притяжение ионов и закономерный характер колебательного движения нарушается (рис. 8, в). Проис­ходит дальнейшее сближение, а это вызывает перестройку кристаллической структуры вещества. В результате такой перестройки может оказаться, что ион окружен соседями, расположенными уже на более близком расстоянии. А ино­гда меняется и их число; одни из соседей стали ближе (три из четырех катионов на рис. 8, в), а другие дальше, чем были прежде.

Примерами образования таких соединений, имеющих разный цвет, являются желтая и оранжевая формы оксида свинца РЬО. Первой из нихсоответствует ромбическая конфигурация, а второй — тетрагональная.

Влияние структуры ни цвет проявляется и в более сложных соединениях. Так, хромат свинца РbСrO₄ может быть и темно-желтым (моноклиническая кристаллическая решетка), и светло-желтым (ромбическая структура). Сле­довательно, приводящее к перемене окраски изменение пространственного расположения может происходить и с большой группой атомов. В хромате свинца это касается молекулы из шести атомов.