ічних елементів (бор, фосфор, миш'як та ін.) Майже для кожного елемента Періодичної системи Д.І. Менделєєва можуть бути отримані молекулярні сполуки, що містять остов у вигляді ланцюгів, циклів, каркасів або поліедров. У металлокластерах металевий остов зазвичай стабілізується лігандами. Аналогічно можна розглядати вуглецеві ланцюги, цикли і поліедри, які у вуглеводнях стабілізовані атомами водню. Таким чином, хімія кластерів навела мости між неорганічної, органічної та елементоорганічеськой хімією.
атом метал хімічний кластерний
2. Структура малоатомних кластерів
По ряду ознак структура малих металевих частинок (м.м.ч.) якісно відмінна від структури відповідних масивних матеріалів. На нижній межі розмірів часток (~ 1 нм) структура вивчена відносно мало, але є підстави вважати, що вона близька (хоча і нетотожні) структурам з ближнім порядком, характерним для рідких і аморфних тіл. Для систем з дальнодействующими та центральними силами міжатомної взаємодії можна очікувати, що найбільш стабільними будуть щільні структури, в яких всі міжатомні відстані приблизно рівні. Якщо простежити за картиною формування частки шляхом після послідовного приєднання одиночних атомів п, то найбільш щільними конфігураціями, що відповідають різному числу атомів (рис. 1), будуть правильний трикутник, тетраедр, правильна Бипирамида, Бипирамида з тетраедром на одній з граней.
Рис. 1. Формування щільних кластерних структур з одиночних атомів. Лінії IV і V відповідають макрокрісталліческого структурам ГПУ і ГЦК відповідно
Додаючи сьомий атом (В), можна побудувати другий тетраедр на межі попереднього (див. рис. 1). При цьому атом В виявляється досить близько до атома А « початковій біпіраміди. Найбільш стійка конфігурація виходить, якщо п'ять атомів АА »BCD приймають форму правильного п'ятикутника. За рахунок невеликої (рівний декільком відсоткам) пружної деформації всі сім атомів можуть розташуватися на рівних відносних відстанях, і така конфігурація буде мати на одну міжатомних зв'язків більше (14 замість 13, тобто по два зв'язки на атом, лінія / / на рис . 1). Шляхом приєднання наступних атомів таким чином, щоб утворювалися тетраєдри на гранях семіатомного кластера, можна отримувати різні кластерні структури, що містять 13, 147, 309, 561 і т. д. атомів (рис. 2). Структурні побудови малих часток проводилися в роботах 8 ~ і, причому для малоатомних (iV ^ 13) груп автори здійснювали перебір конфігурацій, задаючись модельним потенціалом міжатомної взаємодії (типу Леннарда-Джонса і Морзе) і мінімізуючи енергію м. м. ч. Оскільки число стабільних ізомерів різко зростає із зростанням числа атомів, для великих частинок (N> 103) доводиться задовольнятися спробою виявити найбільш важливі області конфігураційного простору, що відповідають високостабільним кластерам 8. Які критерії використовують при такому? конструюванні? частинок? По-перше, вимагають, щоб вони були локально щільними, а це, в свою чергу передбачає, що вони повинні мати високий ступінь тетраедрічності, тобто будуватися на основі елементів, які самі по собі відомі як стабільні.
друге, вони повинні бути енергетично стійкі, за умови, що парне міжатомна взаємодія описується деяким реалістичним потенціалом. При мінімізації повної потенційної енергії допускається, що відбуваються кооперативні ато...
