Základné informácie o projekte
Úvod
V klasickej kryštalografii a kryštalochémii iónový model opisuje kryštálovú štruktúru ako súbor atómov (iónov) v špecifických kryštalografických miestach, ktoré sú fyzikálnymi objektmi – nabitými sférami spojenými elektrostatickými interakciami (Born a Landé 1918; Madelung 1918; Born a Mayer 1932). Potenciálna energia medzi atómami sa vyjadrovala ako súčet príťažlivého Coulombovho potenciálu atómov s rôznymi a odpudivého potenciálu krátkeho dosahu subatomárnych častíc s rovnakým nábojom. Tento model bol účinný pre anorganické zlúčeniny s jednoduchými štruktúrami, ale v zložitejších štruktúrach narazil na ťažkosti (Brown 2006). Navyše, neskorší vývoj v kvantovej mechanike odhalil, že správny opis chemickej väzby vyžaduje riešenie Schrödingerovej rovnice pre kryštál. Výpočtové požiadavky na to sú však ešte vyššie ako v prípade klasického iónového modelu a zložitosť tohto prístupu ho robí takmer nepoužiteľným (Brown 2006). Preto potreba zjednodušenia a použiteľnosti viedla k vývoju rôznych prístupov k modelovaniu chemických väzieb, vrátane modelu symetrie (Niggli 1919), topologických modelov (Liebau 1985; Smith 1988) a modelu elektrostatického mocenstva (Pauling 1929). Podrobnosti o každom modeli nájdete v Brown (2006).
Klasické interpretácie iónových modelov majú jasné limity v predikcii vlastností kryštálovej štruktúry. Okrem toho existujú faktory, ktoré nemožno do tejto interpretácie zahrnúť. Patria sem vnútorná štruktúra atómového obalu a elektrostatické vlastnosti väzieb, Jahn-Tellerova distorzia v d-prvkoch, krátkodobé účinky susedných atómov a dlhodobé účinky celej štruktúry (Bačík 2018; Bosi 2018; Bačík a Fridrichová 2021). Týmto problémom sa možno vyhnúť, ak sa štruktúra považuje za fyzikálne pole. Bragg (1930) ako prvý poznamenal, že elektrostatickú interakciu medzi katiónmi a aniónmi možno reprezentovať Faradayovými siločiarami. Táto myšlienka bola neskôr plne preskúmaná (Preiser et al. 1999). Elektrostatické pole sa môže prirodzene rozdeliť na lokalizované fragmenty, čím sa vytvorí chemická väzba, ktorá poskytuje intuitívny spôsob pochopenia a modelovania štruktúr a ich vlastností (Brown 2006). Všetky Coulombove sily s dlhým dosahom v kryštáli sú správne opísané elektrostatickými tokmi väzieb, čo znamená, že Madelungovo pole molekuly alebo kryštálu možno reprezentovať ako sieť väzieb (Beevers a Lipson 1932). Väzbová sieť teda pozostáva zo súboru atómov spojených väzbami. Dôležitými vlastnosťami tejto siete sú mocenstvo atómov a toky väzieb. Tieto vlastnosti v kombinácii so znalosťou topológie siete poskytujú kompletnú reprezentáciu vlastností Madelungovho poľa, a teda aj mocenstva väzieb s dlhým dosahom v kryštáli (Brown 2006).
Financované Európskou úniou z prostriedkov Plánu obnovy a odolnosti SR
