Crystals as Giant Molecules

به‌طور سنتی، وقتی با کریستال‌ها سروکار داریم، اولین خاصیتی که ارائه می‌شود تناوب شبکه است و همه روش‌های مطالعه بر اساس این ویژگی است که ضروری تلقی می‌شود. در واقع، کریستال‌ها با مولکول‌هایی با اندازه محدود که در شیمی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، تنها در تعداد بسیار زیاد ذراتشان تفاوت دارند. علاوه بر این، وجود چهره‌هایی که گسترش کریستال‌ها را در فضا محدود می‌کنند، لزوماً تناوب سیستم را می‌شکنند. به این دلایل، استفاده از مفاهیم و روش هایی که به طور گسترده در مطالعه مولکول ها آزمایش شده اند، برای کریستال ها طبیعی است. پاولینگ ابتدا بر این نکته 1 تأکید کرد و از آن برای توضیح ساختار الکترونیکی کریستال ها که تصور می شد بی نهایت و کامل هستند، استفاده کرد. هدف این کار این است که با کمک چند مثال، امکانات ارائه شده توسط شیمی کوانتومی برای مقابله با مشکلات ساختار الکترونیک کریستالی، آرایش های کریستالوگرافی و همچنین شکل ماکروسکوپی آنها و اثرات اعوجاج ناشی از حضور را نشان دهد. از چهره ها ناحیه مربوط به وجود نوارهای انرژی (مجاز یا ممنوع)، شکاف، خواص الکتریکی، مغناطیسی یا نوری مورد بررسی قرار نخواهد گرفت.

Traditionally, when one deals with crystals, the first property to be presented is the periodicity of the lattice, and all methods of study are based on this characteristic, which is considered essential. In fact, crystals differ from the molecules of finite size that are studied in chemistry, only in their extremely large number of particles. Furthermore, the existence of faces, which limit the spread of crystals in space, necessarily breaks the periodicity of the system. For these reasons it is natural to apply to crystals the concepts and methods that have been widely tested in the study of molecules. Pauling first emphasized this point 1 and used it to explain the electronic structure of crystals, thought to be infinite and perfect. The aim of this work is to show, with the help of a few examples, the possibilities offered by quantum chemistry for tackling the problems of crystal electronic structure, of crystallographic arrangements as well as their macroscopic shape, and of distortion effects caused by the presence of faces. The area related to the existence of energy bands (allowed or forbidden), gap, electric, magnetic or optical properties will not be touched upon.