Типы кристаллических решеток

В зависимости от типа химической связи различают четыре основных типа кристаллических решеток.

Атомная. В узлах атомы, связанные прочными ковалентными неполярными (простые вещества) или слабополярными (бинарные соединения) связями. Диэлектрики или полупроводники. Повышенная твердость, высокие температуры плавления и кипения.

T _{плавления}, ⁰С

С(алмаз) ~ 3500 Рис.20. Фрагмент кристаллической решетки алмаза

В ~2300

Si 1415

Ge 937 алмазоподобные

Молекулярная. В узлах молекулы, связанные силами межмолекулярного взаимодействия или водородными связями. Связи малопрочные. Вещества с молекулярными решетками характеризуются низкими температурами плавления и кипения, высокой летучестью: J₂, CO₂, H₂O, белый фосфор (Р₄), желтый мышьяк (As₄), ромбическая и моноклинная сера (S₈) и другие.

Рис.21. Фрагмент кристаллической решетки J₂.

Ионная. В узлах положительно- и отрицательнозаряженные ионы. Связь между ними осуществляется за счет электростатического взаимодействия, очень прочная. Данный тип решетки характерен для соединений с ионным типом связи: соли и солеподобные вещества (гидриды, карбиды, нитриды активных металлов). Вещества с ионными кристаллическими решетками имеют высокие температуры плавления и кипения, но по отношению к механическому воздействию обладают хрупкостью, их можно растереть в порошок (в отличие от металлов).

Рис.22. Фрагмент кристаллической решетки поваренной соли (Na_n⁺ Cl_n^-)

Металлическая решетка. Металлическая связь. Все металлы при кристаллизации образуют особого рода решетки – металлические, с особого рода связью – металлической. Атомы металлов характеризуются большими радиусами, слабой связью немногочисленных внешних s-электронов с ядром, что подтверждается низкими значениями ионизационных потенциалов. Наглядно можно представить себе кристалл металла, как решетку из Å «остовов» атомов, связь между которыми осуществляется коллективом валентных электронов, относительно свободно перемещающихся по кристаллу. Число электронов, которые осуществляют связь, индивидуально для каждого металла, обычно 1-3 валентных электрона, а число соседей в кристалле 8 (объемноцентрированная решетка) или 12 (гранецентрированная или гексагональная решетки). Это означает, что образование металлической связи невозможно объяснить с позиций теории валентных связей. Металлическая связь является нелокализованной, ненаправленной – электрическое поле каждого Å иона распространяется симметрично по всем направлениям на неограниченное число соседних ионов. Для объяснения металлической связи применяют метод МО («зонная теория кристаллов»).

Рис.23. Фрагмент объемноцентрированной решетки щелочного металла, к.ч. 8

делокализованные валентные электроны

(«электронный газ»)