5. Кристаллическое состояние веществ.

Для большинства веществ в обычных условиях характерно кристаллическое состояние. В таком состоянии находятся практически все химические соединения, например, минералы, обра­зующие земную кору, белки, представляющие собой сложные макромолекулы, холестерина, бел-ково-липидные системы, соли жирных кислот, мышечные волокна.

Размеры и масса кристаллов различных веществ может изменяться в широких пределах -от мельчайших зерен, правильную структуру которых можно обнаружить на электронно-микроскопических снимках, до огромных (десятки тонн) кристаллов природных минералов.

Кристаллами принято называть твердые тела, ограниченные плоскими гранями, пересе­кающимися под определенными углами. Более или менее правильная геометрическая форма та­ких веществ является важным, но не единственным признаком кристаллической структуры.

Кристаллы обладают упорядоченной трехмерно-периодической пространственной струк­турой. Множество природных и синтетических твердых веществ (металлы, сплавы, минералы и др.) состоят из очень мелких произвольно ориентированных кристалликов. Если мелкие кристал­лы твердого тела ориентированы хаотически, их называют поликристаллами, а при преимущест­венной ориентации кристалликов в твердом теле образуется текстура. Отдельные крупные кри­сталлы называют монокристаллами.

По характеру связи между структурными элементами кристаллические решетки делят на ковалентные (атомные), молекулярные, ионные и металлические.

Атомные решетки построены из атомов, связанных между собой ковалентными неполяр­ными связями. Эти химические связи определяют геометрию кристалла и энергию кристалличе ской решетки, которая характеризует прочность и устойчивость данного кристалла. Поскольку атомы могут перестраивать свои орбитали при различных степенях возбуждения и таким образом изменять свои химические связи, это ведет к образованию различных форм кристаллов - поли­морфизму или аллотропическим модификациям у данного вещества. Типичным примером кри­сталла с атомной решеткой является алмаз, все атомы которого объединены ковалентными хими­ческими связями.

Молекулярные решетки состоят из молекул, объединенных и удерживаемых в структуре в основном за счет сил межмолекулярного взаимодействия, включая также электростатические и др. Кристаллы молекулярного типа характерны преимущественно для органических соединений. Молекулярные кристаллы, как правило, очень непрочны, легко распадаются при нагревании. Примерами таких кристаллов может служить лед, йод.

Ионные решетки построены из отдельных разноименно заряженных ионов. Связь между ионами образуется в основном за счет электростатических сил, однако чисто ионной связи не существует, можно лишь говорить о степени ионности ковалентной связи, обусловленной оття­гиванием к себе общей электронной пары более электроотрицательным атомом. Ионные кри­сталлы отличаются обычно высокими температурами плавления, относительно высокой механи­ческой прочностью. Ионные кристаллические решетки характерны для галогенидов металлов, сульфидов, оксидов, интерметаллических соединений.

Металлические решетки образуются между атомами в результате их сближения и пере­крытия внешних электронных оболочек. При этом электроны переходят в делокализованное со­стояние, т.е. принадлежат всем атомам кристалла одновременно. Таким образом, кристаллы с ме­таллической связью представляют собой решетку из положительно заряженных атомных осто­вов, пространство между которыми заполнено свободными электронами. Кристаллы с металли­ческими решетками отличаются их высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью.