2.7. Сравнительная характеристика связей

Сделаем некоторые выводы. Как мы видим, твердые тела по типам связей делятся на пять классов, каждый из которых характеризуется своим пространственным распределением электронов, что и определяет величину энергии связи.

В ионных кристаллах основные силы, действующие между ионами, – силы электростатического притяжения. Распределение электронного заряда вблизи каждого иона близко к сферическому и слегка нарушается в области контакта соседних ионов.

В кристаллах с ковалентной связью валентные электроны обобществлены соседними атомами. Кристалл по существу представляет собой огромную молекулу. Этот тип характеризуется высокой электронной плотностью между ионами и резкой направленностью связей.

У большинства металлов (например, щелочных) энергию связи обусловливают электроны проводимости; металл можно представлять как решётку из положительных ионов, погруженную в электронную жидкость. Она является некой связующей средой, которая не позволяет ионной решетке разрушиться.

Связь Ван-дер-Ваальса, как ранее было сказано, является наиболее универсальной, она возникает между любыми частицами, но это и наиболее слабая связь, энергия ее примерно на два порядка ниже энергии ионной и ковалентной связи. Поскольку дисперсионное взаимодействие оказывается очень слабым, молекулярные связи четко проявляются лишь в тех случаях, когда они возникают между атомами или молекулами. Молекулярная связь легко разрушается тепловым движением. Поэтому молекулярные кристаллы обладают низкими температурами плавления, большими коэффициентами теплового расширения, большой сжимаемостью, малой твердостью.

Примером кристалла с молекулярной связью может служить кристаллическая решетка иода. Так, твердый иод имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которых находятся молекулы I₂. Аналогичным образом построена кристаллическая решетка твердого диоксида углерода (сухой лед) – в узлах кристаллической решетки находятся молекулы CO₂.

В качестве примера в табл. 2.3 приведены величины энергии связи для различного типа кристаллов.

Таблица 2.3. Классификация кристаллов по типам связей

Тип кристалла	Пример	Энергия связи, ккал/моль эВ/атом	Характерные свойства
Ионный	NaCI	180-220 7,8 – 9,5	Отражение и поглощение света в инфракрасной области; малая электропроводность при низких температурах; хорошая ионная проводимость при высоких температурах
Атомный (с ковалентной связью)	С (алмаз), Ge, Si	170-283 7,4 – 9,3	Высокая твёрдость (у чистых образцов), слабая проводимость при низких температурах
Металлический	Cu, Al	26-96 1,1 – 4,2	Высокая электропроводность
Молекулярный	Ar, СН4	1,8 0,08	Низкие точки плавления и кипения, сильная сжимаемость
С водородными связями	Н2О (лёд) H2F	3-10 0,13 – 0,45	Тенденция к полимеризации; энергия связи между молекулами больше, чем у аналогичных молекул без водородных связей