10. Кристаллическая структура. Молекулярные, ковалентные, металлические, ионные кристаллы. Особенности координирования в них структурных единиц. Примеры.

Молекулярный кристалл — 0%9A%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB"кристалл, образованный из 0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D0%B0"молекул. Молекулы связаны между собой слабыми 0%A1%D0%B8%D0%BB%D1%8B_%D0%92%D0%B0%D0%BD-%D0%B4%D0%B5%D1%80-%D0%92%D0%B0%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%B0"ван-дер-ваальсовыми силами, внутри же молекул между 0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC"атомами действует более прочная 0%9A%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C"ковалентная связь. Большинство молекулярных кристаллов — кристаллы органических соединений, типичный такой кристалл — 0%9D%D0%B0%D1%84%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%BD"нафталин. Молекулярные кристаллы образуют также некоторые простые вещества (0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4"водород, 0%93%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD"галогены, 0%90%D0%B7%D0%BE%D1%82"азот, 0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4"кислород), бинарные соединения типа H₂O, CO₂, N₂O₄, металлоорганические соединения и некоторые комплексные соединения. К молекулярным кристаллам относятся и кристаллы 0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80"полимеров, а также кристаллы 0%91%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BA"белков, нуклеиновых кислот. Особым случаем молекулярных кристаллов являются кристаллы отвердевших 0%98%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B3%D0%B0%D1%85&action=edit&redlink=1"инертных газов, в которых ван-дер-ваальсовы силы связывают между собой не молекулы, а атомы.

Для типичных молекулярных кристаллов характерны низкие 0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F"температуры плавления, большие 0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%88%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F&action=edit&redlink=1"коэффициенты теплового расширения, высокая 0%A1%D0%B6%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C"сжимаемость, малая 0%A2%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C"твёрдость. В обычных условиях большинство молекулярных кристаллов — 0%94%D0%B8%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA"диэлектрики. Некоторые молекулярные кристаллы, например органические красители, — 0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA"полупроводники.

Класс соединений с нормальной валентностью характеризуется жесткими направленными связями, аналогичными по своей природе связям в решетке алмаза. При этом каждый атом оказывается окруженным четырьмя другими, с которыми он связан нормальными ковалентными связями из двух электронов, следовательно, в данном случае электронная концентрация равна 4. Например, в соединении AlSb каждый атом алюминия имеет три электрона, а каждый атом сурьмы — пять. Следовательно, на два атома приходится восемь электронов и, таким образом, электронная концентрация равна четырем. Эти соединения кристаллизуются в решетку цинковой обманки, которая совершенно аналогична решетке алмаза, с той лишь разницей, что атомы углерода заменены атомами двух сортов: цинка и серы.

Металлический кристалл рассматривается как состоящий из правильно расположенных положительных ионов, удерживаемых совместно путем притяжения находящихся между ними электронов. Структуры металлических кристаллов характеризуются плотной и плотнейшей упаковкой положительных ионов. металлы демонстрируют высокую тепло - и электропроводность, указывая на присутствие электронов, которые являются относительно свободными для движения через кристалл. Металлические кристаллы образуются следующим образом. При кристаллизации атомы сближаются, валентные электроны отделяются от атомов и коллективизируются — они уже принадлежат не отдельным атомам, а кристаллической решетке в целом. Совокупность этих свободных электронов образует электронный газ. Кристаллическая решетка состоит из плотно упакованных положительно заряженных ионов, которые удерживаются в узлах решетки за счет взаимодействия с отрицательно заряженным электронным газом. Наличие свободных электронов и служит причиной того, что металлы — хорошие проводники электричества.

Ионные кристаллы образуются путем плотной упаковки ионов, заряженных разноименно. К числу ионных кристаллов относится большинство неорганических соединений, например соли. Рассмотрим строение кристалла поваренной соли — хлорида натрия NаСI. Известно, что атом натрия легко отдает свой валентный электрон, а атом хлора его принимает. Образуются два иона: положительный Nа⁺ и отрицательный Сl^-. У обоих ионов внешняя электронная оболочка оказывается заполненной, ибо она содержит по 8 электронов. Электроны располагаются сферически, симметрично относительно ядер, так что оба иона можно считать шариками, но с разными радиусами: ион хлора больше иона натрия. Между разноименно заряженными ионами действуют кулоновские силы притяжения, удерживающие их в узлах кубической кристаллической решетки. Каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, и, наоборот, каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия. В кристалле нет молекул NаСl.