Виды кристаллических решёток.

С точки зрения сил, действующих между частицами, образующими кристаллы их можно условно разбить на четыре типа: ионные, атомные, молекулярные и металлические кристаллы.

1. И онная решётка. Её образуют большинство неорганических соединений, например, соли или оксиды различных химических элементов. В узлах пространственной решётки этих кристаллов размещаются поочерёдно ионы противоположных знаков. Механизм образования ионного кристалла можно объяснить на примере поваренной соли NaCl. Атом натрия легко теряет один электрон, который присоединяется к атому хлора. Так возникают два иона с противоположными по знаку зарядами. На рисунке 12.3 белыми кружками обозначены несущие положительный заряд ионы натрия, чёрными кружками – отрицательные ионы хлора. Образовавшиеся ионы удерживаются в узлах решётки электростатическими силами. Ионные кристаллы хорошо растворяются в воде, обладают высокой механической прочностью. В ионной решётке нельзя выделить отдельные молекулы: кристалл представляет собой как бы одну гигантскую молекулу.

2. Атомная решётка. Она образуется при взаимодействии нейтральных атомов. Чаще всего атомы одинаковые и при их взаимодействии не могут образовываться ионы. Примерами таких кристаллов являются алмаз и графит (рисунок 12.4), атомную решётку имеют полупроводники германий и кремний. Атомы удерживаются в узлах решётки ковалентными связями: у соседних атомов общие внешние (валентные) электроны, движущиеся по орбитам, охватывающим оба атома. Вещества с атомной решёткой обладают различной механической прочностью. Решётка графита состоит из слоёв, которые легко сдвигаются друг относительно друга, поэтому графитовый карандаш оставляет след на бумаге. Решётка алмаза не содержит плоских слоёв, поэтому алмаз является очень прочным соединением.

3. Молекулярная решётка. В узлах кристаллической решётки находятся молекулы. К веществам с молекулярной решёткой относят большинство органических соединений, а также кристаллы сухого льда – твёрдой углекислоты CO₂, нафталина, йода и т.п. Между молекулами действуют силы межмолекулярного взаимодействия. Вследствие того, что эти силы довольно слабые, молекулярные кристаллы не обладают механической прочностью, легко разрушаются за счёт теплового движения молекул. Они плавятся при очень низких температурах, а также легко испаряются. Так кристаллы йода при нормальном атмосферном давлении испаряются при +39,6°С.

4. М еталлическая решётка. Такой решёткой обладают все металлы. Решётки большинства металлов изображены на рисунке 12.5. В узлах кристаллической решётки находятся положительные ионы металла, между которыми движутся электроны. При кристаллизации металлов электроны, находящиеся на внешних орбитах (валентные электроны), отделяются от атомов. Однако, в отличие от случая ионной связи, здесь электроны не могут присоединиться к другому атому и образовать отрицательный ион, так как все атомы металла одинаковы. Поэтому валентные электроны коллективизируются – они уже принадлежат не одному атому, как в случае ионной связи, и не паре соседних атомов, как при ковалентном взаимодействии, а всему кристаллу в целом. Металлическая связь обеспечивается притяжением между ионной решеткой, образованной положительно заряженным ионами, и отрицательно заряженным электронным облаком, так называемым электронным газом. Заметим, что наличие свободных электронов, способных под действием электрического поля перемещаться по кристаллу, обеспечивает хорошую электропроводность металлов.