Види кристалічних решіток (ґраток) твердих речовин
Тверді речовини можуть існувати у кристалічному чи аморфному стані.
В аморфному стані (більшість полімерів) у твердої речовини відсутня кристалічна решітка, частинки розташовані хаотично, тому між сусідніми частинками утворюються нерівноцінні зв’язки, тому аморфні речовини не мають певної температури плавлення, а поступово розм’якшуються в міру їх нагрівання.
Найчастіше тверді речовини перебувають у кристалічному стані, котрий характеризується строго певним розташуванням частинок один щодо одного. Атоми, молекули чи іони утворюють правильну об’ємну структуру, котру називають кристалічними ґратками (решітками) – місця, де розташовані атоми (молекули, іони) речовини, називаються вузлами кристалічної решітки.
Атомні кристалічні решітки
У вузлах решітки знаходяться нейтральні атоми, які пов’язані один з одним ковалентними зв’язками.
Характерні властивості речовин з атомними кристалічними решітками:
- висока температура плавлення;
- висока міцність;
- висока твердість;
- слабка електропровідність;
- погана розчинність;
- нелетючість.
Приклади твердих речовин з атомними кристалічними решітками:
- прості речовини: вуглець, бор, кремній, германій;
- складні речовини: Al2O3, SiO2, SiC.
Іонні кристалічні решітки
У вузлах іонних кристалів знаходяться катіони та аніони, які утримуються силами електростатичного тяжіння. Такі зв’язки дуже міцні, тому, речовини з іонними кристалічними решітками мають високу температуру кипіння і плавлення.
Приклади твердих речовин з іонними кристалічними решітками:
- солі: NaCl, K2CO3, KNO3;
- основи: Ca(OH)2, NaOH.
Молекулярні кристалічні решітки
У вузлах молекулярних ґраток знаходяться молекули, які можуть бути, як полярними (лід), так і неполярними (твердий кисень).
Сусідні молекули в молекулярних кристалічних ґратках утримуються слабкими силами міжмолекулярної взаємодії (водневими зв’язками, ван-дер-ваальсовими силами), тому такі речовини досить леткі, мають низькі температури плавлення і кипіння.
Приклади твердих речовин з молекулярними кристалічними ґратками:
- прості речовини: Ne, He, O2, H2, N2;
- складні речовини: H2O, CO2, цукор.
Металеві кристалічні решітки
У металевих кристалах у вузлах ґраток знаходяться катіони металів, які оточені негативно зарядженими валентними електронами. Стабільність таких решіток обумовлена силами тяжіння між електронами і катіонами металів (у металах електрони належать не окремим атомам, а всій решітці).
Металеву решітку можуть утворювати атоми з невеликою кількістю валентних електронів на зовнішньому рівні (від 1 до 3), які слабо утримуються в атомі через невелику енергію іонізації. Металеві властивості речовин зростають із збільшенням атомного радіусу, оскільки при цьому зменшується енергія, що утримує валентні електрони (наприклад, магній, розташований у III періоді Періодичної системи Менделєєва, виявляє сильніші металеві властивості порівняно, наприклад, з бериллієм, розташованим у II періоді, тому що має більший атомний радіус).
Характерні для металів фізичні властивості (висока електропровідність, ковкість, теплопровідність, пружність) пояснюються високою рухливістю негативно заряджених валентних електронів, які називають “електронним газом“.