Химия Общая химия Ковалентная связь и кристаллическая решетка твердых веществ

Ковалентная связь и кристаллическая решетка твердых веществ

Фтор F2, кислород О2 и азот N2 — все образуют молекулярные кристаллы, но следующий член этого периода — углерод — образует критические вещества совсем другого рода.

В твердом углероде нет небольших молекул, в которых была бы полностью использована способность каждого атома к образованию связей.

Тетраэдрическая структура соединения углерода, молекула метана СН4

Атомы углерода и ковалентная связь

Атомы углерода соединяются в кристалл, образуя каркас из химических связей.

Атом углерода имеет одну 2s— и три 2рорбиты, участвующие в образовании связей.

Поэтому можно ожидать, что каждый атом углерода в решетке имеет четыре связи.

Далее, между 3-связями образуются тетраэдрические углы (как на рис. Тетраэдрическая структура соединения углерода, молекула метана СН4).

Эти предположения согласуются с экспериментально определенной структуре алмаза.

Алмаз

Структура алмаза

Алмаз — одна из встречающихся в природе форм чистого кристаллического углерода.

Каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами, расположенными в вершинах тетраэдра.

В результате образуется компактная кристаллическая решетка, связанная обычными химическими связями.

Такое описание дает прекрасное объяснение чрезвычайной устойчивости углерода в этой модификации.

Графит

Графит представляет собой другую форму твердого углерода.

В отличие от трехмерной структуры алмаза графит имеет слоистую структуру.

Атомы внутри каждого слоя связаны между собой очень прочно,  но между соседними слоями существуют лишь слабые силы.

В связи с этим кристаллы графита легко расслаиваются, что обусловливает мягкость графита и его «смазывающие» свойства.

Элементы, образующие кристаллические твердые вещества, расположены в правой части периодической таблицы между элементами, которые образуют молекулярные кристаллы, и металлами (рис. ниже белым)

Таким образом, они являются промежуточными между металлами и неметаллами.

В этой ограниченной области классификация несколько затруднена.

В то время как одно свойство предполагает один тип связи, другое свойство может привести к совершенно другим выводам.

На рис. 3 (бирюзовый) показаны некоторые элементы, образующие твердые вещества, которые нельзя полностью отнести ни к металлам, ни к молекулярным кристаллам.

Твердые вещества, которые нельзя полностью отнести ни к металлам, ни к молекулярным кристаллам

 

Топовые страницы