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.
Атомы углерода и ковалентная связь
Атомы углерода соединяются в кристалл, образуя каркас из химических связей.
Атом углерода имеет одну 2s— и три 2р—орбиты, участвующие в образовании связей.
Поэтому можно ожидать, что каждый атом углерода в решетке имеет четыре связи.
Далее, между sр3-связями образуются тетраэдрические углы (как на рис. Тетраэдрическая структура соединения углерода, молекула метана СН4).
Эти предположения согласуются с экспериментально определенной структуре алмаза.
Алмаз
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.
