Классификация кристаллов по типу связи

О кристаллах иногда говорят как о молекулах, образованных из колоссального количества атомов. Такое сопоставление кристаллов с молекулами в известной мере оправдано, поскольку связи, возникающие в кристалле между отдельными его составляющими, по своей природе подобны связям между атомами в молекулах.
водородную связь.

Поэтому можно провести классификацию кристаллов, основываясь на главных типах сил химической связи. В соответствии с типом этой связи различают кристаллы ионные, молекулярные, валентные металлы и кристаллы с водородными связями. Такая классификация носит лишь приближенный характер, поскольку в природе имеются также кристаллы, в которых силы сцепления между атомами обусловлены одновременным участием различных типов химической связи. Однако и для этих кристаллов в большинстве случаев удается оценить доли различных типов химической связи в величине полной энергии связи кристалла.
Ионные кристаллы (кристаллы типа каменной соли NaCl) можно представить себе состоящими из положительных и отрицательных ионов. Сцепления в ионных кристаллах обеспечиваются кулоновским притяжением между разноименными ионами, в связи с чем ионные кристаллы обладают большой энергией связи (около 200 ккал/моль). Так называемые молекулярные кристаллы, к которым, в частности, относятся органические кристаллы (бензол, антрацен и т. д.) и кристаллы благородных газов, можно достаточно точно представить себе состоящими из нейтральных атомов или молекул, притяжение которых друг к другу обусловлено силами Ван-Дер-Ваальса. Молекулярные кристаллы имеют сравни¬ельно низкие температуры плавления и весьма небольшие энергии связи (порядка 1 ккал/моль). Имеются в природе также так называемые валентные кристаллы, построенные из нейтральных атомов, электронные облака, вокруг которых несколько перекрываются между собой, образуя электронные «мостики» или ковалентные связи между соседними атомами. Ковалентная связь является обычным типом химической связи, часто встречающимся в химии органических соединений. Этот тип связи характеризуется высокой электронной плотностью в области между ионами, а также явно выраженным свойством направленности. Типичные примеры валентных кристаллов — это алмаз, кремний, германий. Для этих кристаллов энергия связи оказывается одного порядка с энергией связи ионных кристаллов.
Отличительной чертой металлов является их высокая электропроводность. Это обстоятельство обусловлено наличием в металлах электронов, достаточно свободных, чтобы иметь возможность перемещаться и принимать участие в явлении проводимости. Эти электроны называются электронами проводимости. В некоторых металлах, таких, например, как щелочные, взаимодействие ионных остовов с электронами проводимости в основном и обусловливает энергию связи. Однако связь, обязанная своим происхождением только свободным электронам, не является очень сильной (для Na это 26 ккал/моль). Энергия связи в металлах существенно повышается, если наряду со свободными электронами в величину энергии связи вносят свой вклад также и ковалентные связи, возникающие в металлах между атомами с незаполненными внутренними электронными оболочками.
Эта ситуация весьма аналогична той, которая имеет место для молекул ароматических соединений (бензол, нафталин, антрацен и др.), где основной вклад в энергию связи молекулы вносят локализованные так называемые , cr-связи, возникающие между углеродными атомами, тогда как делокализованные я-электроны способны почти свободно, как и электроны проводимости в металлах, перемещаться вдоль цепей атомов. В соответствии с первоначальной идеей Эренфеста именно возможностью свободного движения я-электронов вдоль по бензольному кольцу, играющему роль замкнутой орбиты, объясняется аномально большое значение диамагнитной восприимчивости бензола. Впоследствии эта идея успешно применялась для расчета диамагнитной восприимчивости конденсированных ароматических соединений.
Среди видов межмолекулярного взаимодействия особое положение занимает водородная связь. Это специфическое межмолекулярное взаимодействие, которое осуществляется между молекулами, содержащими водород, и молекулами, содержащими атомы О, F, N, Cl, S. Наличием водородной связи в таких веществах в жидком, кристаллическом и даже газообразном состоянии объясняется их ассоциированность и многие другие свойства. Водородная связь является важнейшей формой взаимодействия между молекулами Н2О и обусловливает вместе с диполь-дипольным взаимодействием молекул удивительные физические свойства воды и льда. Само возникновение водородной связи обусловлено тем, что в некоторых условиях атом водорода может быть связан значительными силами притяжения одновременно с двумя атомами, как раз и образуя между ними водородную связь. Энергия такой связи превышает энергию связи, обусловленную силами Ван-дер-Ваальса, и равна примерно 5 ккал/моль. Водородная связь возникает лишь между наиболее электроотрицательными атомами и имеет, по-видимому, в основном ионный характер. При этом атом водорода отдает свой электрон одному из двух атомов, а получившийся протон осуществляет