Типи хімічного зв'язку в кристалах

Прийнято виділяти чотири основні типи хімічного зв'язку в мінералах.

· Металевий зв'язок характерний для елементів перших груп Періодичної системи та інтерметалідів. Їх атоми, як відомо, мають крупні розміри, а зовнішні електрони слабо пов'язані з ядром. У кристалічній решітці металів зовнішні електрони вільно переміщаються в просторі між атомами. Вони утворюють своєрідний "електронний газ" і обумовлюють основні властивості металів: високу пластичність, ковкість, теплопровідність, електропровідність, малу твердість, невисокі точки плавлення і кипіння. Зв'язок не направлений. Енергія металевого зв'язку становить десятки кілокалорій на моль.

· Ковалентний (гомеополярний) зв'язок здійснюється за рахунок усуспільнення електронів на зовнішніх валентних орбіталях двох сусідніх атомів, таким чином, що обидва вони набувають стабільної конфігурації благородного газу. Ковалентний зв'язок строго направлений, такий, що насичується і дуже міцний. Енергія зв'язку становить до 170 ккал/моль. Мінерали з таким типом зв'язку характеризуються нерозчинністю, великою стійкістю, високими точками плавлення і кипіння, напівпровідниковими властивостями.

· Іонний (гетерополярний) зв'язок реалізується між атомами різного сорту за рахунок електростатичної взаємодії позитивно заряджених катіонів і негативно заряджених аніонів, при цьому валентні електрони переходять від металу до аніона. Зв'язок ненапрямлений і ненасичений. Енергія іонного зв'язку тим більша, чим більша різниця електронегативності між елементами (для NaCl - 180 ккал/моль). Кристали з іонним типом зв'язку розчиняються в полярних розчинах (вода), для них характерні діелектричні властивості, низька тепло- і електропровідність, середні густина і твердість, високі точки плавлення і кипіння.

· Ван-дер-Ваальсовий (залишковий) зв'язок з’єднує нейтральні молекули або структурні одиниці за допомогою малих залишкових зарядів на їх поверхні, що утворюються за рахунок миттєвих дипольних моментів "ядро-електрон", між якими починають діяти сили тяжіння. Це явище носить назву дисперсійного ефекту і служить головною причиною виникнення Ван-дер-Ваальсового зв'язку. Крім того, можуть виникати й інші ефекти (орієнтаційний, індукційний). У різних сполуках сила кожного ефекту різна. Ван-дер-Ваальсовий зв'язок – один із найслабкіших хімічних зв'язків і, будучи присутнім у мінералах як додатковий, визначає зони гарної спайності і низької твердості (графіт).

Серед Ван-дер-Ваальсових зв'язків особливе місце займає так званий водневий зв'язок, що розглядається часто як самостійний тип зв'язку. Він виникає за рахунок колективного використання протона двома атомами, наприклад, кисню, що входить до складу води, і кисню стінок каркаса, в якому ця молекула води міститься. Водневий зв'язок слабкіше іонного або ковалентного, але сильніше звичайного, Ван-дер-Ваальсового.

Залежно від типів хімічного зв’язку в кристалах структури поділяють на:

· гомодесмічніструктури кристалів, в яких зв'язок між усіма атомами однаковий;

· гетеродесмічніструктури кристалів, в яких співіснують декілька типів хімічного зв'язку.