Структуры типичных полупроводников, ионных и молекулярных кристаллов

В узлах молекулярных решеток располагаются молекулы, причем энергия взаимодействия между атомами в молекуле намного превышает энергию взаимодействия между молекулами. Фазовые переходы молекулярных кристаллов (плавление, возгонка, полиморфные переходы) происходят, как правило, без разрушения отдельных молекул. Вещества, имеющие молекулярные решетки, обычно обладают низкими температурами плавления и кипения, высоким давлением насыщенного пара. К такому типу относятся, например: H_2, O₂, N₂, галогены, благородные газы при низких температурах и многие органические вещества. Энергия связи 4-40 кДж/моль.

В узлах ионных решеток находятся ионы противоположных зарядов. Связь между частицами осуществляется за счет электростатических сил притяжения, хотя может налагаться и сила взаимодействия перекрывающихся орбиталей. Ионные кристаллы отличаются высокой температурой плавления. Такую решетку имеют кристаллы солей металлов. Ионная связь является очень прочной, энергия связи 600-1000 кДж/моль.

В узлах атомной решетки находятся связанные друг с другом ковалентной связью атомы. Вещества с такого типа решетками имеют высокую температуру плавления и низкое давление насыщенного пара. Характерным примером является алмаз, в кристаллической решетке которого все межъядерные расстояния и все узлы между связями равны. Это обуславливает его очень низкую энергию и, как следствие, – высокую твердость. Прочность ковалентной связи высока, энергия связи 600-1200 кДж/моль.

Металлическая решетка является разновидностью атомной и отличается тем, чтов ее узлах находятся атомы и положительно заряженные ионы. В пространстве между узлами перемещаются электроны, обеспечивающие электронейтральность вещества. Эти подвижные электроны придают металлам характерные свойства: металлический блеск, высокую электропроводность, теплопроводность, пластичность. Энергия металлической связи 80-800 кДж/моль.

Рассмотренные предельные типы химической связи в чистом виде проявляются чрезвычайно редко. Как правило, в твердых телах реализуются различные типы связей, из которых один зачастую преобладает над остальными.

Из всех многочисленных структурных типов, которые изучает кристаллохимия, для теории твердого тела наиболее важны структуры алмаза (рис.7.1), сфалерита (рис.7.2) и вюрцита (рис.7.3).

Рис.7.1. Структура алмаза

Рис.7.2. Структура сфалерита

Рис.7.3. Структура вюрцита