Основы общей химии

3.3.2.Молекулярные кристаллы

В узлах кристаллической решетки молекулярных кристаллов располагаются молекулы. Связь между ними осуществляется за счет сравнительно слабых, короткодействующих сил межмолекулярного взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса) и водородных связей. Расположение частиц подчиняется законам плотнейшей упаковки с учетом геометрии самих молекул и ориентирующим эффектом ориентационного и индукционного взаимодействия диполей. Межмолекулярное расстояние существенно больше, чем внутримолекулярное (длина связи в молекулах меньше, чем расстояние между молекулами). В ряде случаев из молекулярных кристаллов в отдельную группу выделяют кристаллы с преимущественно водородной связью между молекулами. Отличительной особенностью этих кристаллов (например, кристаллов льда) является расположение молекул в пространстве и число ближайших соседей, обусловленные водородными связями между молекулами, а не законами плотнейших упаковок.

3.3.3.Ковалентные (атомные) кристаллы

Ковалентные кристаллы образуют атомы с равной или близкой электроотрицательностью. Связь между атомами в решетке осуществляется за счет ковалентной связи, поэтому число ближайших соседей в решетке определяется валентностью атома (числом общих электронных пар с соседними атомами). Взаимное расположение ближайших соседних атомов определяется направленностью в пространстве валентных орбиталей. В случае ковалентных кристаллов координационное число равно числу ковалентных связей атома в узле кристаллической решетки.

Пример. Кристалл, образованный атомами углерода, имеющего четыре валентных электрона (C-2s²2p²). В случае sp³-гибридизации четыре гибридные орбитали образуют тетраэдрическую структуру, пространственное повторение которой дает решетку алмаза. Каждый атом углерода связан с четырьмя соседними атомами равноценными связями ( ), угол между которыми составляет ~109^o. Алмазоподобную решетку имеют также и изоэлектронные углероду атомы кремния (Si-3s²3p²), германия (Ge-4s²4p²). Алмазоподобную решетку образуют также изоэлектронные молекулы (суммарное число валентных электронов такое же как и у двух атомов углерода). Например, нитрид бора (боразон) [B 2s²2p¹ N 2s²2p³], арсенид галлия [Ga 4s²4p¹ As 4s²4p³], карбид кремния (карборунд) [C 2s²2p² Si 3s²3p²]. Необходимо отметить, что в нитриде бора и арсениде галлия четвертая ковалентная связь образуется по донорно-акцепторному механизму.
Как известно, углерод имеет несколько полиморфных (аллотропических) модификаций: алмаз, графит, карбин (нитевидный углерод), фуллерены. Кристаллическая решетка алмаза, как было показано выше, соответствует полной sp³-гибридизации валентных электронов. Однако в гибридизации могут участвовать не все валентные электроны. Случаю sp²-гибридизации соответствует кристаллическая решетка графита. Три гибридные орбитали образуют плоский правильный треугольник, перпендикулярно которому располагается четвертая р-орбиталь. Каждый атом углерода связан с тремя соседями равноценными -связями, образованными sp²-гибридными электронами. В результате в плоскости образуется гексагональная сетка ( ) связанных между собой атомов углерода. Отдельные плоскости связаны между собой более слабой связью ( ) за счет негибридизованных p-электронов. Кристаллическая решетка представляет собой набор параллельных, относительно слабо связанных между собой плоскостей.
Случаю sp-гибридизации соответствует кристаллическая решетка карбина.

жүктеу/скачать 2,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: