Іонні кристали.
У складних кристалах, що складаються з елементів різної валентності, можливе утворення іонного типу зв'язку. Такі кристали називають іонними.
При зближенні атомів і перекритті валентних енергетичних зон між елементами відбувається перерозподіл електронів. Електропозитивний елемент втрачає валентні електрони, перетворюючись в позитивний іон, а електронегативний - набуває його, добудовуючи тим самим свою валентну зону до стійкої конфігурації, як у інертних газів. Таким чином, в вузлах іонного кристала розташовуються іони.
Представник цієї групи - кристал оксиду решітка якого складається з негативно заряджених іонів кисню і позитивно заряджених іонів заліза.
Перерозподіл валентних електронів при іонної зв'язку відбувається між атомами однієї молекули (одним атомом заліза і одним атомом кисню).
Для ковалентних кристалів координаційне число К, а слелователию, і можливий тип решітки визначаються валентністю елемента. Для іонних кристалів координаційне число визначається співвідношенням радіусів металевого і неметалічної іонів, так як кожен іон прагне притягнути до себе якомога більше іонів протилежного знака. Іони в решітці укладаються як кулі різних діаметрів.
Радіус неметаллического іона більше радіуса металевого, і тому металеві іони заповнюють пори в кристалічній решітці, утвореної іонами неметалла. В іонних кристалах координаційне число
визначає число іонів протилежного знака, які оточують даний іон.
Наведені нижче значення відносин радіуса металу до радіусу неметалла і відповідні їм координаційні числа випливають з геометрії упаковки куль різних діаметрів.
Для координаційне число дорівнюватиме 6, так як вказане співвідношення дорівнює 0,54. На рис. 1.14 приведена кристалічна решітка Іони кисню утворюють ГЦК грати, іони заліза займають в ній пори. Кожен іон заліза оточений шістьма іонами кисню, і, навпаки, кожен іон кисню оточений шістьма іонами заліза, В зв'язку з цим в іонних кристалах не можна виділити пару іонів, які можна було б вважати молекулою. При випаровуванні такий кристал розпадається на молекули.
При нагріванні співвідношення іонних радіусів може змінюватися, так як іонний радіус неметалла зростає інтенсивніше, ніж радіус металевого іона. Це призводить до зміни типу кристалічної структури, т. Е. До поліморфізму. Наприклад, у оксиду при нагріванні шпінельної кристалічна решітка змінюється на ромбоедричних грати (див. П. 14.2),
Мал. 1.14. Кристалічна решітка а - схема; б - просторове зображення
Енергія зв'язку іонного кристала за своєю величиною близька до енергії зв'язку ковалентних кристалів і перевищує енергію зв'язку металевих і тим більше молекулярних кристалів. У зв'язку з цим іонні кристали мають високу температуру плавлення і випаровування, високий модуль пружності і низькі коефіцієнти стисливості і лінійного розширення.
Заповнення енергетичних зон внаслідок перерозподілу електронів робить іонні кристали напівпровідниками або діелектриками.
У багатьох іонних кристалах є частка ковалентного зв'язку. Під дією електромагнітних полів один одного відбувається поляризація іонів і виникає змішана іонно-ковалентний зв'язок. Поляризація деформує електронні зони, в результаті чого іони втрачають сферичну симетрію. Зі зміною частки ковалентного зв'язку в іонних кристалах змінюються і властивості. В кристалах, утворених елементами різних груп частка ковалентного зв'язку зростає від до. В останніх з'єднаннях, утворених елементами четвертої групи, частка ковалентного зв'язку становить 90% і кристали переважно є ковалентними. Збільшення частки ковалентного зв'язку викликає збільшення електричної провідності. Кристали - діелектрики, а кристали - напівпровідники.