Látky s atomovou a molekulární krystalovou mřížkou. Krystalové mřížky

To, co existuje v přírodě, je tvořeno velkým množstvím stejných částic, které jsou vzájemně propojeny. Všechny látky existují ve třech stavech agregace: plynné, kapalné a pevné. Při ztíženém tepelném pohybu (při nízkých teplotách), stejně jako u pevných látek, jsou částice striktně orientovány v prostoru, což se projevuje jejich přesnou strukturní organizací.

Krystalová mřížka látky je struktura s geometricky uspořádaným uspořádáním částic (atomů, molekul nebo iontů) v určitých bodech prostoru. V různých mřížkách se rozlišuje mezi intersticiálním prostorem a samotnými uzly – body, ve kterých se nacházejí samotné částice.

Existují čtyři typy krystalové mřížky: kovová, molekulární, atomová, iontová. Typy mřížek jsou určeny podle typu částic umístěných v jejich uzlech a také podle povahy spojení mezi nimi.

Krystalová mřížka se nazývá molekulární, pokud jsou molekuly umístěny v jejích uzlech. Jsou spojeny mezimolekulárními relativně slabými silami, nazývanými van der Waalsovy síly, ale samotné atomy uvnitř molekuly jsou spojeny výrazně silnější nebo nepolární silou). Molekulární krystalová mřížka je charakteristická pro chlór, pevný vodík a další látky, které jsou za běžných teplot plynné.

Krystaly, které tvoří vzácné plyny, mají také molekulární mřížky sestávající z monatomických molekul. Většina organických pevných látek má tuto strukturu. Počet, který má molekulární strukturu, je velmi malý. Jsou to například pevné halogenovodíky, přírodní síra, led, jednoduché pevné látky a některé další.

Při zahřátí se poměrně slabé mezimolekulární vazby poměrně snadno ničí, proto látky s takovými mřížkami mají velmi nízké teploty tání a nízkou tvrdost, jsou nerozpustné nebo málo rozpustné ve vodě, jejich roztoky prakticky nevedou elektrický proud a vyznačují se značnou těkavostí . Minimální body varu a tání jsou pro látky vyrobené z nepolárních molekul.

Kovová se nazývá krystalová mřížka, jejíž uzly jsou tvořeny atomy a kladnými ionty (kationty) kovu s volnými valenčními elektrony (oddělenými od atomů při vzniku iontů), náhodně se pohybujícími v objemu krystalu. Tyto elektrony jsou však v podstatě polovolné, protože se mohou volně pohybovat pouze v rámci, který je omezen danou krystalovou mřížkou.

Elektrostatické elektrony a kladné kovové ionty se vzájemně přitahují, což vysvětluje stabilitu kovové krystalové mřížky. Shromažďování volně se pohybujících elektronů se nazývá elektronový plyn - poskytuje dobré elektrické a Když se objeví elektrické napětí, elektrony spěchají ke kladné částici, účastní se vytváření elektrického proudu a interagují s ionty.

Kovová krystalová mřížka je charakteristická především pro elementární kovy a také pro sloučeniny různých kovů mezi sebou. Hlavní vlastnosti, které jsou krystalům kovů vlastní (mechanická pevnost, těkavost, poměrně silně kolísají. Takové fyzikální vlastnosti jako plasticita, kujnost, vysoká elektrická a tepelná vodivost a charakteristický kovový lesk jsou však charakteristické pouze pro krystaly s kovovou mřížkou .

Při provádění mnoha fyzikálních a chemických reakcí přechází látka do pevného stavu agregace. V tomto případě mají molekuly a atomy tendenci se uspořádat do takového prostorového uspořádání, ve kterém by byly síly interakce mezi částicemi hmoty maximálně vyvážené. Tak se dosáhne pevnosti pevné látky. Atomy, jakmile zaujmou určitou polohu, provádějí malé oscilační pohyby, jejichž amplituda závisí na teplotě, ale jejich poloha v prostoru zůstává pevná. Síly přitažlivosti a odpuzování se vzájemně vyrovnávají v určité vzdálenosti.

Moderní představy o struktuře hmoty

Moderní věda uvádí, že atom se skládá z nabitého jádra, které nese kladný náboj, a elektronů, které nesou záporné náboje. Rychlostí několika tisíc bilionů otáček za sekundu se elektrony otáčejí na svých drahách a vytvářejí kolem jádra elektronový mrak. Kladný náboj jádra se číselně rovná zápornému náboji elektronů. Atom látky tedy zůstává elektricky neutrální. K možným interakcím s jinými atomy dochází, když se elektrony oddělí od jejich mateřského atomu, čímž se naruší elektrická rovnováha. V jednom případě jsou atomy uspořádány v určitém pořadí, které se nazývá krystalová mřížka. V jiném se v důsledku složité interakce jader a elektronů spojují do molekul různého typu a složitosti.

Definice krystalové mřížky

Dohromady jsou různé typy krystalických mřížek látek sítěmi s různou prostorovou orientací, v jejichž uzlech se nacházejí ionty, molekuly nebo atomy. Tato stabilní geometrická prostorová poloha se nazývá krystalová mřížka látky. Vzdálenost mezi uzly jedné krystalové buňky se nazývá perioda identity. Prostorové úhly, ve kterých se nacházejí uzly buněk, se nazývají parametry. Podle způsobu konstrukce vazeb mohou být krystalové mřížky jednoduché, centrované na bázi, centrované na obličej a centrované na tělo. Pokud se částice hmoty nacházejí pouze v rozích rovnoběžnostěnu, nazývá se taková mřížka jednoduchá. Příklad takové mřížky je uveden níže:

Pokud se částice látky kromě uzlů nacházejí i uprostřed prostorových úhlopříček, pak se toto uspořádání částic v látce nazývá tělesně centrovaná krystalová mřížka. Tento typ je jasně znázorněn na obrázku.

Pokud je kromě uzlů ve vrcholech mřížky ještě uzel v místě, kde se protínají pomyslné úhlopříčky kvádru, pak máte typ mřížky centrovaný na plochu.

Typy krystalových mřížek

Různé mikročástice, které tvoří látku, určují různé typy krystalových mřížek. Dokážou určit princip budování spojení mezi mikročásticemi uvnitř krystalu. Fyzikální typy krystalových mřížek jsou iontové, atomové a molekulární. Patří sem také různé typy kovových krystalových mřížek. Chemie studuje principy vnitřní stavby prvků. Typy krystalových mřížek jsou podrobněji uvedeny níže.

Iontové krystalové mřížky

Tyto typy krystalových mřížek jsou přítomny ve sloučeninách s iontovým typem vazby. V tomto případě mřížková místa obsahují ionty s opačnými elektrickými náboji. Díky elektromagnetickému poli jsou síly interiontové interakce poměrně silné a to určuje fyzikální vlastnosti látky. Společnými vlastnostmi jsou žáruvzdornost, hustota, tvrdost a schopnost vést elektrický proud. Iontové typy krystalových mřížek se nacházejí v látkách, jako je kuchyňská sůl, dusičnan draselný a další.

Atomové krystalové mřížky

Tento typ struktury hmoty je vlastní prvkům, jejichž struktura je určena kovalentními chemickými vazbami. Typy krystalových mřížek tohoto druhu obsahují jednotlivé atomy v uzlech, které jsou navzájem spojeny silnými kovalentními vazbami. Tento typ vazby nastává, když dva stejné atomy „sdílejí“ elektrony, čímž tvoří společný elektronový pár pro sousední atomy. Díky této interakci kovalentní vazby vážou atomy rovnoměrně a silně v určitém pořadí. Chemické prvky, které obsahují atomové typy krystalových mřížek, jsou tvrdé, mají vysokou teplotu tání, jsou špatnými vodiči elektřiny a jsou chemicky neaktivní. Klasické příklady prvků s podobnou vnitřní strukturou zahrnují diamant, křemík, germanium a bor.

Molekulární krystalové mřížky

Látky, které mají molekulární typ krystalové mřížky, jsou systémem stabilních, vzájemně se ovlivňujících, těsně zabalených molekul, které se nacházejí v uzlech krystalové mřížky. V takových sloučeninách si molekuly zachovávají svou prostorovou polohu v plynné, kapalné a pevné fázi. V uzlech krystalu jsou molekuly drženy pohromadě slabými van der Waalsovými silami, které jsou desítkykrát slabší než síly iontové interakce.

Molekuly, které tvoří krystal, mohou být polární nebo nepolární. Vlivem samovolného pohybu elektronů a vibrací jader v molekulách se může posouvat elektrická rovnováha - vzniká tak okamžitý elektrický dipólový moment. Vhodně orientované dipóly vytvářejí v mřížce přitažlivé síly. Oxid uhličitý a parafín jsou typickými příklady prvků s molekulární krystalovou mřížkou.

Kovové krystalové mřížky

Kovová vazba je pružnější a tažnější než vazba iontová, i když se může zdát, že obě jsou založeny na stejném principu. Typy krystalových mřížek kovů vysvětlují jejich typické vlastnosti – jako je mechanická pevnost, tepelná a elektrická vodivost a tavitelnost.

Charakteristickým rysem kovové krystalové mřížky je přítomnost kladně nabitých kovových iontů (kationtů) v místech této mřížky. Mezi uzly jsou elektrony, které se přímo podílejí na vytváření elektrického pole kolem mřížky. Počet elektronů pohybujících se v této krystalové mřížce se nazývá elektronový plyn.

V nepřítomnosti elektrického pole vykonávají volné elektrony chaotický pohyb a náhodně interagují s mřížkovými ionty. Každá taková interakce mění hybnost a směr pohybu záporně nabité částice. Elektrony svým elektrickým polem k sobě přitahují kationty a vyrovnávají tak jejich vzájemné odpuzování. Přestože jsou elektrony považovány za volné, jejich energie nestačí k opuštění krystalové mřížky, takže tyto nabité částice jsou neustále v jejích hranicích.

Přítomnost elektrického pole dodává elektronovému plynu další energii. Spojení s ionty v krystalové mřížce kovů není pevné, takže elektrony snadno opouštějí její hranice. Elektrony se pohybují podél siločar a zanechávají za sebou kladně nabité ionty.

závěry

Chemie přikládá velký význam studiu vnitřní struktury hmoty. Typy krystalových mřížek různých prvků určují téměř celý rozsah jejich vlastností. Ovlivněním krystalů a změnou jejich vnitřní struktury je možné zlepšit požadované vlastnosti látky a odstranit nežádoucí a transformovat chemické prvky. Studium vnitřní struktury okolního světa tak může pomoci pochopit podstatu a principy struktury vesmíru.

Pevné látky mají obvykle krystalickou strukturu. Vyznačuje se správným uspořádáním částic v přesně definovaných bodech prostoru. Když se tyto body mentálně propojí protínajícími se přímkami, vznikne prostorový rámec, který se nazývá krystalová mřížka. Body, ve kterých se částice nacházejí, se nazývají uzly krystalové mřížky. Uzly imaginární mřížky mohou obsahovat ionty, atomy nebo molekuly. Dělají oscilační pohyby. S rostoucí teplotou roste amplituda kmitů, což se projevuje tepelnou roztažností těles.

Podle typu částic a charakteru spojení mezi nimi se rozlišují 4 typy krystalových mřížek: iontové (NaCl, KCl), atomové, molekulární a kovové.

Krystalové mřížky sestávající z iontů se nazývají iontový. Jsou tvořeny látkami s iontovými vazbami. Příkladem je krystal chloridu sodného, ​​ve kterém je každý sodný iont obklopen 6 chloridovými ionty a každý chloridový iont je obklopen 6 sodnými ionty.

krystalová mřížka NaCl

Počet nejbližších sousedních částic těsně sousedících s danou částicí v krystalu nebo jednotlivé molekule se nazývá ohniskové číslo.

V mřížce NaCl jsou koordinační čísla obou iontů rovna 6. V krystalu NaCl tak není možné izolovat jednotlivé molekuly soli. Žádný z nich není. Celý krystal by měl být považován za obří makromolekulu sestávající ze stejného počtu Na + a Cl - iontů, Na n Cl n – kde n je velké číslo. Vazby mezi ionty v takovém krystalu jsou velmi silné. Proto mají látky s iontovou mřížkou poměrně vysokou tvrdost. Jsou žáruvzdorné a nízkoletové.

Tavení iontových krystalů vede k narušení geometricky správné orientace iontů vůči sobě a ke snížení pevnosti vazby mezi nimi. Proto jejich taveniny vedou elektrický proud. Iontové sloučeniny se obecně snadno rozpouštějí v kapalinách sestávajících z polárních molekul, jako je voda.

Nazývají se krystalové mřížky obsahující jednotlivé atomy ve svých uzlech atomový. Atomy v takových mřížkách jsou navzájem spojeny silnými kovalentními vazbami. Příkladem je diamant, jedna z modifikací uhlíku. Diamant se skládá z atomů uhlíku, z nichž každý je vázán na 4 sousední atomy. Koordinační číslo uhlíku v diamantu je 4. Látky s atomovou krystalovou mřížkou mají vysoký bod tání (diamant má přes 3500 o C), jsou pevné a tvrdé a jsou prakticky nerozpustné ve vodě.

Nazývají se krystalové mřížky skládající se z molekul (polárních a nepolárních). molekulární. Molekuly v takových mřížkách jsou navzájem spojeny relativně slabými mezimolekulárními silami. Proto látky s molekulární mřížkou mají nízkou tvrdost a nízký bod tání, jsou nerozpustné nebo málo rozpustné ve vodě a jejich roztoky téměř nevedou elektrický proud. Příklady jsou led, pevný CO 2 („suchý led“), halogeny, krystaly vodíku, kyslíku, dusíku, vzácné plyny atd.

Mocenství

Důležitou kvantitativní charakteristikou ukazující počet interagujících atomů ve výsledné molekule je mocenství– vlastnost atomů jednoho prvku vázat určitý počet atomů jiných prvků.

Valence je kvantitativně určena počtem atomů vodíku, které může daný prvek přidat nebo nahradit. Takže například v kyselině fluorovodíkové (HF) je fluor jednomocný, v amoniaku (NH 3) je dusík trojmocný, ve vodíku křemíku (SiH 4 - silan) je křemík čtyřmocný atd.

Později, s rozvojem představ o struktuře atomů, se valence prvků začala spojovat s počtem nepárových elektronů (valence), díky nimž se uskutečňuje vazba mezi atomy. Valence je tedy určena počtem nepárových elektronů v atomu, které se podílejí na tvorbě chemické vazby (v základním nebo excitovaném stavu). Obecně je valence rovna počtu elektronových párů spojujících daný atom s atomy jiných prvků.

Většina pevných látek má krystalický struktura, která se vyznačuje přesně definované uspořádání částic. Pokud spojíte částice s konvenčními čarami, získáte prostorový rámec tzv krystalová mřížka. Body, ve kterých se nacházejí krystalové částice, se nazývají uzly mřížky. Uzly imaginární mřížky mohou obsahovat atomy, ionty nebo molekuly.

V závislosti na povaze částic umístěných v uzlech a povaze spojení mezi nimi se rozlišují čtyři typy krystalových mřížek: iontové, kovové, atomové a molekulární.

Iontový se nazývají mřížky, v jejichž uzlech jsou ionty.

Jsou tvořeny látkami s iontovými vazbami. V uzlech takové mřížky jsou kladné a záporné ionty vzájemně propojené elektrostatickou interakcí.

Iontové krystalové mřížky obsahují soli, alkálie, aktivní oxidy kovů. Ionty mohou být jednoduché nebo složité. Například v místech mřížky chloridu sodného jsou jednoduché ionty sodíku Na a chlor Cl − a v místech mřížky síranu draselného se střídají jednoduché draselné ionty K a komplexní síranové ionty S O 4 2 −.

Vazby mezi ionty v takových krystalech jsou silné. Proto jsou iontové látky pevné, žáruvzdorné, netěkavé. Takové látky jsou dobré rozpustit ve vodě.

Krystalová mřížka chloridu sodného

Krystal chloridu sodného

Kov tzv. mřížky, které se skládají z kladných iontů a atomů kovů a volných elektronů.

Jsou tvořeny látkami s kovovými vazbami. V uzlech kovové mřížky jsou atomy a ionty (buď atomy nebo ionty, na které se atomy snadno promění a odevzdají své vnější elektrony pro běžné použití).

Takové krystalové mřížky jsou charakteristické pro jednoduché látky kovů a slitin.

Teploty tání kovů mohou být různé (od \(–37\) °C pro rtuť do dvou až tří tisíc stupňů). Ale všechny kovy mají svou vlastnost kovový lesk, kujnost, tažnost, dobře vést elektřinu a teplo.

Kovová krystalová mřížka

Hardware

Atomové mřížky se nazývají krystalové mřížky, v jejichž uzlech jsou jednotlivé atomy spojené kovalentními vazbami.

Diamant má tento typ mřížky - jednu z alotropních modifikací uhlíku. Mezi látky s atomovou krystalovou mřížkou patří grafit, křemík, bór a germanium, jakož i komplexní látky, například karborundum SiC a oxid křemičitý, křemen, křišťál, písek, které zahrnují oxid křemičitý (\(IV\)) Si O 2.

Takové látky jsou charakterizovány vysoká síla a tvrdost. Diamant je tedy nejtvrdší přírodní látka. Látky s atomovou krystalovou mřížkou mají velmi vysoké body tání a varu. Například bod tání oxidu křemičitého je \(1728\) °C, zatímco u grafitu je vyšší - \(4000\) °C. Atomové krystaly jsou prakticky nerozpustné.

Diamantová krystalová mřížka

diamant

Molekulární se nazývají mřížky, v jejichž uzlech jsou molekuly spojené slabými mezimolekulárními interakcemi.

Navzdory tomu, že atomy uvnitř molekul jsou spojeny velmi silnými kovalentními vazbami, působí mezi molekulami samotnými slabé síly mezimolekulární přitažlivosti. Proto molekulární krystaly mají nízká pevnost a tvrdost, nízké body tání a varu. Mnoho molekulárních látek jsou při pokojové teplotě kapaliny a plyny. Takové látky jsou těkavé. Například krystalický jód a pevný oxid uhelnatý (\(IV\)) („suchý led“) se vypařují, aniž by přešly do kapalného stavu. Některé molekulární látky mají vůně .

Tento typ mřížky má jednoduché látky v pevném skupenství agregace: vzácné plyny s monatomickými molekulami (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), stejně jako nekovy s dvou- a víceatomové molekuly (H2, O2, N2, Cl2, I2, O3, P4, S8).

Mají molekulární krystalovou mřížku dále látky s kovalentními polárními vazbami: voda - led, pevný čpavek, kyseliny, oxidy nekovů. Většina organické sloučeniny jsou také molekulární krystaly (naftalen, cukr, glukóza).

Pevné krystaly lze považovat za trojrozměrné struktury, ve kterých se stejná struktura jasně opakuje ve všech směrech. Geometricky správný tvar krystalů je dán jejich přísně pravidelnou vnitřní strukturou. Pokud jsou centra přitažlivosti iontů nebo molekul v krystalu znázorněna jako body, pak získáme trojrozměrné pravidelné rozložení takových bodů, které se nazývá krystalová mřížka, a samotné body jsou uzly krystalové mřížky. Specifický vnější tvar krystalů je důsledkem jejich vnitřní struktury, která je spojena specificky s krystalovou mřížkou.

Krystalová mřížka je pomyslný geometrický obraz pro analýzu struktury krystalů, což je objemově-prostorová síťová struktura, v jejíchž uzlech se nacházejí atomy, ionty nebo molekuly látky.

K charakterizaci krystalové mřížky se používají následující parametry:

1. krystalová mřížka E cr [KJ/mol] je energie uvolněná při vzniku 1 molu krystalu z mikročástic (atomů, molekul, iontů), které jsou v plynném skupenství a jsou od sebe odděleny na takovou vzdálenost, že možnost jejich vzniku interakce je vyloučena.
2. Mřížková konstanta d je nejmenší vzdálenost mezi středy dvou částic v sousedních místech krystalové mřížky spojených .
3. Koordinační číslo- počet blízkých částic obklopujících centrální částici v prostoru a kombinujících se s ní prostřednictvím chemické vazby.

Základem krystalové mřížky je základní buňka, která se v krystalu opakuje nekonečněkrát.

Základní buňka je nejmenší strukturní jednotkou krystalové mřížky, která vykazuje všechny vlastnosti své symetrie.

Zjednodušeně lze jednotkovou buňku definovat jako malou část krystalové mřížky, která stále odhaluje charakteristické rysy svých krystalů. Charakteristiky jednotkové buňky jsou popsány pomocí tří Brevetových pravidel:

• symetrie základní buňky musí odpovídat symetrii krystalové mřížky;
• jednotková buňka musí mít maximální počet identických hran A,b, S a stejné úhly mezi nimi A, b, G. ;
• za předpokladu, že jsou splněna první dvě pravidla, musí základní buňka zabírat minimální objem.

K popisu tvaru krystalů se používá systém tří krystalografických os a, b, c, které se od běžných souřadnicových os liší tím, že jsou to úsečky určité délky, přičemž úhly mezi nimiž a, b, g mohou být buď přímé, nebo nepřímé.

Model krystalové struktury: a) krystalová mřížka se zvýrazněnou základní buňkou; b) jednotková buňka s označením fasetových úhlů

Tvar krystalu studuje nauka o geometrické krystalografii, jejíž jedním z hlavních ustanovení je zákon stálosti fasetových úhlů: pro všechny krystaly dané látky zůstávají úhly mezi odpovídajícími plochami vždy stejné.

Pokud vezmete velké množství elementárních buněk a naplníte jimi určitý objem těsně k sobě, přičemž zachováte rovnoběžnost ploch a hran, vytvoří se monokrystal s ideální strukturou. V praxi však nejčastěji existují polykrystaly, ve kterých existují pravidelné struktury v určitých mezích, podél nichž se orientace pravidelnosti prudce mění.

V závislosti na poměru délek hran a, b, c a úhlů a, b, g mezi čely základní buňky se rozlišuje sedm systémů - tzv. krystalové syngonie. Elementární buňka však může být také konstruována tak, že má další uzly, které jsou umístěny uvnitř jejího objemu nebo na všech jejích plochách - takové mřížky se nazývají body-centered a face-centered, resp. Pokud jsou další uzly pouze na dvou protilehlých plochách (horní a spodní), jde o mříž centrovanou na základnu. S přihlédnutím k možnosti dalších uzlů existuje celkem 14 typů krystalových mřížek.

Vnější tvar a vlastnosti vnitřní struktury krystalů jsou určeny principem hustého „balení“: nejstabilnější, a proto nejpravděpodobnější struktura bude ta, která odpovídá nejhustšímu uspořádání částic v krystalu a v ve kterém zbývá nejmenší volný prostor.

Typy krystalových mřížek

V závislosti na povaze částic obsažených v uzlech krystalové mřížky, jakož i na povaze chemických vazeb mezi nimi, existují čtyři hlavní typy krystalových mřížek.

Iontové mřížky

Iontové mřížky jsou konstruovány z odlišných iontů umístěných v místech mřížky a spojených silami elektrostatické přitažlivosti. Struktura iontové krystalové mřížky by proto měla zajistit její elektrickou neutralitu. Ionty mohou být jednoduché (Na +, Cl -) nebo komplexní (NH 4 +, NO 3 -). Díky nenasycenosti a nesměrovosti iontových vazeb se iontové krystaly vyznačují velkými koordinačními čísly. V krystalech NaCl jsou tedy koordinační čísla iontů Na + a Cl - 6 a iontů Cs + a Cl - v krystalu CsCl je 8, protože jeden iont Cs + je obklopen osmi ionty Cl - a každý Cl - iont je obklopen osmi Cs ionty, respektive + . Iontové krystalové mřížky jsou tvořeny velkým množstvím solí, oxidů a zásad.

Látky s iontovými krystalovými mřížkami mají poměrně vysokou tvrdost, jsou dosti žáruvzdorné a netěkavé. Naproti tomu iontové sloučeniny jsou velmi křehké, takže i malý posun v krystalové mřížce přibližuje podobně nabité ionty k sobě, odpuzování mezi nimi vede k rozbití iontových vazeb a v důsledku toho ke vzniku trhlin. v krystalu nebo k jeho zničení. V pevném stavu jsou látky s iontovou krystalovou mřížkou dielektrika a nevedou elektrický proud. Při tavení nebo rozpuštění v polárních rozpouštědlech se však naruší geometricky správná orientace iontů vůči sobě, chemické vazby jsou nejprve oslabeny a následně zničeny, a proto se mění i vlastnosti. V důsledku toho začnou jak taveniny iontových krystalů, tak jejich roztoky vést elektrický proud.

Atomové mřížky

Tyto mřížky jsou vytvořeny z atomů spojených navzájem. Ty jsou zase rozděleny do tří typů: rámové, vrstvené a řetězové struktury.

Rámová struktura má např. diamant – jednu z nejtvrdších látek. Díky sp 3 hybridizaci atomu uhlíku je vybudována trojrozměrná mřížka, která se skládá výhradně z atomů uhlíku spojených kovalentními nepolárními vazbami, jejichž osy jsou umístěny ve stejných vazebných úhlech (109,5 o).

Vrstvené struktury lze považovat za obrovské dvourozměrné molekuly. Vrstvené struktury jsou charakterizovány kovalentními vazbami v každé vrstvě a slabými van der Waalsovými interakcemi mezi sousedními vrstvami.

Klasickým příkladem látky s vrstevnatou strukturou je grafit, ve kterém je každý atom uhlíku ve stavu hybridizace sp 2 a tvoří tři kovalentní vazby S s dalšími třemi atomy C v jedné rovině Čtvrté valenční elektrony každého atomu uhlíku jsou nehybridizované, díky čemuž jsou mezi vrstvami velmi slabé van der Waalsovy vazby. Proto při použití i malé síly začnou jednotlivé vrstvy snadno klouzat po sobě. To vysvětluje například schopnost grafitu psát. Na rozdíl od diamantu grafit dobře vede elektrický proud: vlivem elektrického pole se mohou nelokalizované elektrony pohybovat po rovině vrstev a naopak grafit téměř nevede elektrický proud v kolmém směru.

Řetězové struktury charakteristické například pro oxid sírový (SO 3) n, rumělku HgS, chlorid beryllitý BeCl 2, stejně jako mnoho amorfních polymerů a některých silikátových materiálů, jako je azbest.

Látek s atomární strukturou krystalových mřížek je relativně málo. Jedná se zpravidla o jednoduché látky tvořené prvky podskupin IIIA a IVA (Si, Ge, B, C). Sloučeniny dvou různých nekovů mají často atomové mřížky, například některé polymorfy křemene (oxid křemíku Si02) a karborunda (karbid křemíku SiC).

Všechny atomové krystaly se vyznačují vysokou pevností, tvrdostí, žáruvzdorností a nerozpustností v téměř jakémkoli rozpouštědle. Tyto vlastnosti jsou způsobeny silou kovalentní vazby. Látky s atomovou krystalovou mřížkou mají široký rozsah elektrické vodivosti od izolantů a polovodičů až po elektronické vodiče.

Kovové mřížky

Tyto krystalové mřížky obsahují ve svých uzlech atomy kovů a ionty, mezi kterými se volně pohybují elektrony (elektronový plyn) společné všem z nich a vytvářejí kovovou vazbu. Zvláštností kovových krystalových mřížek jsou jejich velká koordinační čísla (8-12), která indikují značnou hustotu shlukování atomů kovu. To je vysvětleno skutečností, že „jádra“ atomů, bez vnějších elektronů, jsou umístěna v prostoru jako koule o stejném poloměru. U kovů se nejčastěji vyskytují tři typy krystalových mřížek: plošně centrovaná krychlová s koordinačním číslem 12, na tělo centrovaná krychlová s koordinačním číslem 8 a šestiúhelníková, těsně uzavřená s koordinačním číslem 12.

Speciální charakteristiky kovových vazeb a kovových mřížek určují tak důležité vlastnosti kovů, jako jsou vysoké body tání, elektrická a tepelná vodivost, kujnost, tažnost a tvrdost.

Molekulární mřížky

Molekulární krystalové mřížky obsahují ve svých uzlech molekuly, které jsou navzájem spojeny slabými mezimolekulárními silami – van der Waalsovými nebo vodíkovými vazbami. Například led se skládá z molekul vody držených v krystalové mřížce vodíkovými vazbami. Ke stejnému typu patří krystalové mřížky mnoha látek převedených do pevného skupenství, např.: jednoduché látky H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, halogeny (F 2, Cl 2, Br 2, I 2), „suchý led“ CO 2, všechny vzácné plyny a většina organických sloučenin.

Protože síly intermolekulární interakce jsou slabší než síly kovalentních nebo kovových vazeb, molekulární krystaly mají malou tvrdost; Jsou tavitelné a těkavé, nerozpustné a nevykazují elektrickou vodivost.