Механічні властивості кристалів безумовно залежать від роду хімічних зв'язків між атомами. Разюча неоднакова міцність слюди в різних напрямках залежить від характеру міжатомного зв'язку в цих напрямках. Вам напевно вже розповідали на лекціях з хімії про різні типи хімічних зв'язків. Насамперед бувають іонні зв'язки, ми вже говорили про них, коли йшлося про хлорид натрію. Грубо кажучи, атоми натрію втрачають по одному електрону і стають позитивними іонами; атоми хлору здобувають електрон і стають негативними іонами. Позитивні й негативні іони розташовуються в тривимірному шаховому порядку й утримуються разом електричними силами.
Ковалентний зв'язок (коли електрони належать одночасно двом атомам) трапляється частіше й зазвичай міцніший. Так, в алмазі атоми вуглецю пов'язані ковалентними зв'язками з найближчими сусідами в чотирьох напрямках, тому-то кристал такий твердий. Ковалентний зв'язок є і в кристалі кварцу між кремнієм і киснем, але там зв'язок насправді лише частково ковалентний. Оскільки там електрони розподіляються нерівномірно між двома атомами, атоми частково заряджені й кристал певною мірою іонний. Природа не така проста, як ми намагаємося її уявити: існують всілякі градації між ковалентним і іонним зв'язками.
Кристал цукру має інший тип зв'язку. Він складається з великих молекул, атоми яких міцно пов'язані ковалентним зв'язком, так що молекула утворює міцну структуру. Але оскільки сильні зв'язки цілком насичені, то між окремими молекулами є відносно слабке притягання. У таких молекулярних кристалах молекули зберігають, так би мовити, свою індивідуальність, і внутрішню будову можна зобразити так, як на фіг. 30.3. Оскільки молекули не дуже міцно тримаються одна за одну, то кристал можна легко розколоти. Такого роду кристали різко відрізняються від кристалів типу алмазу, який є не що інше, як одна гігантська молекула, що не піддається розлому без того, щоб не порушити сильні ковалентні зв'язки.
Іншим прикладом молекулярного кристала може слугувати парафін.
Граничним випадком молекулярного кристала є речовини типу твердого аргону. Там притягання між атомами незначне — кожен атом являє собою цілком насичену одноатомну «молекулу». Але за дуже низьких температур тепловий рух настільки слабкий, що крихітні міжатомні сили можуть змусити атоми розташуватися в правильному порядку, подібно до картоплин, тісно набитих у каструлі.
Метали утворюють зовсім особливий клас речовин. Там зв'язок має цілком інший характер. У металі зв'язок виникає не між сусідніми атомами, а є властивістю всього кристала. Валентні електрони належать не одному-двом атомам, а всьому кристалу в цілому. Кожен атом вкладає свій електрон у загальний запас електронів, і позитивні атомні іони наче плавають в океані негативних електронів. Електронний океан, подібно до клею, утримує іони разом.
Оскільки в металах немає особливих зв'язків у якомусь певному напрямку, то там зв'язок слабко залежить від напрямку. Проте метали — це все ж кристалічні тіла, тому що повна енергія набуває найменшого значення, коли іони утворюють впорядковану систему, хоча енергія найвигіднішого розташування зазвичай ненабагато нижча за інші можливі розташування. У першому наближенні атоми багатьох металів подібні до маленьких кульок, упакованих з максимальною щільністю.
Ковалентний зв'язок (коли електрони належать одночасно двом атомам) трапляється частіше й зазвичай міцніший. Так, в алмазі атоми вуглецю пов'язані ковалентними зв'язками з найближчими сусідами в чотирьох напрямках, тому-то кристал такий твердий. Ковалентний зв'язок є і в кристалі кварцу між кремнієм і киснем, але там зв'язок насправді лише частково ковалентний. Оскільки там електрони розподіляються нерівномірно між двома атомами, атоми частково заряджені й кристал певною мірою іонний. Природа не така проста, як ми намагаємося її уявити: існують всілякі градації між ковалентним і іонним зв'язками.
Кристал цукру має інший тип зв'язку. Він складається з великих молекул, атоми яких міцно пов'язані ковалентним зв'язком, так що молекула утворює міцну структуру. Але оскільки сильні зв'язки цілком насичені, то між окремими молекулами є відносно слабке притягання. У таких молекулярних кристалах молекули зберігають, так би мовити, свою індивідуальність, і внутрішню будову можна зобразити так, як на фіг. 30.3. Оскільки молекули не дуже міцно тримаються одна за одну, то кристал можна легко розколоти. Такого роду кристали різко відрізняються від кристалів типу алмазу, який є не що інше, як одна гігантська молекула, що не піддається розлому без того, щоб не порушити сильні ковалентні зв'язки.Іншим прикладом молекулярного кристала може слугувати парафін.
Граничним випадком молекулярного кристала є речовини типу твердого аргону. Там притягання між атомами незначне — кожен атом являє собою цілком насичену одноатомну «молекулу». Але за дуже низьких температур тепловий рух настільки слабкий, що крихітні міжатомні сили можуть змусити атоми розташуватися в правильному порядку, подібно до картоплин, тісно набитих у каструлі.
Метали утворюють зовсім особливий клас речовин. Там зв'язок має цілком інший характер. У металі зв'язок виникає не між сусідніми атомами, а є властивістю всього кристала. Валентні електрони належать не одному-двом атомам, а всьому кристалу в цілому. Кожен атом вкладає свій електрон у загальний запас електронів, і позитивні атомні іони наче плавають в океані негативних електронів. Електронний океан, подібно до клею, утримує іони разом.
Оскільки в металах немає особливих зв'язків у якомусь певному напрямку, то там зв'язок слабко залежить від напрямку. Проте метали — це все ж кристалічні тіла, тому що повна енергія набуває найменшого значення, коли іони утворюють впорядковану систему, хоча енергія найвигіднішого розташування зазвичай ненабагато нижча за інші можливі розташування. У першому наближенні атоми багатьох металів подібні до маленьких кульок, упакованих з максимальною щільністю.