Различают три категории кристаллических систем в зависимости от числа равных длин трансляций

В низшую категорию (все трансляции не равны друг другу) входят:

· триклинная (а ≠ b ≠ с, α ≠ β ≠ γ ≠ 90⁰);

· моноклинная (а ≠ b ≠ с, α = γ = 90⁰, β ≠ 90⁰);

· ромбическая или орторомбическая (а ≠ b ≠ с, α = β = γ = 90⁰).

В среднюю категорию (две трансляции из трёх равны между собой) входят:

· тетрагональная (а = b ≠ с, α = β = γ = 90⁰);

· тригональная (а = b = с, α = β = γ ≠ 90⁰);

· гексагональная (а = b ≠ с, α = β = 90⁰, γ = 120⁰).

В высшую категорию (все трансляции равны между собой) входит

· кубическая (а = b = с, α = β = γ = 90⁰).

Более 100 лет назад французский физик Огюст Браве показал, что существует 14 типов трёхмерных кристаллических решёток. Различаются следующие типы решёток Браве, входящих в семь систем симметрии: гранецентрированная (F), объёмноцентрированная (I), базоцентрированная (A, B или C), примитивная (P) и ромбоэдрическая (R).

Четырнадцать трехмерных решеток Браве подразделяются на семь систем в соответствии с семью различными типами элементарных ячеек; каждая из систем характеризуется своим соотношением длин a, b, c и углов α, β, γ (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Классификация решёток

Типы решёток
По симметрии	По Браве
Триклинная Нет одинаковых углов; нет осей одинаковой длины.	примитивная
Моноклинная Два прямых угла; нет осей одинаковой длины	примитивная	базоцентрированная
Ромбическая Три прямых угла; нет осей одинаковой длины	примитивная	базоцентрированная	объёмноцентрированная	гранецентрированная

Продолжение табл. 2.1

Гексагональная Две оси одинаковой длины в одной плоскости под углом 1200; третья ось под прямым углом		базоцентрированная
Тригональная Три оси одинаковой длины; три равных угла, не равных 900	примитивная
Тетрагональная Две оси одинаковой длины и три угла равных 900	примитивная		объёмноцентрированная
Кубическая Все оси одинаковой длины под прямым углом	примитивная		объёмноцентрированная	гранецентрированная

ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ В КРИСТАЛЛАХ

Многие физико-химические свойства кристаллических веществ определяются типом химической связи между образующими их частицами. Кристаллы подразделяют на молекулярные, ковалентные, ионные, металлические и смешанные.

Молекулярные кристаллы. Структурными единицами в кристаллах этого типа служат молекулы, связанные друг с другом силами Ван-дер-Ваальса или силами водородной связи.

Водородная связь – это особая разновидность и самая сильная молекулярная связь. При определённых условиях атом водорода может быть связан довольно прочно с двумя другими атомами. Имея лишь одну стабильную орбиталь, атом водорода способен образовывать только одну ковалентную связь, но также одну водородную связь.

Например, в кристалле льда каждая молекула воды тетраэдрично связана водородными связями с четырьмя ближайшими молекулами (рис.3.1). Водородная связь длиннее ковалентной, поэтому структура льда не плотная. Водородные связи, образуемые молекулами воды, обусловливают существование максимума плотности воды (при 3,98⁰С), расширение воды при замерзании.

Н

О О

Н Н Н

О

Н Н Н Н

О О

Н Н Н

Рис. 3.1. Водородная связь

Ковалентные кристаллы. Структурными единицами в кристаллических решетках этого типа являются атомы одного или различных элементов, связь между которыми носит ковалентный характер и осуществляется по всем трем характеристическим осям. Ковалентные кристаллы сравнительно немногочисленны. В ковалентном кристалле невозможно выделить отдельную структурную единицу. Весь монокристалл по сути дела представляет собой одну гигантскую молекулу. Примерами кристаллов этого типа могут служить алмаз, кремний, германий, серое олово, а также кристаллы сложных веществ, таких, как кварц, карбид кремния, сульфид цинка, нитрид алюминия.

Ионные кристаллы. Кристаллические решетки ионных кристаллов состоят из чередующихся положительно и отрицательно заряженных ионов, между которыми действуют электрические силы притяжения. Правильно рассматривать весь ионный кристалл как одну гигантскую молекулу, в которой каждый ион испытывает значительное воздействие со стороны всех остальных ионов. Ионные кристаллы образуются при взаимодействии атомов, имеющих большую разность электроотрицательности.

Во многих ионных кристаллах наряду с электростатическими силами связи действуют еще ковалентные силы и силы Ван-дер-Ваальса. Вкладом последних можно пренебречь, однако наличие ковалентности в ионном кристалле вызывает определенные отклонения в его физико-химических свойствах, не объясняемые электростатической моделью. Наименьшее влияние ковалентности отмечено у галогенидов щелочных металлов. Примерами кристаллов, в которых преобладает ионный тип связи, могут быть NaCl, CaF₂, KF.

В состав ионных соединений могут входить также сложные ионы, например NO₃^- и SO₄^2-. В веществах ионной природы с многоатомными ионами геометрическая форма ионов вызывает искажение пространственной структуры кристалла.

На рисунке 3.2 приведены структуры ионных кристаллов NaCl и СаС0₃, сопоставление которых позволяет оценить степень искажения структуры кристалла, вызванную тригональной симметрией карбонат-иона.

Рис. 3.2. Кристаллические решётки NaCl (a) и CaCO₃ (б)

Металлические кристаллы. 98 известных химических элементов в твердом состоянии проявляют металлические свойства. К ним относятся все s-элементы, кроме водорода и гелия, все d- и f-элементы и часть р-элементов, а именно: