Ковалентные кристаллы

КОВАЛЕНТНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, кристал­лы, в которых атомы объединены кова­лентными химическими связями. Ковалентные кристаллы образу­ются чаще всего из атомов элементов IV группы короткой формы периодической системы элементов с тетраэдрической гибриди­зацией валентных орбиталей, так что химическая связь осуществляется парами элек­тронов, локализованных между близко расположенными атомами (смотри в статье Хи­мическая связь). Наиболее типичным представителем ковалентных кристаллов является алмаз (С); к ним относятся также кремний (Si), гер­маний (Ge), серое олово (α-Sn), ряд со­единений из элементов, равноотстоящих вправо и влево от IV группы периодической системы. Это соединения Α^IIIΒ^V, например, боразон (ΒΝ), GaAs, GaSb, InAs, AIP; Α^IIΒ^VI - BeO, цинкит (ZnO), сфалерит (ZnS), CdTe и др. По мере удаления от IV группы по горизонтали периодической системы, например, в соединениях Α^IΒ^VII (CuCl, CuBr, AgI), ковалентная связь ослабева­ет и приобретает частично ионный харак­тер; при спуске по вертикали периодической системы возрастает доля металлической связи.

Некоторой долей металличности обла­дают и ковалентные кристаллы тройных и более сложных со­единений, например, халькопирита (CuFeS₂), станнина (Cu₂FeSnS₄), CdSnAs₂ и др., имеющих также тетраэдрическую координа­цию атомов. Примерами ковалентных кристаллов с октаэдрической координацией являются PbS, PbSe, SnTe, Bi₂Te₃, Bi₂TeS₂ и пр. Многие кри­сталлы гетеродесмичны, то есть атомы в их кристаллических структурах имеют связи различного типа. Так, кристаллы графита ковалент­ны по характеру связей внутри атомных сеток, но связи между сетками ван-дер-ваальсовы. В структурах элементов Р, S, Se, Те атомы образуют ковалентно связанные группировки с ван-дер-ваальсовыми связями между ними.

Вследствие направленности и проч­ности ковалентных связей ковалентные кристаллы обладают высокой твёрдостью и упругостью. Обычно они имеют высокую теплопро­водность и высокие температуры плавления. По характеру электронного спектра ковалентные кристаллы являются полупроводниками, ширина за­прещённой зоны которых изменяется в пределах от 0,2 до 2-4 эВ. Наиболее полную информацию о химических связях в ковалентных кристаллах получают из рентгеноструктур­ных данных о пространственном распре­делении электронной плотности р(r), ко­торые хорошо согласуются с квантово- химическими расчётами.

Многие ковалентные кристаллы находят широкое техническое применение, например, природный и синте­тический алмазы, а также особо чистые кристаллы кремния, являющиеся основой полупроводниковой электронной тех­ники, кристаллы Ge, GaAs и др.