Ποιοι είναι οι περιορισμοί των ομοιοπολικών και μεταλλικών πλεγμάτων;

Σε ατομικό επίπεδο, τα στερεά έχουν τρεις βασικές δομές. Τα μόρια των γυαλιών και των αργίλων είναι πολύ διαταραγμένα χωρίς επαναλαμβανόμενη δομή ή μοτίβο στη διάταξή τους: αυτά ονομάζονται άμορφα στερεά. Μέταλλα, κράματα και άλατα υπάρχουν ως πλέγματα, όπως και ορισμένοι τύποι μη μεταλλικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των οξειδίων του πυριτίου και των μορφών άνθρακα από γραφίτη και διαμάντια. Τα πλέγματα περιλαμβάνουν επαναλαμβανόμενες μονάδες, η μικρότερη από τις οποίες ονομάζεται μονάδα κελιών. Το κελί μονάδας μεταφέρει όλες τις πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή μακροδομής πλέγματος οποιουδήποτε δεδομένου μεγέθους.

Όλα τα πλέγματα χαρακτηρίζονται από υψηλή παραγγελία, με τα συστατικά τους άτομα ή ιόντα να διατηρούνται στη θέση τους σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η σύνδεση σε μεταλλικά πλέγματα είναι ηλεκτροστατική, ενώ η σύνδεση σε οξείδια πυριτίου, γραφίτη και διαμάντι είναι ομοιοπολική. Σε όλους τους τύπους δικτυωτού πλέγματος τα συστατικά σωματίδια είναι διατεταγμένα με την πιο ενεργητικά ευνοϊκή διαμόρφωση.

Τα μέταλλα υφίστανται ως θετικά ιόντα σε μια θάλασσα ή ένα σύννεφο αποπροσανατολισμένων ηλεκτρονίων. Ο χαλκός, για παράδειγμα, υπάρχει ως ιόντα χαλκού (II) σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων, με κάθε άτομο χαλκού να έχει δωρίσει δύο ηλεκτρόνια σε αυτήν τη θάλασσα. Είναι η ηλεκτροστατική ενέργεια μεταξύ των μεταλλικών ιόντων και των ηλεκτρονίων που δίνει στο πλέγμα την τάξη του και χωρίς αυτή την ενέργεια το στερεό θα ήταν ατμός. Η ισχύς ενός μεταλλικού δικτυωτού πλέγματος καθορίζεται από την ενέργεια του δικτυωτού πλέγματος, η οποία είναι η αλλαγή της ενέργειας όταν σχηματίζεται ένα γραμμομόριο στερεού πλέγματος από τα συστατικά του άτομα. Οι μεταλλικοί δεσμοί είναι πολύ ισχυροί, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μέταλλα τείνουν να έχουν υψηλές θερμοκρασίες τήξης, με αποτέλεσμα το σημείο τήξης του στερεού δικτυωτού πλέγματος.

Διοξείδιο του πυριτίου, ή σίλικα, είναι ένα παράδειγμα ενός ομοιοπολικού πλέγματος. Το πυρίτιο είναι τετρασθενές, που σημαίνει ότι θα σχηματίσει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς. στη σίλικα κάθε ένας από αυτούς τους δεσμούς είναι με οξυγόνο. Ο δεσμός πυριτίου-οξυγόνου είναι πολύ ισχυρός και αυτό καθιστά τη σίλικα μια πολύ σταθερή δομή με υψηλό σημείο τήξης. Είναι η θάλασσα ελεύθερων ηλεκτρονίων σε μέταλλα που τα καθιστούν καλό ηλεκτρικό και θερμικό αγωγό. Δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια σε πυριτία ή άλλα ομοιοπολικά πλέγματα, γι 'αυτό και είναι κακοί αγωγοί θερμότητας ή ηλεκτρικής ενέργειας. Κάθε ουσία που είναι κακός αγωγός ονομάζεται μονωτής.

Ο άνθρακας είναι ένα παράδειγμα μιας ουσίας που έχει διαφορετικές ομοιοπολικές δομές. Ο άμορφος άνθρακας, όπως βρίσκεται στην αιθάλη ή τον άνθρακα, δεν έχει επαναλαμβανόμενη δομή. Ο γραφίτης, που χρησιμοποιείται στα μολύβια των μολυβιών και στην παραγωγή ινών άνθρακα, είναι πολύ πιο διατεταγμένος. Ο γραφίτης περιλαμβάνει στρώματα εξαγωνικών ατόμων άνθρακα πάχους ενός στρώματος. Το Diamond είναι ακόμη πιο διατεταγμένο, που περιλαμβάνει δεσμούς άνθρακα μαζί για να σχηματίσουν ένα άκαμπτο, απίστευτα ισχυρό τετραεδρικό πλέγμα. Τα διαμάντια σχηματίζονται υπό ακραία θερμότητα και πίεση και το διαμάντι είναι το πιο δύσκολο από όλες τις γνωστές φυσικές ουσίες. Χημικά όμως, το διαμάντι και η αιθάλη είναι πανομοιότυπα. Οι διαφορετικές δομές των στοιχείων ή των ενώσεων ονομάζονται αλλοτροπές.