Mitkä ovat kovalenttisten ja metallisten ristikkojen rajoitukset?

Atomitasolla kiinteillä aineilla on kolme perusrakennetta. Lasien ja savien molekyylit ovat hyvin epäjärjestyksessä, eikä niiden järjestelyssä ole toistuvia rakenteita tai kuvioita: näitä kutsutaan amorfisiksi kiintoaineiksi. Metallit, seokset ja suolat esiintyvät ristikoina, samoin kuin eräiden ei-metallisten yhdisteiden tyypit, mukaan lukien piioksidit sekä hiilen grafiitti- ja timanttimuodot. Säleiköt käsittävät toistuvia yksiköitä, joista pienintä kutsutaan yksikkö soluksi. Yksikkösolu sisältää kaikki tarvittavat tiedot minkä tahansa kokoisen ristikon makrostruktuurin rakentamiseksi.

Kaikille ristikoille on tunnusomaista, että ne ovat erittäin järjestäytyneitä, ja niiden muodostavat atomit tai ionit pidetään paikallaan säännöllisin väliajoin. Sitoutuminen metallihiloihin on sähköstaattinen, kun taas piioksidien, grafiitin ja timantin sitoutuminen on kovalenttista. Kaikissa ristikkotyypeissä komponenttihiukkaset on järjestetty energeettisesti edullisimpaan kokoonpanoon.

Metallit esiintyvät positiivisina ioneina delokalisoitujen elektronien meressä tai pilvessä. Esimerkiksi kupari esiintyy kupari (II) -ioneina elektronimeressä, jolloin kukin kupariatomi on luovuttanut tälle merelle kaksi elektronia. Metalli-ionien ja elektronien välinen sähköstaattinen energia antaa hilalle järjestyksen ja ilman tätä energiaa kiinteä aine olisi höyry. Metallisen hilan vahvuus määritellään sen hilan energialla, joka on energian muutos, kun yksi mooli kiinteää hilaa muodostuu sen muodostavista atomista. Metallisidokset ovat erittäin vahvoja, minkä vuoksi metallien sulamislämpötilat ovat yleensä korkeat, jolloin sulaminen on kohta, jossa kiinteä ristikko hajoaa.

Piidioksiditai piidioksidi on esimerkki kovalenttisesta hilasta. Pii on neliarvoinen, eli se muodostaa neljä kovalenttista sidosta; piidioksidissa jokainen näistä sidoksista liittyy happeen. Pii-happisidos on erittäin vahva ja tämä tekee piidioksidista erittäin vakaan rakenteen, jolla on korkea sulamispiste. Metallien vapaiden elektronien meri tekee niistä hyvät sähkö- ja lämpöjohtimet. Piissä tai muissa kovalenttisissa ristikoissa ei ole vapaita elektroneja, minkä vuoksi ne ovat huonoja lämmön tai sähkön johtimia. Kaikkia aineita, jotka ovat huonoja johtimia, kutsutaan eristimiksi.

Hiili on esimerkki aineesta, jolla on erilaiset kovalenttiset rakenteet. Amorfisella hiilellä, jota löytyy nokesta tai kivihiilestä, ei ole toistuvaa rakennetta. Grafiitti, jota käytetään lyijykynissä ja hiilikuidun tuotannossa, paljon tilattu. Grafiitti koostuu kerroksista kuusikulmaisia ​​hiiliatomeja, joiden paksuus on yksi kerros. Timantti on vieläkin järjestäytyneempi, joka käsittää hiilisidokset yhdessä muodostaen jäykän, uskomattoman vahvan tetraedrisen ristikon. Timantit muodostuvat äärimmäisessä kuumuudessa ja paineessa, ja timantti on vaikein kaikista tunnetuista luonnollisista aineista. Kemiallisesti timantti ja noki ovat kuitenkin identtisiä. Elementtien tai yhdisteiden erilaisia ​​rakenteita kutsutaan allotrooppeiksi.