Soorten binding in kristallen

Atomen binden zich tijdens chemische reacties en resulteren in kristalvorming. Kristallen worden gedefinieerd als een vaste toestand van materie waarin atomen stevig opeengepakt zijn. Het onderscheidende kenmerk van kristallen is dat hun vaste vorm aan alle kanten symmetrisch is. De specifieke geometrische vorm van kristallen wordt een kristalrooster genoemd. Wanneer de elektronen van atomen combineren met omringende atomen, wordt een chemische binding voltooid en worden kristallen gevormd.

Wanneer ionische kristallen worden gevormd, springen elektronen hun baan om zich te binden met het overeenkomstige ondersteunende atoom. De resulterende combinatie van negatief of positief geladen elektrostatische krachten stabiliseert ionen. De natuurkundige Charles Augustin de Coulomb definieerde deze elektrostatische krachten, of Coulombkrachten, in de vorm van een wet. Volgens de wet van Coulomb trekken de aantrekkingskrachten die tussen de atomen worden gevormd de atomen samen, en deze actie wordt nadelig gerepliceerd vanwege de vergelijkbare ladingen tussen dezelfde ionen. Dit resulteert in een zeer sterke binding van atomen in de kristallen. Deze zeer intense krachten schrijven hoge smeltpunten en stijve structuren toe aan deze kristallen.

Een covalente binding is, zoals de naam al doet vermoeden, een kristalstructuur waarin de elektronen hun baan niet verlaten. In plaats daarvan worden elektronen gedeeld tussen twee atomen. Een gedeeld elektron bindt op deze manier elke twee aangrenzende atomen. De gebonden atomen delen verder een ander elektron van de atomen ernaast enzovoort. Covalente binding tussen de atomen van een stof resulteert in de vorming van een geometrisch kristal.

Een Van der Waals-binding is een zwakke interactie tussen de atomen van een stof, wat resulteert in kristallen met zachte consistentie. De buitenste baan van de atomen is volledig gevuld met gedeelde elektronen, maar hun lading blijft zich verplaatsen.

Een waterstofbinding wordt gevormd wanneer een waterstofatoom wordt aangetrokken naar de respectieve elektronen van de overeenkomstige atomen. Dit verstoort de kristalvorming. Een waterstofatoom wordt, nadat het aan een ander atoom is gebonden, naar de negatieve lading van een naburig molecuul getrokken. Dit beperkt het waterstofatoom tussen twee negatieve ladingen. Waterstofbindingen worden vaak aangetroffen in ijskristallen, waar waterstofatomen stevig opeengepakt zijn tussen twee zuurstofatomen.

Bij metallische kristalvorming breken alle elektronen uit de atomaire banen los van hun paden. Deze klonteren samen en vormen een wolk. Dit hele cluster wordt aangetrokken door de positief geladen centra van de atomen. Deze aantrekkingskracht houdt de atomen bij elkaar. Alle metalen vormen kristallen van dit type. Omdat de elektronen vrij kunnen bewegen in de verbinding, zijn de gevormde kristallen sterk geleidend.