Hvad er begrænsningerne af kovalente og metalliske gitter?

På atomniveau har faste stoffer tre grundlæggende strukturer. Molekyler af briller og lerarter er meget uordnede uden gentagelse af struktur eller mønster i deres arrangement: disse kaldes amorfe faste stoffer. Metaller, legeringer og salte eksisterer som gitter, ligesom nogle typer af ikke-metalliske forbindelser, herunder siliciumoxider og grafit- og diamantformer af carbon. Gitter består af gentagende enheder, hvoraf den mindste kaldes en enhedscelle. Enhedscellen bærer al den information, der er nødvendig for at konstruere en gittermakrostruktur af en given størrelse.

Strukturegenskaber i gitteret

Alle gitter er karakteriseret ved at være stærkt beordrede, med deres indholdsstoffer eller ioner på plads med jævne mellemrum. Binding i metalliske gitter er elektrostatisk, medens bindingen i siliciumoxider, grafit og diamant er kovalent. I alle typer gitter er de bestanddele, der er opstillet i den mest energisk gunstige konfiguration, indrettet.

Metallisk gitter energi

Metaller findes som positive ioner i et hav eller en sky af delokaliserede elektroner. Kobber eksisterer for eksempel som kobber (II) ioner i et hav af elektroner, hvor hvert kobberatom har doneret to elektroner til dette hav. Det er den elektrostatiske energi mellem metalionerne og elektronerne, der giver gitteret sin rækkefølge og uden denne energi ville det faste stof være en damp. Styrken af ​​et metallisk gitter er defineret af sin gitter energi, som er energibevægelsen, når en mol af et fast gitter er dannet ud fra dets bestanddele. Metalliske bindinger er meget stærke, og derfor har metaller tendens til at have høje smeltetemperaturer, idet smeltepunktet er det punkt, hvor det faste gitter bryder sammen.

Kovalente uorganiske strukturer
Silicon dioxide eller silica, er et eksempel på et kovalent gitter. Silicon er tetravalent, hvilket betyder at det vil danne fire kovalente bindinger; i silica er hver af disse bindinger til et oxygen. Silikone-oxygenbindingen er meget stærk, hvilket gør silica til en meget stabil struktur med et højt smeltepunkt. Det er havet af frie elektroner i metaller, der gør dem til gode elektriske og termiske ledere. Der er ingen fri elektroner i silica eller andre kovalente gitter, og derfor er de dårlige ledere af varme eller elektricitet. Ethvert stof, der er en dårlig leder, kaldes en isolator.

Forskellige kovalente strukturer

Carbon er et eksempel på et stof, der har forskellige kovalente strukturer. Amorft carbon, som fundet i sod eller kul, har ingen gentagende struktur. Grafit, der anvendes i blyanter af blyanter og produktion af kulfiber, langt mere ordnet. Grafit omfatter lag af hexagonale carbonatomer med enlags tykkelse. Diamanten er endnu mere bestilt, og består af carbonbindinger sammen for at danne et stift, utroligt stærkt tetrahedralt gitter. Diamanter dannes under ekstrem varme og tryk, og diamant er det sværeste af alle kendte naturlige stoffer. Kemisk er diamant og sod imidlertid identiske. De forskellige strukturer af elementer eller forbindelser kaldes allotrope.