معرفی جامدات کووالانسی

بلورهایی که در آنها ذرات تشکیل دهنده ، اتمها ، توسط سیستم پیوسته‌ای از پیوندهای زوج الکترونی (کووالانسی) به هم متصل شده باشند، جامدات با شبکه کووالانسی نامیده می‌شوند.

عناصری که شبکه کووالانسی تشکیل می‌دهند عبارتند از : بور ، عناصر گروه IV بجز سرب و همچنین فسفر ، آرسنیک ، سلنیوم و تلور. عناصر دیگر یا فقط بلورهای فلزی تشکیل می‌دهند یا بلورهای مولکولی. بعضی از عناصر فوق ، البته ، علاوه بر فازهایی که به صورت شبکه‌های کووالانسی گسترده هستند، آلوتروپهایی از نوع فلزی یا مولکولی دارند. برای مثال ، قلع علاوه بر فازی با ساختمان الماس (قلع خاکستری) یک آلوتروپ فلزی (قلع سفید) دارد و سلنیوم دو آلوتروپ مولکولی تشکیل می‌دهد که حلقه‌های 8Se دارند و با شکل رومبیک و منوکلینیک گوگرد هم ساختمان است.

بلورهایی که در آنها ذرات تشکیل دهنده ، اتمها ، توسط سیستم پیوسته‌ای از پیوندهای زوج الکترونی (کووالانسی) به هم متصل شده باشند، جامدات با شبکه کووالانسی نامیده می‌شوند.

عناصری که شبکه کووالانسی تشکیل می‌دهند عبارتند از : بور ، عناصر گروه IV بجز سرب و همچنین فسفر ، آرسنیک ، سلنیوم و تلور. عناصر دیگر یا فقط بلورهای فلزی تشکیل می‌دهند یا بلورهای مولکولی. بعضی از عناصر فوق ، البته ، علاوه بر فازهایی که به صورت شبکه‌های کووالانسی گسترده هستند، آلوتروپهایی از نوع فلزی یا مولکولی دارند. برای مثال ، قلع علاوه بر فازی با ساختمان الماس (قلع خاکستری) یک آلوتروپ فلزی (قلع سفید) دارد و سلنیوم دو آلوتروپ مولکولی تشکیل می‌دهد که حلقه‌های 8Se دارند و با شکل رومبیک و منوکلینیک گوگرد هم ساختمان است.
عناصری که شبکه کووالانسی تشکیل می‌دهند عبارتند از : بور ، عناصر گروه IV بجز سرب و همچنین فسفر ، آرسنیک ، سلنیوم و تلور. عناصر دیگر یا فقط بلورهای فلزی تشکیل می‌دهند یا بلورهای مولکولی. بعضی از عناصر فوق ، البته ، علاوه بر فازهایی که به صورت شبکه‌های کووالانسی گسترده هستند، آلوتروپهایی از نوع فلزی یا مولکولی دارند. برای مثال ، قلع علاوه بر فازی با ساختمان الماس (قلع خاکستری) یک آلوتروپ فلزی (قلع سفید) دارد و سلنیوم دو آلوتروپ مولکولی تشکیل می‌دهد که حلقه‌های 8Se دارند و با شکل رومبیک و منوکلینیک گوگرد هم ساختمان است.

خواص جامدات کووالانسی
این مواد بسیار دیر گداز و سخت بوده و برای از بین بردن ساختار بلوری باید تعداد زیادی پیوند کووالانسی شکسته شود. در واقع انرژی لازم برای جدا کردن اجسام جامد با شبکه کووالانسی به اتمهای تشکیل دهنده آنها در حدود 200 کیلوکالری بر مول است. در نتیجه این مواد مانند اجسام یونی بسیار کم فرار و دارای نقاط ذوب بالا می‌باشند. همچنین بلورهای کووالانسی رسانای الکتریسته نمی‌باشند.

علاوه بر اینها ، پیوندهای کووالانسی خواصی دارند که از جهت دار بودن پیوندها ناشی می‌شود. یعنی یک اتم مرکزی به شرطی با اتم های مجاور خود پیوندهای کووالانسی قوی تشکیل می‌دهد که این اتمها مواضع کاملا ویژه‌ای را اشغال کرده باشند. بنابراین هر تغییر شکل قابل ملاحظه در یک جسم جامد با شبکه کووالانسی موجب می‌شود که پیوندهای کووالانسی شکسته شوند و این کار مستلزم مصرف قابل ملاحظه انرژی می‌باشد. در نتیجه اجسام جامد با شبکه کووالانسی ، سخت‌تر و غیر قابل تراکمتر از مواد دیگری می‌باشند.

تشابه جامدات کووالانسی و یونی
بلورهای دارای شبکه کووانسی نامحدود ، از نظر فراریت و خواص فیزیکی به طرز شگفت آوری مشابه جامدات یونی رفتار می‌کنند. هر دو نوع بلور از نظر مکانیکی قوی و سخت و در ضمن عایق‌اند و نقاط ذوب خیلی بالایی دارند. (برای مثال MgO برابر 2852 درجه سانتیگراد و الماس برابر 3550 درجه سانتیگراد). در بیشتر حلالها هیچ کدام از دو نوع حل نمی‌شوند.

اختلاف جامدات کووالانسی و یونی
اختلاف آشکار بین دو نوع بلور این است که تعدادی حلال با ثابت دی الکتریک بالا (آب از همه قابل توجه‌تر است) وجود دارند که برخی ترکیبات یونی را حل می‌کنند. همچنین از روی خواص الکتریکی می‌توان جامدات یونی را از جامدات کووالانسی تمیز داد. این دو نوع جسم جامد ، در دمای پایین ، نارسانا هستند. جامدات یونی در دماهای بالاتر از نقطه ذوب خود از نظر الکتریکی رسانای خوبی می‌شوند، اما رسانایی یک جسم جامد دارای شبکه کووالانسی ، اساسا خیلی کم است ولی در اثر افزایش دما زیاد می‌شود و در بالاتر از نقطه ذوب ، رسانایی الکتریکی ناگهان صعود نمی‌کند. آشناترین مثال در مورد جامدات با شبکه کووالانسی ، بلور الماس و گرافیت می‌باشد.

بلور الماس
در این بلور ، هر اتم کربن توسط پیوندهای کووالانسی به چهار اتم دیگر متصل شده است. نتیجه این نوع پیوند ، یک شبکه سه بعدی محکم است که هر اتم را به کلیه اتمهای دیگر متصل می‌کند. در واقع تمامی بلور ، یک مولکول منفرد است.

بلور گرافیت
در ساختار این بلور ، شبکه‌های کووالانسی نامحدود به صورت دو بعدی گسترش یافته‌اند. هر اتم کربن با پیوند کووالانسی به سه اتم دیگر متصل شده است بطوری که کلیه اتمها در یک صفحه به شکل یک ساختار ورقه‌ای به یکدیگر متصل می‌باشند که این ورقه‌های نامحدود تشکیل شده از اتمها ، در یک ساختار لایه‌ای بطوری قرار گرفته‌اند که نیروهای جاذبه بین آنها از نوع واندروالسی است.