Химическая связь в минералах. Ее типы и отражение в физических свойствах минералов.

Кристаллическая решетка представляет собой прочное достаточно жесткое и устойчивое образование, находящееся в таком состоянии благодаря химической связи, возникающей между её узлами. Следовательно, химическая связь – это сила, возникающая между структурными элементами кристаллической решетки (ионами, атомами и молекулами) и удерживающая структуру в стабильном состоянии.

Природа химической связи заключается во взаимодействии электрических полей, которые образуются электронами и ядрами атомов. Сила химической связи, определяемая её типом, обусловливает прочность кристаллической решетки, что в свою очередь отражается на химических и физических свойствах минералов.

В минералогии выделяется 4 основных типа химической связи: ионная, ковалентная, металлическая и вандерваальсовская.

Ионная связь – наиболее простой и самый распространенный тип химической связи. Она осуществляется взаимным электростатическим притяжением противоположно заряженных частиц, ионов. Образованию ионной связи предшествует ионизация нейтральных атомов. Ионизация представляет собой переход электронов с внешней оболочки одного атома на внешнюю оболочку другого, в результате чего атомы становятся заряженными ионами, первые, утратившие электроны, – положительными катионами, вторые, приобретшие, – отрицательными анионами.

Ионная связь не обладает направленностью и насыщаемостью. Это объясняется сферической симметрией электрического поля иона, напряжение которого при удалении от ядра одинаково закономерно уменьшается в любом направлении, а силы притяжения и отталкивания между ионами в любом направлении действуют одинаково (ненаправленность) и два разноименно заряженных иона, притягивающиеся друг к другу сохраняют способность взаимодействовать с другими ионами (ненасыщаемость). Сила ионной связи определяется величиной заряда и размером ионного радиуса. Чем больше заряд и меньше ионный радиус, тем сильнее силы ионной связи. Резюмируя признаки ионной связи можно отметить, что ионная связь осуществляется в соединениях с противоположно заряженными ионами, является ненаправленной и ненасыщаемой. Чаще всего ионная связь наблюдается в минералах классов солей.

Ковалентная связь (в переводе совместно действующая) – связь, которая осуществляется посредством образования общей электронной пары между атомами, отдающими по одному электрону на образование этой пары. В результате возникшая пара одновременно принадлежит как одному, так и другому атому.

В образовании электронных пар участвуют лишь неспаренные электроны с противоположными спинами. Причиной возникновения электронных пар является стремление атомов перейти в устойчивое состояние с заполненным внешним элетронным уровнем из 2-х, 8-ми и 18-ти электронов.

Металлическая связь характерна для минералов класса самородных металлов. Она характеризуется тем, что в узлах кристаллической решетки находятся атомы металла, от которых отделяются электроны внешнего электронного уровня и, свободно перемещаясь между узлами кристаллической решетки, осуществляют химическую связь, обеспечивая стабильность структуры. Фактически в узлах такой кристаллической решетки оказываются не атомы, а соответствующие им катионы. Количество перемещающихся в междуузлии электронов строго фиксировано и равно заряду узлов кристаллической решетки. Благодаря такому типу связи самородные металлы обладают рядом достаточно специфических свойств, а именно, высокой электропроводностью и теплопроводностью, металлическим блеском, ковкостью и низкой твердостью.

Остаточная химическая связь (Вандерваальсовская). Это связь очень редка в минеральном мире, особенно в чистом виде, но характерна для многих органических соединений. Образуется такая связь за счёт некоторого смещения в электронейтральной молекуле положительно-заряженного ядра, относительно отрицательно-заряженной электронной оболочки. Это смещение вызывает появление на разных концах молекулы слабых разноименных зарядов (образуется диполь) (графит С , природный углерод с гексагональной слоистой структурой, в пределах слоёв, внутри слоя – ковалентная связь между атомами С, в то же время между собой отдельные слои структуры связываются остаточной связью. Это объясняет очень низкую твёрдость графита и совершенную спайность параллельно слоям структуры).