11.19: Сетевые ковалентные твердые тела

Ковалентные твердые частицы сети содержат трехмерную сеть ковалентно связанных атомов, как они встречаются в кристаллических структурах неметаллов, таких как алмаз, графит, кремний, и некоторых ковалентных соединений, таких как диоксид кремния (песок) и карбид кремния (карборунд, абразив на наждачной бумаге). Многие минералы имеют сети ковалентных связей.

Чтобы разорвать или расплавить желалентную сеть, необходимо разорвать ковалентные связи. Поскольку ковалентные связи относительно сильны, ковалентные твердые сети обычно характеризуются твердостью, прочностью и высокой температурой плавления. Например, алмаз является одним из самых твердых известных веществ и расплавляется при температуре выше 3500 °C.

Алмаз и графитовый

Углерод является важным элементом; алмазы и графит являются двумя наиболее распространенными аллотропиями углерода. Аллотропы являются различными структурными формами одного и того же элемента. Алмаз является одним из самых известных веществ, в то время как графит достаточно мягкий, чтобы его можно было использовать в качестве пальчикового свинца. Эти очень разные свойства обусловлены различными аранжировками атомов углерода в различных аллотропах.

Алмаз чрезвычайно труден из-за сильной связи между атомами углерода во всех направлениях. Графит состоит из планарных листов ковалентных кристаллов, которые удерживаются в слоях нековалентными силами. В отличие от обычных ковалентных твердых частиц, графит очень мягкий и электропроводящий. Графит (в пальчиковой главе) трется о бумагу из-за слабых мест между углеродными слоями.

Графен: Материал будущего

Недавно обнаруженная форма углерода — графен. Графен был впервые изолирован в 2004 году с помощью ленты, чтобы отчистить более тонкие и тонкие слои от графита. По сути, это один лист графита (толщиной один атом). Графен не только сильный и легкий, но и отличный проводник электричества и тепла. Эти свойства могут оказаться очень полезными для широкого спектра применений, таких как значительно улучшенные компьютерные чипы и цепи, улучшенные батареи и солнечные батареи, а также более прочные и легкие структурные материалы. Нобелевская премия по физике 2010 года была присуждена Андре Гейму и Константину Новоселову за их новаторскую работу с графеном.

Этот текст был адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел: 10.5 твердое состояние материи.