КОВАЛЕ́НТНЫЕ КРИСТА́ЛЛЫ

КОВАЛЕ́НТНЫЕ КРИСТА́ЛЛЫ, кри­стал­лы, в ко­то­рых ато­мы объ­е­ди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми хи­мич. свя­зя­ми. К. к. об­ра­зу­ют­ся ча­ще все­го из ато­мов эле­мен­тов IV груп­пы ко­рот­кой фор­мы пе­рио­дич. сис­те­мы эле­мен­тов с тет­ра­эд­рич. гиб­ри­ди­за­ци­ей ва­лент­ных ор­би­та­лей, так что хи­мич. связь осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пá­ра­ми элек­тро­нов, ло­ка­ли­зо­ван­ных ме­ж­ду близ­ко рас­по­ло­жен­ны­ми ато­ма­ми (см. в ст. Хи­ми­че­ская связь). Наи­бо­лее ти­пич­ным пред­ста­ви­те­лем К. к. яв­ля­ет­ся ал­маз (C); к ним от­но­сят­ся так­же крем­ний (Si), гер­ма­ний (Ge), се­рое оло­во (α-Sn), ряд со­еди­не­ний из эле­мен­тов, рав­но­от­стоя­щих впра­во и вле­во от IV груп­пы пе­рио­дич. сис­те­мы. Это со­еди­не­ния A^IIIB^V, напр. бо­ра­зон (BN), GaAs, GaSb, InAs, AlP; A^IIB^VI – BeO, цин­кит (ZnO), сфа­ле­рит (ZnS), CdTe и др. По ме­ре уда­ле­ния от IV груп­пы по го­ри­зон­та­ли пе­рио­дич. систе­мы, напр. в со­еди­не­ни­ях A^IB^VII (CuCl, CuBr, AgI), ко­ва­лент­ная связь ос­ла­бе­ва­ет и при­об­ре­та­ет час­тич­но ион­ный ха­рак­тер; при спус­ке по вер­ти­ка­ли пе­рио­дич. сис­те­мы воз­рас­та­ет до­ля ме­тал­лич. свя­зи.

Не­ко­то­рой до­лей ме­тал­лич­но­сти об­ла­да­ют и К. к. трой­ных и бо­лее слож­ных со­еди­не­ний, напр. халь­ко­пи­ри­та (CuFeS₂), стан­ни­на (Cu₂FeSnS₄), CdSnAs₂ и др., имею­щих так­же тет­ра­эд­рич. ко­ор­ди­на­цию ато­мов. При­ме­ра­ми К. к. с ок­та­эд­рич. ко­ор­ди­на­ци­ей яв­ля­ют­ся PbS, PbSe, SnTe, Bi₂Te₃, Bi₂TeS₂ и пр. Мно­гие кри­стал­лы ге­те­ро­дес­мич­ны, т. е. ато­мы в их кри­стал­лич. струк­ту­рах име­ют свя­зи разл. ти­па. Так, кри­стал­лы гра­фи­та ко­ва­лент­ны по ха­рак­те­ру свя­зей внут­ри атом­ных се­ток, но свя­зи ме­ж­ду сет­ка­ми ван-дер- ва­аль­со­вы. В струк­ту­рах эле­мен­тов Р, S, Se, Те ато­мы об­ра­зу­ют ко­ва­лент­но свя­зан­ные груп­пи­ров­ки с ван-дер-ва­аль­со­вы­ми свя­зя­ми ме­ж­ду ни­ми.

Вслед­ст­вие на­прав­лен­но­сти и проч­ности ко­ва­лент­ных свя­зей К. к. об­ла­да­ют вы­со­кой твёр­до­стью и уп­ру­го­стью. Обыч­но они име­ют вы­со­кую те­п­ло­про­вод­ность и вы­со­кие темп-ры плав­ле­ния. По ха­рак­те­ру элек­трон­но­го спек­тра К. к. яв­ля­ют­ся по­лу­про­вод­ни­ка­ми, ши­ри­на за­пре­щён­ной зо­ны ко­то­рых из­ме­ня­ет­ся в пре­де­лах от 0,2 до 2–4 эВ. Наи­бо­лее пол­ную ин­фор­ма­цию о хи­мич. свя­зях в К. к. по­лу­ча­ют из рент­ге­но­ст­рук­тур­ных дан­ных о про­стран­ст­вен­ном рас­пре­де­ле­нии элек­трон­ной плот­но­сти $\rho(r)$, ко­то­рые хо­ро­шо со­гла­су­ют­ся с кван­то­во­хи­мич. рас­чё­та­ми.

Мно­гие К. к. на­хо­дят ши­ро­кое тех­нич. при­ме­не­ние, напр. при­род­ный и син­те­ти­че­ский ал­ма­зы, а так­же осо­бо чис­тые кри­стал­лы крем­ния, яв­ляю­щие­ся ос­но­вой по­лу­про­вод­ни­ко­вой элек­трон­ной тех­ни­ки, кри­стал­лы Ge, GaAs и др.