Чем по строению и свойствам кристаллические решётки металлов отличаются от ионных и атомных кристаллических решёток?

Коротко: в металлических кристаллах узлы решётки занимают атомы-катионы, «скреплённые» общим делокализованным электронным газом; в ионных — чередуются катионы и анионы, связанные электростатикой; в атомных (ковалентных сетчатых) — все узлы связаны направленными ковалентными связями в единую «молекулу»-решётку. Отсюда — разные свойства.

1) Строение и тип связи

• Металлические: компактные упаковки (ГЦК, ОЦК, ГПУ). Связь ненаправленная, коллективная: положительные узлы + «общее море» электронов проводимости. Высокие координационные числа (8–12), много возможных плоскостей скольжения.

• Ионные: подрешётки катионов и анионов (NaCl, CsCl, ZnS и т.п.). Связь — кулоновское притяжение противоположно заряженных ионов, тоже ненаправленная, но между конкретными ионами. Координационное число определяется соотношением радиусов (обычно 4–8).

• Атомные (ковалентные сетчатые): бесконечная трёхмерная (или слоистая) сеть ковалентных связей (алмаз, Si, SiC, кварц; особый случай — графит со слоистой π-системой). Связь строго направленная, координационные числа малы и фиксированы гибридизацией (для C в алмазе — 4).

2) Механические свойства

• Металлы: пластичные, ковкие. Слои легко сдвигаются (скольжение дислокаций), так как делокализованные электроны «экранируют» и не дают узлам резко отталкиваться.

• Ионные: твёрдые, но хрупкие. При сдвиге возникают контакты одинаково заряженных слоёв → мгновенный разлёт по плоскости излома.

• Атомные (ковалентные): очень твёрдые и тоже хрупкие (разрывать приходится прочные направленные связи; мало плоскостей лёгкого скольжения). Исключение по лёгкости сдвига — графит: слои скользят, поэтому он мягкий смазочный материал.

3) Электро- и теплопроводность

• Металлы: высокие электрическая и теплопроводность благодаря свободным электронам; проводимость падает при нагревании (растут рассеяния на фононах).

• Ионные: как твёрдые — диэлектрики (ионы закреплены), расплавы/растворы проводят ток за счёт подвижных ионов.

• Атомные (ковалентные): в большинстве — диэлектрики/полупроводники (алмаз — отличный изолятор, Si и Ge — полупроводники). Графит проводит в плоскостях слоёв из-за делокализации π-электронов.

4) Температуры плавления и химическая стойкость

• Металлы: обычно высокие T_пл, но сильно варьируют (у щелочных ниже, у тугоплавких — очень высокие). Химическая активность различна; растворяются не в растворителях, а реагируют (коррозия, амальгамы и т.п.).

• Ионные: как правило, очень высокие T_пл из-за сильного кулоновского притяжения. Часто растворимы в полярных растворителях (вода), где экранится заряд.

• Атомные (ковалентные): очень высокие T_пл (алмаз, SiC), практически не растворяются ни в каких обычных растворителях — разрушить нужно ковалентную сеть.

5) Оптические свойства

• Металлы: металлический блеск и непрозрачность (свободные электроны отражают широкий спектр).

• Ионные: часто прозрачные/полупрозрачные в видимом (широкая запрещённая зона).

• Атомные: обычно прозрачные (кварц, алмаз) или матовые полупроводники; графит — чёрный, непрозрачный.

6) Итоговые отличия «в одном предложении»

• Металлические решётки = плотная упаковка катионов + общее «электронное море» → проводимость, пластичность, блеск.

• Ионные решётки = упорядоченное чередование ионов с электростатическим притяжением → твёрдость, хрупкость, высокая T_пл, растворимость в полярных растворителях, проводимость только в расплавах/растворах.

• Атомные (ковалентные) решётки = сплошная сеть направленных ковалентных связей → максимальная твёрдость и T_пл, хрупкость, обычно отсутствие проводимости (кроме особых случаев вроде графита/полупроводников).