Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
У неметалі або металоїді число атомів, які кожний атом має як своїх найближчих сусідів, визначається його валентністю. Так, на одновалентний атом Йоду припадає тільки один атом Йоду, розташований близько до нього в кристалі йоду: такий кристал, подібно до рідкого йоду і пари йоду, складається з двоатомних молекул. Кристал сірки побудований із молекул S8, у яких кожний атом Сульфуру має два найближчі сусідні атоми, причому до кожного з них він приєднаний одним із двох своїх ковалентних зв'язків. В алмазі чотиривалентний атом Карбону має чотири найближчі сусідні атоми. Водночас атом Калію в металічному калії, атом Кальцію в металічному кальції та атом Титану в металічному титані (які відповідно мають один, два і чотири зовнішні електрони) мають замість одного, двох або чотирьох найближчих сусідніх атомів вісім або дванадцять. Можна стверджувати, що однією з характерних особливостей металу є те, що кожний атом має багато сусідніх атомів; число найкоротших відстаней між атомами перевищує число валентних електронів.
Рис. 17.1. Розташування куль при гексагональному найщільнішому пакуванні. Багато металів кристалізуються в цій системі.
Більшість металів утворюють кристали з таким розташуванням атомів, за якого кожний атом оточений максимальним геометрично допустимим числом атомів. Існують дві поширені металічні структури, що відповідають найщільнішому пакуванню куль одного й того самого розміру. Одна з цих структур — кубічне найщільніше пакування — описана в розд. 2. Інша структура, що називається гексагональним найщільнішим пакуванням, наведена на рис. 17.1. Вона дуже схожа на кубічне найщільніше пакування: кожний атом оточений дванадцятьма сусідніми атомами, що перебувають на однаковій відстані від центрального атома, однак розташування цих сусідів дещо відрізняється від розташування при кубічному найщільнішому пакуванні. Близько п'ятдесяти металів мають кубічне або гексагональне найщільніше пакування або ж утворюють обидві ці структури.
Іншою поширеною структурою, що її приписують приблизно двадцяти металам, є об'ємноцентрована кубічна структура. За такої структури (рис. 2.9) кожний атом має вісім найближчих сусідів і ще шість атомів на відстані, що на 15% перевищує відстань до восьми найближчих сусідніх атомів; при розгляді такої структури важко вирішити, чи слід уважати, що кожний атом має зв'язок із 8 чи 14 атомами.
Періодичність властивостей елементів як функція атомного номера ілюструється спостережуваними значеннями міжатомних відстаней у металах (рис. 17.2). Атомні радіуси становлять величини, що дорівнюють половинам безпосередньо визначуваних міжатомних відстаней для металів з найщільнішим кубічним або найщільнішим гексагональним пакуванням. Для інших металів уведено невелику поправку: було встановлено, наприклад, що метали, подібні до заліза, які кристалізуються у двох модифікаціях — зі структурою найщільнішого пакування й в об'ємноцентрованій кубічній структурі, мають найближчі міжатомні відстані приблизно на 3% менші в другій структурі, ніж у першій, і, отже, у випадку об'ємноцентрованих кубічних структур слід увести поправку 3%, щоб привести міжатомні відстані до координаційного числа 12.
Рис. 17.2. Залежність між атомними радіусами та атомними номерами металів.
Є всі підстави вважати, що найміцніші зв'язки відповідають мінімальним міжатомним відстаням, і тому не дивно, що великі міжатомні відстані, показані на рис. 17.2, характерні для м'яких металів, таких як калій; найменші відстані, що спостерігаються для хрому, заліза, нікелю та деяких інших, властиві твердим міцним металам.