Хлорид натрия (NaCl) представляет собой типичное ионное соединение, состоящее из положительно заряженных ионов натрия (Na⁺) и отрицательно заряженных ионов хлора (Cl⁻). Его кристаллическая решетка относится к кубической гранецентрированной системе (кубическая решетка типа NaCl), где каждый ион окружён ионами противоположного знака в равномерной симметричной конфигурации.
Каждый ион Na⁺ окружён шестью ионами Cl⁻, образуя октаэдрическую координацию. Аналогично, каждый Cl⁻ окружён шестью Na⁺. Координационное число для обоих типов ионов равно 6. Такая организация обеспечивает максимальное электростатическое притяжение между ионами противоположного знака и минимизацию энергетического состояния кристалла.
Геометрическая структура решетки проявляется через кубическую симметрию с одинаковыми длинами ребер a, что делает кристалл NaCl строго изотропным по механическим свойствам.
Расстояние между соседними ионами Na⁺ и Cl⁻ (ионный радиус) составляет примерно 0,282 нм. Параметр элементарной ячейки a = 0,564 нм. Такой размер обеспечивается балансом сил кулоновского притяжения и отталкивания электронных оболочек ионов.
Координационные полиэдры формируются так, что каждый Na⁺ находится в центре октаэдра из Cl⁻, а каждый Cl⁻ в центре октаэдра из Na⁺. В результате формируется трёхмерная бесконечная сеть, обеспечивающая высокую стабильность кристалла.
Прочность и стабильность структуры NaCl определяется энергией решётки, которая представляет собой работу, необходимую для разрыва кристалла на отдельные ионы в газообразном состоянии. Энергия решётки NaCl составляет около 787 кДж/моль. Высокое значение энергии объясняется сильными электростатическими взаимодействиями между ионами, которые минимизируют потенциальную энергию системы.
Прочность ионной связи делает NaCl твёрдым при комнатной температуре, с высокой температурой плавления (801°C) и значительной твёрдостью, что характерно для ионных соединений с кубической координацией.
Кристалл NaCl принадлежит к пространственной группе Fm3m. Симметрия кубической решётки обеспечивает одинаковое расположение ионов по всем трём пространственным направлениям. Каждая элементарная ячейка содержит 4 формульных единицы NaCl.
Особенности симметрии решетки влияют на физические свойства: изотропность проводимости, равномерное распределение механических напряжений и характерную прозрачность к свету определённых длин волн.
Кристаллы NaCl растут за счёт постепенного присоединения ионов на поверхности решётки, сохраняя кубическую форму. На рост влияют температура, концентрация раствора и наличие примесей, которые могут изменять форму и размеры кристаллов.
Благодаря своей простой и симметричной структуре, NaCl является эталоном для изучения ионных кристаллов и используется в кристаллографических исследованиях как стандарт.