Uputa
Kao što možete lako pogoditi iz samog imena, metalni tip rešetke nalazi se u metalima. Ove tvari se u pravilu odlikuju visokom talištem, metalnim sjajem, tvrdoćom, te su dobri vodiči električne struje. Zapamtite da na mjestima ove vrste rešetke postoje ili neutralni atomi ili pozitivno nabijeni ioni. U prazninama između čvorova nalaze se elektroni, čija migracija osigurava visoku električnu vodljivost takvih tvari.
Ionski tip kristalne rešetke. Treba imati na umu da je također svojstven solima. Karakteristika - kristali poznate kuhinjske soli, natrijev klorid. U čvorovima takvih rešetki naizmjenično se izmjenjuju pozitivno i negativno nabijeni ioni. Takve su tvari, u pravilu, vatrostalne, niske hlapljivosti. Kao što možete pretpostaviti, oni su ionskog tipa.
Atomski tip kristalne rešetke svojstven je jednostavnim tvarima - nemetalima, koji su u normalnim uvjetima čvrste tvari. Na primjer, sumpor, fosfor,. Na mjestima takvih rešetki nalaze se neutralni atomi međusobno povezani kovalentnom kemijskom vezom. Takve tvari karakteriziraju netopivost, netopivost u vodi. Neki (na primjer, ugljik u obliku) - iznimno visoka tvrdoća.
Konačno, posljednja vrsta rešetke je molekularna. Javlja se u tvarima koje su u normalnim uvjetima u tekućem ili plinovitom obliku. Kao što je opet, lako je razumjeti iz imena, na čvorovima takvih rešetki nalaze se molekule. Mogu biti ili nepolarni (za jednostavne plinove kao što su Cl2, O2) ili polarni (najpoznatiji primjer je voda H2O). Tvari s ovom vrstom rešetke ne provode struju, hlapljive su i imaju niske točke taljenja.
Dakle, da biste sa sigurnošću utvrdili koju vrstu kristalne rešetke ima određena tvar, trebali biste shvatiti kojoj klasi tvari pripada i koja fizikalno-kemijska svojstva ima.
Izvori:
- rešetkastog tipa
U kristalima su kemijske čestice (molekule, atomi i ioni) raspoređene određenim redoslijedom, pod određenim uvjetima tvore pravilne simetrične poliedre. Postoje četiri vrste kristalnih rešetki - ionske, atomske, molekularne i metalne.
kristali
Kristalno stanje karakterizira prisutnost dalekosežnog reda u rasporedu čestica, kao i simetrija kristalne rešetke. Čvrsti kristali nazivaju se trodimenzionalne formacije u kojima se isti strukturni element ponavlja u svim smjerovima.
Ispravan oblik kristala je zbog njihove unutarnje strukture. Zamijenimo li u njima molekule, atome i ione točkama umjesto težišta tih čestica, dobivamo trodimenzionalnu pravilnu raspodjelu - . Elementi njegove strukture koji se ponavljaju nazivaju se elementarnim stanicama, a točke čvorovima kristalne rešetke. Postoji nekoliko vrsta kristala ovisno o česticama koje ih tvore, kao i o prirodi kemijske veze između njih.
Ionske kristalne rešetke
Ionski kristali tvore anione i katione, između kojih se nalazi. Ova vrsta kristala uključuje soli većine metala. Svaki kation privlači anion i odbija ga drugi kationi, pa je nemoguće izolirati pojedinačne molekule u ionskom kristalu. Kristal se može smatrati jednim ogromnim, a njegova veličina nije ograničena, sposoban je vezati nove ione.
Atomske kristalne rešetke
U atomskim kristalima pojedinačni atomi su ujedinjeni kovalentnim vezama. Poput ionskih kristala, oni se također mogu promatrati kao ogromne molekule. Istovremeno, atomski kristali su vrlo tvrdi i izdržljivi, ne provode dobro električnu energiju i toplinu. Oni su praktički netopivi, karakterizira ih niska reaktivnost. Tvari s atomskim rešetkama tope se na vrlo visokim temperaturama.
molekularni kristali
Molekularne kristalne rešetke formiraju se od molekula čiji su atomi ujedinjeni kovalentnim vezama. Zbog toga između molekula djeluju slabe molekularne sile. Takve kristale karakterizira niska tvrdoća, niska točka taljenja i visoka fluidnost. Tvari koje tvore, kao i njihove taline i otopine, slabi su vodiči električne struje.
Metalne kristalne rešetke
U kristalnim rešetkama metala atomi su smješteni s maksimalnom gustoćom, njihove veze su delokalizirane, protežu se na cijeli kristal. Takvi kristali su neprozirni, imaju metalni sjaj, lako se deformiraju i dobro provode struju i toplinu.
Ova klasifikacija opisuje samo granične slučajeve, većina kristala anorganskih tvari pripada međutipovima - molekularno-kovalentnim, kovalentno-ionskim, itd. Primjer je kristal grafita, unutar svakog sloja ima veze kovalentno-metalne, a između slojeva - molekularne.
Izvori:
- alhimik.ru, Čvrste tvari
Dijamant je mineral koji pripada jednoj od alotropnih modifikacija ugljika. Posebnost mu je visoka tvrdoća, što mu s pravom donosi titulu najtvrđe tvari. Dijamant je prilično rijedak mineral, ali u isto vrijeme i najrašireniji. Njegova iznimna tvrdoća nalazi svoju primjenu u strojarstvu i industriji.
Uputa
Dijamant ima atomsku kristalnu rešetku. Atomi ugljika koji čine osnovu molekule raspoređeni su u obliku tetraedra, zbog čega dijamant ima tako visoku čvrstoću. Svi atomi povezani su jakim kovalentnim vezama, koje nastaju na temelju elektronske strukture molekule.
Atom ugljika ima sp3 hibridizaciju orbitala, koje se nalaze pod kutom od 109 stupnjeva i 28 minuta. Preklapanje hibridnih orbitala događa se u ravnoj liniji u horizontalnoj ravnini.
Dakle, kada se orbitale preklapaju pod takvim kutom, nastaje centrirana, koja pripada kubičnom sustavu, pa možemo reći da dijamant ima kubičnu strukturu. Ova se struktura smatra jednom od najtrajnijih u prirodi. Svi tetraedri tvore trodimenzionalnu mrežu slojeva šesteročlanih prstenova atoma. Takva stabilna mreža kovalentnih veza i njihova trodimenzionalna raspodjela dovodi do dodatne čvrstoće kristalne rešetke.
Kemija je nevjerojatna znanost. Toliko nevjerojatnog može se pronaći u naizgled običnim stvarima.
Sve materijalno što nas svugdje okružuje postoji u nekoliko agregatnih stanja: plinovi, tekućine i krute tvari. Znanstvenici su izolirali i 4. - plazmu. Na određenoj temperaturi tvar može prijeći iz jednog stanja u drugo. Na primjer, voda: kada se zagrije iznad 100, iz tekućeg se oblika pretvara u paru. Na temperaturama ispod 0 prelazi u sljedeću agregatnu strukturu – led.
U kontaktu s
Kolege
Cijeli materijalni svijet u svom sastavu ima masu identičnih čestica koje su međusobno povezane. Ti najmanji elementi strogo su raspoređeni u prostoru i čine tzv. prostorni okvir.
Definicija
Kristalna rešetka je posebna struktura čvrste tvari, u kojoj su čestice u geometrijski strogom redu u prostoru. U njemu je moguće detektirati čvorove – mjesta na kojima se nalaze elementi: atomi, ioni i molekule te internodalni prostor.
Čvrste tvari, ovisno o rasponu visokih i niskih temperatura, su kristalni ili amorfni - karakterizira ih odsutnost specifične točke taljenja. Kada su izloženi povišenim temperaturama, omekšaju i postupno prelaze u tekući oblik. Takve tvari uključuju: smolu, plastelin.
S tim u vezi, može se podijeliti u nekoliko vrsta:
- atomski;
- ionski;
- molekularni;
- metal.
Ali pri različitim temperaturama, jedna tvar može imati različite oblike i pokazati različita svojstva. Taj se fenomen naziva alotropska modifikacija.
Atomski tip
U ovoj vrsti atomi jedne ili druge tvari nalaze se na čvorovima, koji su povezani kovalentnim vezama. Ovu vrstu veze tvori par elektrona dva susjedna atoma. Zbog toga su povezani ravnomjerno i u strogom redoslijedu.
Tvari s atomskom kristalnom rešetkom karakteriziraju sljedeća svojstva: čvrstoća i visoka točka taljenja. Ova vrsta veze prisutna je u dijamantu, siliciju i boru..
Ionski tip
Suprotno nabijeni ioni nalaze se na čvorovima koji stvaraju elektromagnetsko polje koje karakterizira fizička svojstva tvari. To će uključivati: električnu vodljivost, vatrostalnost, gustoću i tvrdoću. Kuhinjska sol i kalijev nitrat karakteriziraju prisutnost ionske kristalne rešetke.
Ne propustite: Mehanizam obrazovanja, Studije slučaja.
Molekularni tip
U mjestima ovog tipa postoje ioni povezani van der Waalsovim silama. Zbog slabih međumolekularnih veza, takve tvari, na primjer, led, ugljični dioksid i parafin, karakteriziraju plastičnost, električna i toplinska vodljivost.
metalna vrsta
Po svojoj strukturi podsjeća na molekularnu, ali ipak ima jače veze. Razlika ovog tipa je u tome što se na njegovim čvorovima nalaze pozitivno nabijeni kationi. Elektroni koji se nalaze u međuprostoru prostor, sudjeluju u stvaranju električnog polja. Nazivaju se i električnim plinom.
Jednostavne metale i legure karakterizira tip metalne rešetke. Karakterizira ih prisutnost metalnog sjaja, plastičnosti, toplinske i električne vodljivosti. Mogu se topiti na različitim temperaturama.
Razne tvari
Čvrste tvari postoje u kristalnom i amorfnom stanju i pretežno imaju kristalnu strukturu. Odlikuje se pravilnim položajem čestica na točno određenim točkama, karakterizira ga periodično ponavljanje volumena.Ako te točke mentalno povežemo ravnim linijama, dobivamo prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka. Koncept "kristalne rešetke" odnosi se na geometrijsku sliku koja opisuje trodimenzionalnu periodičnost u rasporedu molekula (atoma, iona) u kristalnom prostoru.
Točke u kojima se nalaze čestice nazivaju se čvorovi rešetke. Internodalne veze djeluju unutar okvira. Vrsta čestica i priroda veze između njih: molekule, atomi, ioni - određuju Ukupno se razlikuju četiri takve vrste: ionske, atomske, molekularne i metalne.
Ako se ioni (čestice s negativnim ili pozitivnim nabojem) nalaze na čvorovima rešetke, onda je to ionska kristalna rešetka koju karakteriziraju istoimene veze.
Ove veze su vrlo jake i stabilne. Stoga tvari s ovom vrstom strukture imaju dovoljno visoku tvrdoću i gustoću, nehlapljive i vatrostalne. Pri niskim temperaturama ponašaju se kao dielektrici. Međutim, tijekom taljenja takvih spojeva narušava se geometrijski ispravna ionska kristalna rešetka (raspored iona) i smanjuje se čvrstoća veza.
Na temperaturi blizu točke taljenja, kristali s ionskom vezom već su sposobni provoditi električnu struju. Takvi spojevi su lako topljivi u vodi i drugim tekućinama koje se sastoje od polarnih molekula.
Ionska kristalna rešetka karakteristična je za sve tvari s ionskom vrstom veze - soli, metalni hidroksidi, binarni spojevi metala s nemetalima. nema smjera u prostoru, jer je svaki ion povezan s nekoliko protuiona odjednom, čija snaga interakcije ovisi o udaljenosti između njih (Coulombov zakon). Ionski vezani spojevi imaju nemolekularnu strukturu; to su krute tvari s ionskim rešetkama, visokim polaritetom, visokim talištem i vrelištem, te su električno vodljive u vodenim otopinama. Spojevi s ionskim vezama u svom čistom obliku gotovo se nikada ne nalaze.
Ionska kristalna rešetka svojstvena je nekim hidroksidima i oksidima tipičnih metala, soli, t.j. tvari s ionskim
Osim ionskih veza u kristalima postoje metalne, molekularne i kovalentne veze.
Kristali koji imaju kovalentnu vezu su poluvodiči ili dielektrici. Tipični primjeri atomskih kristala su dijamant, silicij i germanij.
Dijamant je mineral, alotropska kubična modifikacija (oblik) ugljika. Kristalna rešetka dijamanta je atomska, vrlo složena. Na čvorovima takve rešetke nalaze se atomi međusobno povezani iznimno jakim kovalentnim vezama. Dijamant se sastoji od pojedinačnih atoma ugljika, jedan po jedan u središtu tetraedra čiji su vrhovi četiri najbliža atoma. Takvu rešetku karakterizira kubik usmjeren na lice, koji određuje maksimalnu tvrdoću dijamanta i prilično visoku točku taljenja. U dijamantnoj rešetki nema molekula - i kristal se može promatrati kao jedna impozantna molekula.
Osim toga, karakterističan je za silicij, čvrsti bor, germanij i spojeve pojedinih elemenata sa silicijem i ugljikom (silicijum, kvarc, liskun, riječni pijesak, karborund). Općenito, postoji relativno malo predstavnika s atomskom rešetkom.
Struktura tvari određena je ne samo međusobnim rasporedom atoma u kemijskim česticama, već i položajem tih kemijskih čestica u prostoru. Najsređeniji raspored atoma, molekula i iona u kristali(od grčkog" crystallos"- led), gdje su kemijske čestice (atomi, molekule, ioni) raspoređene određenim redoslijedom, tvoreći kristalnu rešetku u prostoru. Pod određenim uvjetima nastanka mogu imati prirodan oblik pravilnih simetričnih poliedara. Kristalno stanje je karakterizira prisutnost dalekosežnog reda u rasporedu čestica i simetrija kristalne rešetke.
Amorfno stanje karakterizira prisutnost samo kratkog reda. Strukture amorfnih tvari nalikuju tekućinama, ali imaju mnogo manju fluidnost. Amorfno stanje je obično nestabilno. Pod djelovanjem mehaničkih opterećenja ili pri promjeni temperature amorfna tijela mogu kristalizirati. Reaktivnost tvari u amorfnom stanju je mnogo veća nego u kristalnom stanju.
Amorfne tvari
glavna značajka amorfna(od grčkog" amorfni"- bezoblično) stanje materije - odsutnost atomske ili molekularne rešetke, odnosno trodimenzionalna periodičnost strukture karakteristične za kristalno stanje.
Kad se tekuća tvar ohladi, ne kristalizira uvijek. pod određenim uvjetima može nastati neravnotežno čvrsto amorfno (staklasto) stanje. Staklasto stanje može sadržavati jednostavne tvari (ugljik, fosfor, arsen, sumpor, selen), okside (na primjer, bor, silicij, fosfor), halogenide, halkogenide i mnoge organske polimere.
U tom stanju tvar može biti stabilna dulje vrijeme, na primjer, starost nekih vulkanskih naočala procjenjuje se na milijune godina. Fizikalna i kemijska svojstva tvari u staklastom amorfnom stanju mogu se značajno razlikovati od svojstava kristalne tvari. Na primjer, staklasti germanijev dioksid je kemijski aktivniji od kristalnog. Razlike u svojstvima tekućeg i krutog amorfnog stanja određene su prirodom toplinskog gibanja čestica: u amorfnom stanju čestice su sposobne samo za oscilatorno i rotacijsko gibanje, ali se ne mogu kretati u debljini tvari.
Postoje tvari koje u čvrstom obliku mogu biti samo u amorfnom stanju. To se odnosi na polimere s nepravilnim slijedom jedinica.
Amorfna tijela izotropna, odnosno njihova mehanička, optička, električna i druga svojstva ne ovise o smjeru. Amorfna tijela nemaju fiksnu točku taljenja: taljenje se događa u određenom temperaturnom rasponu. Prijelaz amorfne tvari iz čvrstog u tekuće stanje nije popraćen naglom promjenom svojstava. Fizički model amorfnog stanja još nije stvoren.
Kristalne tvari
Čvrsto kristali- trodimenzionalne formacije koje karakterizira strogo ponavljanje istog elementa strukture ( elementarna stanica) u svim smjerovima. Jedinična ćelija je najmanji volumen kristala u obliku paralelepipeda, koji se u kristalu ponavlja beskonačan broj puta.
Geometrijski ispravan oblik kristala prvenstveno je posljedica njihove strogo pravilne unutarnje strukture. Ako umjesto atoma, iona ili molekula u kristalu predstavljamo točke kao težišta tih čestica, tada dobivamo trodimenzionalnu pravilnu raspodjelu takvih točaka, nazvanu kristalna rešetka. Same točke se nazivaju čvorovi kristalna rešetka.
Vrste kristalnih rešetki
Ovisno o tome od kojih je čestica građena kristalna rešetka i kakva je priroda kemijske veze među njima, razlikuju se različite vrste kristala.
Ionske kristale tvore kationi i anioni (na primjer, soli i hidroksidi većine metala). Imaju ionsku vezu između čestica.
Ionski kristali mogu biti jednoatomski ioni. Tako se grade kristali natrijev klorid, kalijev jodid, kalcijev fluorid.
U stvaranju ionskih kristala mnogih soli, u stvaranju ionskih kristala sudjeluju jednoatomni metalni kationi i poliatomski anioni, na primjer, NO 3 - nitratni ion, SO 4 2 - sulfat ion, CO 3 2 - karbonatni ion.
U ionskom kristalu nemoguće je izolirati pojedinačne molekule. Svaki kation privlači svaki anion i odbija ga drugi kation. Cijeli kristal se može smatrati ogromnom molekulom. Veličina takve molekule nije ograničena, budući da može rasti dodavanjem novih kationa i aniona.
Većina ionskih spojeva kristalizira prema jednom od strukturnih tipova koji se međusobno razlikuju po vrijednosti koordinacijskog broja, odnosno broju susjeda oko određenog iona (4, 6 ili 8). Za ionske spojeve s jednakim brojem kationa i aniona poznata su četiri glavna tipa kristalnih rešetki: natrijev klorid (koordinacijski broj oba iona je 6), cezijev klorid (koordinacijski broj oba iona je 8), sfalerit i wurtzit (oba strukturna tipa karakterizira koordinacijski broj kationa i aniona jednak 4). Ako je broj kationa polovica broja aniona, tada koordinacijski broj kationa mora biti dvostruko veći od koordinacijskog broja aniona. U ovom slučaju se realiziraju strukturni tipovi fluorita (koordinacijski brojevi 8 i 4), rutila (koordinacijski brojevi 6 i 3) i kristobalita (koordinacijski brojevi 4 i 2).
Tipično, ionski kristali su tvrdi, ali krhki. Njihova je krhkost posljedica činjenice da se čak i uz malu deformaciju kristala, kationi i anioni pomiču na način da odbojne sile između sličnih iona počinju prevladavati nad silama privlačenja između kationa i aniona, a kristal je uništeno.
Ionski kristali imaju visoke točke taljenja. U rastaljenom stanju, tvari koje tvore ionske kristale su električno vodljive. Otopljene u vodi te tvari disociraju na katione i anione, a nastale otopine provode električnu struju.
Visoka topljivost u polarnim otapalima, praćena elektrolitičkom disocijacijom, posljedica je činjenice da se u mediju otapala s visokom permitivnošću ε smanjuje energija privlačenja između iona. Dielektrična konstanta vode je 82 puta veća od vakuuma (uvjetno postoji u ionskom kristalu), privlačenje između iona u vodenoj otopini smanjuje se za istu količinu. Učinak je pojačan otapanjem iona.
Atomski kristali se sastoje od pojedinačnih atoma koji se drže zajedno kovalentnim vezama. Od jednostavnih tvari takve kristalne rešetke imaju samo bor i elementi skupine IVA. Često spojevi nemetala jedni s drugima (na primjer, silicij dioksid) također tvore atomske kristale.
Baš kao i ionski kristali, atomski se kristali mogu smatrati divovskim molekulama. Vrlo su jaki i tvrdi te ne provode dobro toplinu i struju. Tvari koje imaju atomske kristalne rešetke tope se na visokim temperaturama. Oni su praktički netopivi u bilo kojim otapalima. Karakterizira ih niska reaktivnost.
Molekularni kristali građeni su od pojedinačnih molekula, unutar kojih su atomi povezani kovalentnim vezama. Između molekula djeluju slabije međumolekularne sile. Lako se uništavaju, pa molekularni kristali imaju nisku talište, nisku tvrdoću i veliku hlapljivost. Tvari koje tvore molekularne kristalne rešetke nemaju električnu vodljivost, njihove otopine i taline također ne provode električnu struju.
Međumolekularne sile nastaju zbog elektrostatičke interakcije negativno nabijenih elektrona jedne molekule s pozitivno nabijenim jezgrama susjednih molekula. Na snagu međumolekularne interakcije utječu mnogi čimbenici. Najvažnija među njima je prisutnost polarnih veza, odnosno pomak elektronske gustoće s jednog atoma na drugi. Osim toga, međumolekularna interakcija je izraženija između molekula s velikim brojem elektrona.
Većina nemetala u obliku jednostavnih tvari (npr. jod I 2 , argon Ar, sumpor S 8) i spojevi međusobno (na primjer, voda, ugljični dioksid, klorovodik), kao i gotovo sve organske krute tvari tvore molekularne kristale.
Metali imaju metalnu kristalnu rešetku. Ima metalnu vezu između atoma. U metalnim kristalima jezgre atoma su raspoređene na način da je njihovo pakiranje što gušće. Veza u takvim kristalima je delokalizirana i proteže se na cijeli kristal. Metalni kristali imaju visoku električnu i toplinsku vodljivost, metalni sjaj i neprozirnost te laku deformabilnost.
Klasifikacija kristalnih rešetki odgovara graničnim slučajevima. Većina kristala anorganskih tvari pripada međutipovima - kovalentno-ionskim, molekularno-kovalentnim itd. Na primjer, u kristalu grafit unutar svakog sloja veze su kovalentno-metalne, a između slojeva - intermolekularne.
Izomorfizam i polimorfizam
Mnoge kristalne tvari imaju istu strukturu. Istodobno, ista tvar može formirati različite kristalne strukture. To se odražava u fenomenima izomorfizam i polimorfizam.
izomorfizam je sposobnost atoma, iona ili molekula da međusobno zamjenjuju u kristalnim strukturama. Ovaj izraz (od grčkog " isos" - jednako i " morphe"- oblik) predložio je E. Mitscherlich 1819. Zakon izomorfizma bi formulirao E. Mitscherlich 1821. na ovaj način: "Isti broj atoma, spojenih na isti način, daje iste kristalne oblike; u ovom slučaju kristalni oblik ne ovisi o kemijskoj prirodi atoma, već je određen samo njihovim brojem i relativnim položajem.
Radeći u kemijskom laboratoriju Sveučilišta u Berlinu, Mitscherlich je skrenuo pozornost na potpunu sličnost kristala sulfata olova, barija i stroncija te na blizinu kristalnih oblika mnogih drugih tvari. Njegova zapažanja privukla su pozornost poznatog švedskog kemičara J.-J. Berzelius, koji je predložio da Micherlich potvrdi uočene obrasce na primjeru spojeva fosforne i arsenske kiseline. Kao rezultat studije, zaključeno je da se "dvije serije soli razlikuju samo po tome što jedna sadrži arsen kao kiseli radikal, a druga - fosfor". Mitscherlichovo otkriće vrlo je brzo privuklo pozornost mineraloga, koji su započeli istraživanje problema izomorfne supstitucije elemenata u mineralima.
U slučaju zajedničke kristalizacije tvari sklonih izomorfizmu ( izomorfna tvari), nastaju miješani kristali (izomorfne smjese). To je moguće samo ako se čestice koje se međusobno zamjenjuju malo razlikuju po veličini (ne više od 15%). Osim toga, izomorfne tvari moraju imati sličan prostorni raspored atoma ili iona i, prema tome, kristali slični u vanjskom obliku. Takve tvari uključuju, na primjer, stipsu. U kristalima kalijeve stipse KAl (SO 4) 2 . 12H 2 O kalijevi kationi mogu se djelomično ili potpuno zamijeniti rubidijevim ili amonijevim kationima, a aluminijevi kationi kromom(III) ili željezom(III).
Izomorfizam je raširen u prirodi. Većina minerala su izomorfne smjese složenog promjenjivog sastava. Na primjer, u mineralu sfalerit ZnS, do 20% atoma cinka može se zamijeniti atomima željeza (u ovom slučaju ZnS i FeS imaju različite kristalne strukture). Izomorfizam je povezan s geokemijskim ponašanjem rijetkih i elemenata u tragovima, njihovom distribucijom u stijenama i rudama, gdje su sadržani u obliku izomorfnih nečistoća.
Izomorfna supstitucija određuje mnoga korisna svojstva umjetnih materijala suvremene tehnologije - poluvodiča, feromagneta, laserskih materijala.
Mnoge tvari mogu formirati kristalne oblike koji imaju različite strukture i svojstva, ali isti sastav ( polimorfna modifikacije). Polimorfizam- sposobnost čvrstih i tekućih kristala da postoje u dva ili više oblika s različitim kristalnim strukturama i svojstvima s istim kemijskim sastavom. Ova riječ dolazi iz grčkog polimorfni“- raznolik. Fenomen polimorfizma otkrio je M. Klaproth koji je 1798. otkrio da dva različita minerala – kalcit i aragonit – imaju isti kemijski sastav CaCO 3.
Polimorfizam jednostavnih tvari obično se naziva alotropija, dok se koncept polimorfizma ne odnosi na nekristalne alotropne oblike (primjerice, plinovite O 2 i O 3). Tipičan primjer polimorfnih oblika su modifikacije ugljika (dijamant, lonsdaleit, grafit, karbini i fulerini), koje se oštro razlikuju po svojstvima. Najstabilniji oblik postojanja ugljika je grafit, međutim, njegove druge modifikacije u normalnim uvjetima mogu se sačuvati proizvoljno dugo. Pri visokim temperaturama pretvaraju se u grafit. U slučaju dijamanta, to se događa kada se zagrijava iznad 1000°C u odsutnosti kisika. Obrnuti prijelaz je mnogo teži. Potrebna je ne samo visoka temperatura (1200-1600 o C), već i gigantski tlak - do 100 tisuća atmosfera. Transformacija grafita u dijamant je lakša u prisutnosti rastaljenih metala (željezo, kobalt, krom i drugi).
Kod molekularnih kristala polimorfizam se očituje u različitom pakiranju molekula u kristalu ili u promjeni oblika molekula, a kod ionskih kristala u različitom međusobnom rasporedu kationa i aniona. Neke jednostavne i složene tvari imaju više od dva polimorfa. Na primjer, silicij dioksid ima deset modifikacija, kalcijev fluorid ima šest, a amonijev nitrat četiri. Polimorfne modifikacije obično se označavaju grčkim slovima α, β, γ, δ, ε, ... počevši od modifikacija koje su postojane na niskim temperaturama.
Tijekom kristalizacije iz pare, otopine ili taline tvari koja ima nekoliko polimorfnih modifikacija prvo nastaje modifikacija koja je u zadanim uvjetima manje postojana, a zatim prelazi u stabilniju. Na primjer, kada se fosforna para kondenzira, nastaje bijeli fosfor, koji u normalnim uvjetima polako, a kada se zagrijava, brzo prelazi u crveni fosfor. Kada se olovni hidroksid dehidrira, u početku (oko 70 o C) nastaje žuti β-PbO, koji je manje postojan na niskim temperaturama, na oko 100 o C prelazi u crveni α-PbO, a na 540 o C - ponovo u β-PbO.
Prijelaz jedne polimorfne modifikacije u drugu naziva se polimorfne transformacije. Ti se prijelazi događaju s promjenom temperature ili tlaka i popraćeni su naglom promjenom svojstava.
Proces prijelaza s jedne modifikacije na drugu može biti reverzibilan ili nepovratan. Dakle, kada se bijela meka grafitna tvar sastava BN (bor nitrid) zagrije na 1500-1800 o C i tlaku od nekoliko desetaka atmosfera, nastaje njezina visokotemperaturna modifikacija - borazon, po tvrdoći blizak dijamantu. Kada se temperatura i tlak spuste na vrijednosti koje odgovaraju uobičajenim uvjetima, borazon zadržava svoju strukturu. Primjer reverzibilnog prijelaza su međusobne transformacije dviju modifikacija sumpora (rombične i monoklinske) na 95 o C.
Polimorfne transformacije mogu se odvijati i bez značajne promjene strukture. Ponekad se uopće ne mijenja kristalna struktura, na primjer, tijekom prijelaza α-Fe u β-Fe na 769 o C struktura željeza se ne mijenja, ali nestaju njegova feromagnetska svojstva.
Većina čvrstih tvari ima kristalno struktura koja je karakterizirana strogo definiran raspored čestica. Ako čestice povežete s uvjetnim linijama, dobivate prostorni okvir tzv kristalna rešetka. Točke u kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se čvorovi rešetke. Čvorovi zamišljene rešetke mogu sadržavati atome, ione ili molekule.
Ovisno o prirodi čestica smještenih u čvorovima i prirodi veze između njih, razlikuju se četiri vrste kristalnih rešetki: ionske, metalne, atomske i molekularne.
ionski zvane rešetke, na čijim se čvorovima nalaze ioni.
Nastaju od tvari s ionskim vezama. Na čvorovima takve rešetke nalaze se pozitivni i negativni ioni, međusobno povezani elektrostatičkom interakcijom.
Ionske kristalne rešetke imaju soli, lužine, aktivni metalni oksidi. Ioni mogu biti jednostavni ili složeni. Na primjer, na mjestima kristalne rešetke natrijevog klorida nalaze se jednostavni natrijevi ioni Na i klor Cl - , a na mjestima rešetke kalij sulfata izmjenjuju se jednostavni kalijevi ioni K i složeni sulfatni ioni S O 4 2 -.
Veze između iona u takvim kristalima su jake. Stoga su ionske tvari čvrste, vatrostalne, nehlapljive. Takve tvari su dobre otopiti u vodi.
Kristalna rešetka natrijevog klorida
Kristal natrijevog klorida
metal nazvane rešetke, koje se sastoje od pozitivnih iona i atoma metala te slobodnih elektrona.
Nastaju od tvari s metalnom vezom. Na čvorovima metalne rešetke nalaze se atomi i ioni (bilo atomi ili ioni, u koje se atomi lako pretvaraju, dajući svoje vanjske elektrone za uobičajenu upotrebu).
Takve kristalne rešetke karakteristične su za jednostavne tvari metala i legura.
Točke taljenja metala mogu biti različite (od \ (-37 \) ° C za živu do dvije do tri tisuće stupnjeva). Ali svi metali imaju karakteristiku metalni sjaj, savitljivost , duktilnost , dobro provode struju i toplo.
metalna kristalna rešetka
Hardver
Zovu se atomske kristalne rešetke u čijim se čvorovima nalaze pojedinačni atomi povezani kovalentnim vezama.
Ova vrsta rešetke ima dijamant - jednu od alotropnih modifikacija ugljika. Tvari s atomskom kristalnom rešetkom uključuju grafit, silicij, bor i germanij, kao i složene tvari, na primjer, karborund SiC i silicij, kvarc, gorski kristal, pijesak, koji uključuju silicij oksid (\ (IV \)) Si O 2.
Takve tvari su karakterizirane velika snaga i tvrdoća. Dakle, dijamant je najteža prirodna tvar. Tvari s atomskom kristalnom rešetkom imaju vrlo visoke točke taljenja i kipuće. Na primjer, točka taljenja silicijevog dioksida je \(1728 \) °C, dok je za grafit viša - \ (4000 \) °C. Atomski kristali su praktički netopivi.
Kristalna rešetka dijamanta
Dijamant
Molekularno nazvane rešetke, na čijim se čvorovima nalaze molekule vezane slabom međumolekularnom interakcijom.
Unatoč činjenici da su unutar molekula atomi povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, između samih molekula djeluju slabe sile međumolekularne privlačnosti. Stoga molekularni kristali imaju malo snage i tvrdoća niske točke taljenja i kipuće. Mnoge molekularne tvari su tekućine i plinovi na sobnoj temperaturi. Takve tvari su hlapljive. Na primjer, kristalni jod i čvrsti ugljični monoksid (\ (IV \)) ("suhi led") isparavaju bez prelaska u tekuće stanje. Neke molekularne tvari su miris .
Jednostavne tvari u čvrstom agregacijskom stanju imaju ovu vrstu rešetke: plemeniti plinovi s jednoatomskim molekulama (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), kao i nemetali s dvo- i poliatomske molekule (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).
Molekularna kristalna rešetka ima također tvari s kovalentnim polarnim vezama: voda - led, čvrsti amonijak, kiseline, oksidi nemetala. Većina organski spojevi su također molekularni kristali (naftalen, šećer, glukoza).
