Poučenie
Ako už zo samotného názvu ľahko uhádnete, kovový typ mriežky sa nachádza v kovoch. Tieto látky sa vyznačujú spravidla vysokým bodom topenia, kovovým leskom, tvrdosťou a sú dobrými vodičmi elektrického prúdu. Pamätajte, že na miestach tohto typu mriežky sú buď neutrálne atómy alebo kladne nabité ióny. V medzerách medzi uzlami sú elektróny, ktorých migrácia zabezpečuje vysokú elektrickú vodivosť takýchto látok.
Iónový typ kryštálovej mriežky. Malo by sa pamätať na to, že je tiež súčasťou solí. Charakteristika - kryštály známej kuchynskej soli, chloridu sodného. V uzloch takýchto mriežok sa striedavo striedajú kladne a záporne nabité ióny. Takéto látky sú spravidla žiaruvzdorné, s nízkou prchavosťou. Ako asi tušíte, sú iónového typu.
Atómový typ kryštálovej mriežky je vlastný jednoduchým látkam - nekovom, ktoré sú za normálnych podmienok pevné látky. Napríklad síra, fosfor,. V miestach takýchto mriežok sú neutrálne atómy navzájom spojené kovalentnou chemickou väzbou. Takéto látky sa vyznačujú infúziou, nerozpustnosťou vo vode. Niektoré (napríklad uhlík vo forme) - výnimočne vysoká tvrdosť.
Nakoniec posledným typom mriežky je molekulárna. Vyskytuje sa v látkach, ktoré sú za normálnych podmienok v kvapalnej alebo plynnej forme. Ako znova, z názvu je ľahké pochopiť, že v uzloch takýchto mriežok sú molekuly. Môžu byť buď nepolárne (pre jednoduché plyny ako Cl2, O2) alebo polárne (najznámejším príkladom je voda H2O). Látky s týmto typom mriežky nevedú prúd, sú prchavé a majú nízke teploty topenia.
Ak teda chcete s istotou určiť, aký typ kryštálovej mriežky má konkrétna látka, mali by ste zistiť, do ktorej triedy látok patrí a aké má fyzikálno-chemické vlastnosti.
Zdroje:
- mriežkový typ
V kryštáloch sú chemické častice (molekuly, atómy a ióny) usporiadané v určitom poradí, za určitých podmienok vytvárajú pravidelné symetrické mnohosteny. Existujú štyri typy kryštálových mriežok – iónové, atómové, molekulárne a kovové.
kryštály
Kryštalický stav je charakterizovaný prítomnosťou usporiadania častíc na veľké vzdialenosti, ako aj symetriou kryštálovej mriežky. Pevné kryštály sa nazývajú trojrozmerné útvary, v ktorých sa rovnaký štruktúrny prvok opakuje vo všetkých smeroch.
Správny tvar kryštálov je spôsobený ich vnútornou štruktúrou. Ak nahradíme molekuly, atómy a ióny v nich bodmi namiesto ťažísk týchto častíc, dostaneme trojrozmerné pravidelné rozloženie - . Opakujúce sa prvky jeho štruktúry sa nazývajú elementárne bunky a body sa nazývajú uzly kryštálovej mriežky. Existuje niekoľko typov kryštálov v závislosti od častíc, ktoré ich tvoria, ako aj od povahy chemickej väzby medzi nimi.
Iónové kryštálové mriežky
Iónové kryštály tvoria anióny a katióny, medzi ktorými je. Tento typ kryštálov zahŕňa soli väčšiny kovov. Každý katión je priťahovaný k aniónu a odpudzovaný inými katiónmi, takže nie je možné izolovať jednotlivé molekuly v iónovom kryštáli. Kryštál možno považovať za jeden obrovský a jeho veľkosť nie je obmedzená, je schopný pripájať nové ióny.
Atómové kryštálové mriežky
V atómových kryštáloch sú jednotlivé atómy spojené kovalentnými väzbami. Rovnako ako iónové kryštály, môžu byť tiež považované za obrovské molekuly. Atómové kryštály sú zároveň veľmi tvrdé a odolné, nevedú dobre elektrinu a teplo. Sú prakticky nerozpustné, vyznačujú sa nízkou reaktivitou. Látky s atómovými mriežkami sa topia pri veľmi vysokých teplotách.
molekulárne kryštály
Molekulové kryštálové mriežky sú tvorené z molekúl, ktorých atómy sú spojené kovalentnými väzbami. Z tohto dôvodu medzi molekulami pôsobia slabé molekulárne sily. Takéto kryštály sa vyznačujú nízkou tvrdosťou, nízkou teplotou topenia a vysokou tekutosťou. Látky, ktoré tvoria, ako aj ich taveniny a roztoky, sú zlými vodičmi elektrického prúdu.
Kovové kryštálové mriežky
V kryštálových mriežkach kovov sú atómy umiestnené s maximálnou hustotou, ich väzby sú delokalizované, zasahujú do celého kryštálu. Takéto kryštály sú nepriehľadné, majú kovový lesk, ľahko sa deformujú a dobre vedú elektrinu a teplo.
Táto klasifikácia popisuje len limitujúce prípady, väčšina kryštálov anorganických látok patrí medzi medzitypy - molekulovo-kovalentné, kovalentno-iónové atď. Príkladom je kryštál grafitu, vo vnútri každej vrstvy má väzby kovalentný kov a medzi vrstvami - molekulové.
Zdroje:
- alhimik.ru, Solids
Diamant je minerál patriaci do jednej z alotropných modifikácií uhlíka. Jeho charakteristickým znakom je vysoká tvrdosť, ktorá mu právom vynáša titul najtvrdšia látka. Diamant je pomerne vzácny minerál, no zároveň najrozšírenejší. Jeho výnimočná tvrdosť nachádza uplatnenie v strojárstve a priemysle.
Poučenie
Diamant má atómovú kryštálovú mriežku. Atómy uhlíka, ktoré tvoria základ molekuly, sú usporiadané do tvaru štvorstenu, a preto má diamant takú vysokú pevnosť. Všetky atómy sú spojené silnými kovalentnými väzbami, ktoré vznikajú na základe elektrónovej štruktúry molekuly.
Atóm uhlíka má sp3 hybridizáciu orbitálov, ktoré sú umiestnené pod uhlom 109 stupňov a 28 minút. Prekrytie hybridných orbitálov nastáva v priamke v horizontálnej rovine.
Keď sa teda orbitály prekryjú pod takýmto uhlom, vznikne centrovaný, ktorý patrí do kubickej sústavy, teda môžeme povedať, že diamant má kubickú štruktúru. Táto štruktúra je považovaná za jednu z najodolnejších v prírode. Všetky štvorsteny tvoria trojrozmernú sieť vrstiev šesťčlenných kruhov atómov. Takáto stabilná sieť kovalentných väzieb a ich trojrozmerné rozloženie vedie k dodatočnej sile kryštálovej mriežky.
Chémia je úžasná veda. Toľko neuveriteľného sa dá nájsť v zdanlivo obyčajných veciach.
Všetko hmotné, čo nás všade obklopuje, existuje v niekoľkých stavoch agregácie: plyny, kvapaliny a pevné látky. Vedci izolovali aj 4. – plazmu. Pri určitej teplote sa látka môže zmeniť z jedného stavu do druhého. Napríklad voda: pri zahriatí nad 100 sa z tekutej formy zmení na paru. Pri teplotách pod 0 prechádza do ďalšej agregátovej štruktúry – ľadu.
V kontakte s
Spolužiaci
Celý hmotný svet má vo svojom zložení množstvo rovnakých častíc, ktoré sú navzájom prepojené. Tieto najmenšie prvky sú striktne usporiadané v priestore a tvoria takzvaný priestorový rámec.
Definícia
Kryštalická mriežka je špeciálna štruktúra pevnej látky, v ktorej sú častice v priestore geometricky striktne usporiadané. Je možné v ňom detegovať uzly – miesta, kde sa nachádzajú prvky: atómy, ióny a molekuly a internodálny priestor.
Pevné látky, v závislosti od rozsahu vysokých a nízkych teplôt, sú kryštalické alebo amorfné - vyznačujú sa absenciou špecifickej teploty topenia. Pri zvýšených teplotách mäknú a postupne prechádzajú do tekutej formy. Medzi takéto látky patria: živica, plastelína.
V tomto ohľade možno rozdeliť do niekoľkých typov:
- atómový;
- iónové;
- molekulárne;
- kov.
Ale pri rôznych teplotách môže mať jedna látka rôzne formy a vykazovať rôzne vlastnosti. Tento jav sa nazýva alotropická modifikácia.
Atómový typ
V tomto type sú atómy jednej alebo druhej látky umiestnené v uzloch, ktoré sú spojené kovalentnými väzbami. Tento typ väzby je tvorený párom elektrónov dvoch susedných atómov. Vďaka tomu sú spojené rovnomerne a v prísnom poradí.
Látky s atómovou kryštálovou mriežkou sa vyznačujú týmito vlastnosťami: pevnosťou a vysokou teplotou topenia. Tento typ väzby je prítomný v diamante, kremíku a bóre..
Iónový typ
Opačné nabité ióny sa nachádzajú v uzloch, ktoré vytvárajú elektromagnetické pole, ktoré charakterizuje fyzikálne vlastnosti látky. Tieto budú zahŕňať: elektrickú vodivosť, žiaruvzdornosť, hustotu a tvrdosť. Kuchynská soľ a dusičnan draselný sa vyznačujú prítomnosťou iónovej kryštálovej mriežky.
Neprehliadnite: Mechanizmus vzdelávania, prípadové štúdie.
Molekulárny typ
V miestach tohto typu sú ióny spojené van der Waalsovými silami. V dôsledku slabých medzimolekulových väzieb sa takéto látky, napríklad ľad, oxid uhličitý a parafín, vyznačujú plasticitou, elektrickou a tepelnou vodivosťou.
kovový typ
Svojou štruktúrou pripomína molekulárnu, no stále má pevnejšie väzby. Rozdiel tohto typu je v tom, že v jeho uzloch sa nachádzajú kladne nabité katióny. Elektróny, ktoré sú v intersticiálnom priestore priestoru, podieľajú sa na tvorbe elektrického poľa. Nazývajú sa aj elektrický plyn.
Jednoduché kovy a zliatiny sa vyznačujú typom kovovej mriežky. Vyznačujú sa prítomnosťou kovového lesku, plasticity, tepelnej a elektrickej vodivosti. Môžu sa topiť pri rôznych teplotách.
Rôzne látky
Pevné látky existujú v kryštalickom a amorfnom stave a majú prevažne kryštalickú štruktúru. Vyznačuje sa správnym umiestnením častíc v presne definovaných bodoch, vyznačuje sa periodickým opakovaním objemu.Ak tieto body mentálne spojíme priamkami, dostaneme priestorový rámec, ktorý sa nazýva kryštálová mriežka. Pojem "kryštálová mriežka" označuje geometrický obraz, ktorý opisuje trojrozmernú periodicitu v usporiadaní molekúl (atómov, iónov) v kryštálovom priestore.
Body, v ktorých sa nachádzajú častice, sa nazývajú uzly mriežky. Internodálne spojenia fungujú vo vnútri rámu. Typ častíc a povaha spojenia medzi nimi: molekuly, atómy, ióny - určujú Celkovo sa rozlišujú štyri takéto typy: iónové, atómové, molekulové a kovové.
Ak sa v uzloch mriežky nachádzajú ióny (častice so záporným alebo kladným nábojom), ide o iónovú kryštálovú mriežku charakterizovanú väzbami s rovnakým názvom.
Tieto väzby sú veľmi pevné a stabilné. Preto látky s týmto typom štruktúry majú dostatočne vysokú tvrdosť a hustotu, sú neprchavé a žiaruvzdorné. Pri nízkych teplotách sa správajú ako dielektrika. Pri tavení takýchto zlúčenín sa však narúša geometricky správna iónová kryštálová mriežka (usporiadanie iónov) a znižujú sa pevnostné väzby.
Pri teplote blízkej teplote topenia sú už kryštály s iónovou väzbou schopné viesť elektrický prúd. Takéto zlúčeniny sú ľahko rozpustné vo vode a iných kvapalinách, ktoré sa skladajú z polárnych molekúl.
Iónová kryštálová mriežka je charakteristická pre všetky látky s iónovým typom väzby - soli, hydroxidy kovov, binárne zlúčeniny kovov s nekovmi. nemá smer v priestore, pretože každý ión je spojený s niekoľkými protiiónmi naraz, ktorých sila interakcie závisí od vzdialenosti medzi nimi (Coulombov zákon). Iónovo viazané zlúčeniny majú nemolekulárnu štruktúru, sú to pevné látky s iónovými mriežkami, vysokou polaritou, vysokými bodmi topenia a varu a sú elektricky vodivé vo vodných roztokoch. Zlúčeniny s iónovými väzbami v ich čistej forme sa takmer nikdy nenachádzajú.
Iónová kryštálová mriežka je vlastná niektorým hydroxidom a oxidom typických kovov, solí, t.j. látky s iónovými
Okrem iónových väzieb v kryštáloch existujú kovové, molekulárne a kovalentné väzby.
Kryštály, ktoré majú kovalentnú väzbu, sú polovodiče alebo dielektriká. Typickými príkladmi atómových kryštálov sú diamant, kremík a germánium.
Diamant je minerál, alotropná kubická modifikácia (forma) uhlíka. Kryštálová mriežka diamantu je atómová, veľmi zložitá. V uzloch takejto mriežky sú atómy prepojené extrémne silnými kovalentnými väzbami. Diamant sa skladá z jednotlivých atómov uhlíka, jeden po druhom, v strede štvorstenu, ktorého vrcholy sú štyri najbližšie atómy. Takáto mriežka sa vyznačuje plošne centrovanou krychlou, ktorá určuje maximálnu tvrdosť diamantu a pomerne vysoký bod topenia. V diamantovej mriežke nie sú žiadne molekuly - a kryštál možno považovať za jednu impozantnú molekulu.
Okrem toho je charakteristický pre kremík, pevný bór, germánium a zlúčeniny jednotlivých prvkov s kremíkom a uhlíkom (oxid kremičitý, kremeň, sľuda, riečny piesok, karborundum). Vo všeobecnosti existuje pomerne málo zástupcov s atómovou mriežkou.
Štruktúra hmoty je určená nielen vzájomným usporiadaním atómov v chemických časticiach, ale aj umiestnením týchto chemických častíc v priestore. Najusporiadanejšie usporiadanie atómov, molekúl a iónov v kryštály(z gréčtiny" crystallos"- ľad), kde sú chemické častice (atómy, molekuly, ióny) usporiadané v určitom poradí, tvoriace v priestore kryštálovú mriežku. Za určitých podmienok vzniku môžu mať prirodzený tvar pravidelných symetrických mnohostenov. Kryštalický stav je charakterizované prítomnosťou rádu s dlhým dosahom v usporiadaní častíc a symetriou kryštálovej mriežky.
Amorfný stav je charakterizovaný prítomnosťou len krátkodosahového poriadku. Štruktúry amorfných látok pripomínajú kvapaliny, ale majú oveľa menšiu tekutosť. Amorfný stav je zvyčajne nestabilný. Pôsobením mechanického zaťaženia alebo pri zmene teploty môžu amorfné telesá kryštalizovať. Reaktivita látok v amorfnom stave je oveľa vyššia ako v kryštalickom stave.
Amorfné látky
Hlavná prednosť amorfný(z gréčtiny" amorphos"- beztvarý) stav hmoty - neprítomnosť atómovej alebo molekulárnej mriežky, to znamená trojrozmerná periodicita štruktúry charakteristickej pre kryštalický stav.
Keď sa tekutá látka ochladí, nie vždy kryštalizuje. za určitých podmienok môže vzniknúť nerovnovážny pevný amorfný (sklovitý) stav. Sklovitý stav môže obsahovať jednoduché látky (uhlík, fosfor, arzén, síra, selén), oxidy (napríklad bór, kremík, fosfor), halogenidy, chalkogenidy a mnohé organické polyméry.
V tomto stave môže byť látka stabilná po dlhú dobu, napríklad vek niektorých sopečných skiel sa odhaduje na milióny rokov. Fyzikálne a chemické vlastnosti látky v sklovitom amorfnom stave sa môžu výrazne líšiť od vlastností kryštalickej látky. Napríklad sklovitý oxid germániitý je chemicky aktívnejší ako kryštalický. Rozdiely vo vlastnostiach kvapalného a tuhého amorfného skupenstva sú dané povahou tepelného pohybu častíc: v amorfnom stave sú častice schopné len oscilačných a rotačných pohybov, nemôžu sa však pohybovať v hrúbke látky.
Existujú látky, ktoré v pevnej forme môžu byť len v amorfnom stave. To platí pre polyméry s nepravidelným poradím väzieb.
Amorfné telá izotropný, to znamená, že ich mechanické, optické, elektrické a iné vlastnosti nezávisia od smeru. Amorfné telesá nemajú pevnú teplotu topenia: topenie prebieha v určitom teplotnom rozsahu. Prechod amorfnej látky z pevného do kvapalného stavu nie je sprevádzaný náhlou zmenou vlastností. Fyzikálny model amorfného stavu ešte nebol vytvorený.
Kryštalické látky
Pevné kryštály- trojrozmerné útvary charakterizované prísnym opakovaním rovnakého prvku štruktúry ( elementárna bunka) vo všetkých smeroch. Základná bunka je najmenší objem kryštálu vo forme rovnobežnostena, ktorý sa v kryštáli opakuje nekonečne veľakrát.
Geometricky správny tvar kryštálov je spôsobený predovšetkým ich striktne pravidelnou vnútornou štruktúrou. Ak namiesto atómov, iónov alebo molekúl v kryštáli znázorníme body ako ťažiská týchto častíc, dostaneme trojrozmerné pravidelné rozloženie takýchto bodov, ktoré sa nazýva kryštálová mriežka. Samotné body sa nazývajú uzly kryštálová mriežka.
Typy kryštálových mriežok
Podľa toho, z akých častíc je kryštálová mriežka postavená a aký je charakter chemickej väzby medzi nimi, sa rozlišujú rôzne typy kryštálov.
Iónové kryštály sú tvorené katiónmi a aniónmi (napríklad soli a hydroxidy väčšiny kovov). Medzi časticami majú iónovú väzbu.
Iónové kryštály môžu byť monatomický ióny. Takto sa stavajú kryštály chlorid sodný, jodid draselný, fluorid vápenatý.
Pri tvorbe iónových kryštálov mnohých solí sa na tvorbe iónových kryštálov podieľajú monatomické kovové katióny a polyatomické anióny, napríklad NO 3 - dusičnanový ión, SO 4 2 - síranový ión, CO 3 2 - uhličitanový ión.
V iónovom kryštáli nie je možné izolovať jednotlivé molekuly. Každý katión je priťahovaný ku každému aniónu a odpudzovaný inými katiónmi. Celý kryštál možno považovať za obrovskú molekulu. Veľkosť takejto molekuly nie je obmedzená, pretože môže rásť pridávaním nových katiónov a aniónov.
Väčšina iónových zlúčenín kryštalizuje podľa jedného zo štruktúrnych typov, ktoré sa navzájom líšia hodnotou koordinačného čísla, teda počtom susedov okolo daného iónu (4, 6 alebo 8). Pre iónové zlúčeniny s rovnakým počtom katiónov a aniónov sú známe štyri hlavné typy kryštálových mriežok: chlorid sodný (koordinačné číslo oboch iónov je 6), chlorid cézny (koordinačné číslo oboch iónov je 8), sfalerit a wurtzit. (oba štruktúrne typy sú charakterizované koordinačným číslom katiónu a aniónu rovným 4). Ak je počet katiónov polovičný než počet aniónov, potom koordinačný počet katiónov musí byť dvojnásobkom koordinačného počtu aniónov. V tomto prípade sa realizujú štruktúrne typy fluoritu (koordinačné čísla 8 a 4), rutilu (koordinačné čísla 6 a 3) a cristobalitu (koordinačné čísla 4 a 2).
Iónové kryštály sú zvyčajne tvrdé, ale krehké. Ich krehkosť je spôsobená skutočnosťou, že aj pri miernej deformácii kryštálu sa katióny a anióny vytesnia takým spôsobom, že odpudivé sily medzi podobnými iónmi začnú prevládať nad príťažlivými silami medzi katiónmi a aniónmi a kryštál je zničené.
Iónové kryštály majú vysoké teploty topenia. V roztavenom stave sú látky, ktoré tvoria iónové kryštály, elektricky vodivé. Po rozpustení vo vode sa tieto látky disociujú na katióny a anióny a vzniknuté roztoky vedú elektrický prúd.
Vysoká rozpustnosť v polárnych rozpúšťadlách sprevádzaná elektrolytickou disociáciou je spôsobená skutočnosťou, že v prostredí rozpúšťadla s vysokou permitivitou ε klesá príťažlivá energia medzi iónmi. Permitivita vody je 82-krát vyššia ako vákua (podmienečne existuje v iónovom kryštáli), príťažlivosť medzi iónmi vo vodnom roztoku klesá o rovnakú hodnotu. Účinok zosilňuje solvatácia iónov.
Atómové kryštály sa skladajú z jednotlivých atómov držaných pohromade kovalentnými väzbami. Z jednoduchých látok má takéto kryštálové mriežky iba bór a prvky skupiny IVA. Často zlúčeniny nekovov medzi sebou (napríklad oxid kremičitý) tiež vytvárajú atómové kryštály.
Rovnako ako iónové kryštály, aj atómové kryštály možno považovať za obrovské molekuly. Sú veľmi pevné a tvrdé a zle vedú teplo a elektrinu. Látky, ktoré majú atómové kryštálové mriežky, sa topia pri vysokých teplotách. Sú prakticky nerozpustné v akýchkoľvek rozpúšťadlách. Vyznačujú sa nízkou reaktivitou.
Molekulové kryštály sú postavené z jednotlivých molekúl, v rámci ktorých sú atómy spojené kovalentnými väzbami. Medzi molekulami pôsobia slabšie medzimolekulové sily. Ľahko sa zničia, takže molekulárne kryštály majú nízke teploty topenia, nízku tvrdosť a vysokú prchavosť. Látky, ktoré tvoria molekulové kryštálové mriežky, nemajú elektrickú vodivosť, ich roztoky a taveniny tiež nevedú elektrický prúd.
Medzimolekulové sily vznikajú v dôsledku elektrostatickej interakcie záporne nabitých elektrónov jednej molekuly s kladne nabitými jadrami susedných molekúl. Sila medzimolekulovej interakcie je ovplyvnená mnohými faktormi. Najdôležitejšia z nich je prítomnosť polárnych väzieb, to znamená posun elektrónovej hustoty z jedného atómu na druhý. Okrem toho je medzi molekulami s veľkým počtom elektrónov výraznejšia intermolekulárna interakcia.
Väčšina nekovov vo forme jednoduchých látok (napr. jód I 2, argón Ar, síra S 8) a zlúčeniny navzájom (napríklad voda, oxid uhličitý, chlorovodík), ako aj takmer všetky organické pevné látky tvoria molekulárne kryštály.
Kovy majú kovovú kryštálovú mriežku. Má kovovú väzbu medzi atómami. V kovových kryštáloch sú jadrá atómov usporiadané tak, aby ich balenie bolo čo najhustejšie. Väzba v takýchto kryštáloch je delokalizovaná a rozširuje sa na celý kryštál. Kovové kryštály majú vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť, kovový lesk a nepriehľadnosť a ľahkú deformovateľnosť.
Klasifikácia kryštálových mriežok zodpovedá limitujúcim prípadom. Väčšina kryštálov anorganických látok patrí k intermediárnym typom - kovalentne iónové, molekulárne kovalentné atď. Napríklad v kryštáli grafit vo vnútri každej vrstvy sú väzby kovalentné kovové a medzi vrstvami intermolekulárne.
Izomorfizmus a polymorfizmus
Mnohé kryštalické látky majú rovnakú štruktúru. Tá istá látka môže zároveň vytvárať rôzne kryštálové štruktúry. To sa odráža vo javoch izomorfizmus a polymorfizmus.
izomorfizmus je schopnosť atómov, iónov alebo molekúl vzájomne sa nahradiť v kryštálových štruktúrach. Tento výraz (z gréčtiny " isos" - rovné a " morfe"- forma) navrhol E. Mitscherlich v roku 1819. Zákon izomorfizmu by sformuloval E. Mitscherlich v roku 1821 takto: "Ten istý počet atómov, spojených rovnakým spôsobom, dáva rovnaké kryštálové formy; v tomto prípade kryštalická forma nezávisí od chemickej povahy atómov, ale je určená iba ich počtom a relatívnou polohou.
Mitscherlich pri práci v chemickom laboratóriu Berlínskej univerzity upozornil na úplnú podobnosť kryštálov síranov olova, bária a stroncia a blízkosť kryštalických foriem mnohých ďalších látok. Jeho pozorovania upútali pozornosť slávneho švédskeho chemika J.-J. Berzelius, ktorý navrhol, aby Micherlich potvrdil pozorované vzory na príklade zlúčenín kyseliny fosforečnej a arzénu. V dôsledku štúdie sa dospelo k záveru, že "dve rady solí sa líšia iba tým, že jedna obsahuje arzén ako kyslý radikál a druhá - fosfor." Mitscherlichov objav veľmi skoro zaujal mineralógov, ktorí začali výskum problému izomorfnej substitúcie prvkov v mineráloch.
V prípade spoločnej kryštalizácie látok náchylných na izomorfizmus ( izomorfný látok), vznikajú zmesové kryštály (izomorfné zmesi). To je možné len vtedy, ak sa častice, ktoré sa navzájom nahrádzajú, líšia veľkosťou len málo (nie viac ako 15 %). Okrem toho, izomorfné látky musia mať podobné priestorové usporiadanie atómov alebo iónov, a teda kryštály podobné vo vonkajšej forme. Medzi takéto látky patrí napríklad kamenec. V kryštáloch kamenca draselného KAl (SO 4) 2 . Draselné katióny 12H 2 O môžu byť čiastočne alebo úplne nahradené katiónmi rubídia alebo amónia a katióny hliníka katiónmi trojmocného chrómu alebo trojmocného železa.
Izomorfizmus je v prírode rozšírený. Väčšina minerálov sú izomorfné zmesi komplexného premenlivého zloženia. Napríklad v minerále sfalerit ZnS môže byť až 20 % atómov zinku nahradených atómami železa (v tomto prípade majú ZnS a FeS rôzne kryštálové štruktúry). Izomorfizmus je spojený s geochemickým správaním vzácnych a stopových prvkov, ich distribúciou v horninách a rudách, kde sú obsiahnuté vo forme izomorfných nečistôt.
Izomorfná substitúcia určuje mnohé užitočné vlastnosti umelých materiálov modernej technológie - polovodičov, feromagnetík, laserových materiálov.
Mnohé látky môžu vytvárať kryštalické formy, ktoré majú rôzne štruktúry a vlastnosti, ale rovnaké zloženie ( polymorfnýúpravy). Polymorfizmus- schopnosť pevných látok a tekutých kryštálov existovať v dvoch alebo viacerých formách s rôznymi kryštálovými štruktúrami a vlastnosťami s rovnakým chemickým zložením. Toto slovo pochádza z gréčtiny polymorfy"- rôznorodé. Fenomén polymorfizmu objavil M. Klaproth, ktorý v roku 1798 zistil, že dva rôzne minerály - kalcit a aragonit - majú rovnaké chemické zloženie CaCO 3.
Polymorfizmus jednoduchých látok sa zvyčajne nazýva alotropia, zatiaľ čo pojem polymorfizmus sa nevzťahuje na nekryštalické alotropné formy (napríklad plynný O 2 a O 3). Typickým príkladom polymorfných foriem sú uhlíkové modifikácie (diamant, lonsdaleit, grafit, karbíny a fullerény), ktoré sa výrazne líšia vlastnosťami. Najstabilnejšou formou existencie uhlíka je grafit, avšak jeho iné modifikácie môžu za normálnych podmienok pretrvávať ľubovoľne dlho. Pri vysokých teplotách sa menia na grafit. V prípade diamantu k tomu dochádza pri zahriatí nad 1000 °C v neprítomnosti kyslíka. Spätný prechod je oveľa náročnejší. Nevyhnutná je nielen vysoká teplota (1200-1600 o C), ale aj gigantický tlak - až 100 tisíc atmosfér. Premena grafitu na diamant je jednoduchšia v prítomnosti roztavených kovov (železo, kobalt, chróm a iné).
Pri molekulových kryštáloch sa polymorfizmus prejavuje iným zbalením molekúl v kryštáli alebo zmenou tvaru molekúl a u iónových kryštálov iným vzájomným usporiadaním katiónov a aniónov. Niektoré jednoduché a zložité látky majú viac ako dva polymorfy. Napríklad oxid kremičitý má desať modifikácií, fluorid vápenatý šesť a dusičnan amónny štyri. Polymorfné modifikácie sa zvyčajne označujú gréckymi písmenami α, β, γ, δ, ε, ... počnúc modifikáciami, ktoré sú stabilné pri nízkych teplotách.
Pri kryštalizácii z pary, roztoku alebo taveniny látky, ktorá má viacero polymorfných modifikácií, vzniká najskôr modifikácia, ktorá je za daných podmienok menej stabilná, ktorá sa potom mení na stabilnejšiu. Napríklad pri kondenzácii pár fosforu vzniká biely fosfor, ktorý sa za normálnych podmienok pomaly a pri zahriatí rýchlo mení na červený fosfor. Pri dehydratácii hydroxidu olovnatého najskôr (asi 70 o C) vzniká žlté β-PbO, ktoré je pri nízkych teplotách menej stabilné, pri asi 100 o C sa mení na červené α-PbO a pri 540 o C - opäť na β-PbO.
Prechod jednej polymorfnej modifikácie na inú sa nazýva polymorfné transformácie. Tieto prechody sa vyskytujú pri zmene teploty alebo tlaku a sú sprevádzané náhlou zmenou vlastností.
Proces prechodu z jednej modifikácie na druhú môže byť reverzibilný alebo nezvratný. Takže keď sa biela mäkká látka podobná grafitu zloženia BN (nitrid bóru) zahreje na 1500-1800 o C a tlak niekoľko desiatok atmosfér, vytvorí sa jej vysokoteplotná modifikácia - borazón, tvrdosťou blízka diamantu. Keď sa teplota a tlak znížia na hodnoty zodpovedajúce bežným podmienkam, borazón si zachováva svoju štruktúru. Príkladom reverzibilného prechodu sú vzájomné premeny dvoch modifikácií síry (rombickej a monoklinickej) pri 95 o C.
Polymorfné transformácie môžu prebiehať aj bez výraznej zmeny štruktúry. Niekedy nedôjde k žiadnej zmene kryštálovej štruktúry, napríklad pri prechode α-Fe na β-Fe pri 769 o C sa štruktúra železa nemení, ale zanikajú jeho feromagnetické vlastnosti.
Väčšina pevných látok má kryštalickýštruktúra, ktorá sa vyznačuje presne definované usporiadanie častíc. Ak spojíte častice s podmienenými čiarami, dostanete priestorový rámec tzv kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálu, sa nazývajú uzly mriežky. Uzly imaginárnej mriežky môžu obsahovať atómy, ióny alebo molekuly.
V závislosti od povahy častíc nachádzajúcich sa v uzloch a od povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónové, kovové, atómové a molekulárne.
Iónový nazývané mriežky, v uzloch ktorých sú ióny.
Tvoria ich látky s iónovými väzbami. V uzloch takejto mriežky sa nachádzajú kladné a záporné ióny, ktoré sú vzájomne prepojené elektrostatickou interakciou.
Iónové kryštálové mriežky majú soli, alkálie, aktívne oxidy kovov. Ióny môžu byť jednoduché alebo zložité. Napríklad na miestach kryštálovej mriežky chloridu sodného sú jednoduché sodné ióny Na a chlór Cl - a na miestach mriežky síranu draselného sa striedajú jednoduché draselné ióny K a komplexné síranové ióny S O 4 2 -.
Väzby medzi iónmi v takýchto kryštáloch sú silné. Preto sú iónové látky pevné, žiaruvzdorné, neprchavé. Takéto látky sú dobré rozpustiť vo vode.
Kryštalická mriežka chloridu sodného
Kryštál chloridu sodného
kov nazývané mriežky, ktoré pozostávajú z kladných iónov a atómov kovov a voľných elektrónov.
Sú tvorené látkami s kovovou väzbou. V uzloch kovovej mriežky sa nachádzajú atómy a ióny (buď atómy alebo ióny, na ktoré sa atómy ľahko premenia a dávajú tak svoje vonkajšie elektróny na bežné použitie).
Takéto kryštálové mriežky sú charakteristické pre jednoduché látky z kovov a zliatin.
Teploty topenia kovov sa môžu líšiť (od \ (-37 \) ° С pre ortuť do dvoch až troch tisíc stupňov). Ale všetky kovy majú vlastnosť kovový lesk kujnosť , ťažnosť , dobre viesť elektrinu a vrúcne.
kovová kryštálová mriežka
Hardvér
Nazývajú sa atómové kryštálové mriežky, v ktorých uzloch sú jednotlivé atómy spojené kovalentnými väzbami.
Tento typ mriežky má diamant - jednu z alotropných modifikácií uhlíka. Látky s atómovou kryštálovou mriežkou zahŕňajú grafit, kremík, bór a germánium ako aj komplexné látky, napríklad karborundum SiC a oxid kremičitý, kremeň, horský krištáľ, piesok, ktoré zahŕňajú oxid kremičitý (\ (IV \)) Si O 2.
Takéto látky sú charakterizované vysoká pevnosť a tvrdosť. Diamant je teda najtvrdšia prírodná látka. Látky s atómovou kryštálovou mriežkou majú veľmi vysoké teploty topenia a varením. Napríklad teplota topenia oxidu kremičitého je \(1728 \) ° C, zatiaľ čo pre grafit je vyššia - \ (4000 \) ° C. Atómové kryštály sú prakticky nerozpustné.
Diamantová kryštálová mriežka
diamant
Molekulárna nazývané mriežky, v uzloch ktorých sa nachádzajú molekuly viazané slabou medzimolekulovou interakciou.
Napriek tomu, že vo vnútri molekúl sú atómy spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi molekulami samotnými pôsobia slabé sily medzimolekulovej príťažlivosti. Preto molekulárne kryštály majú málo sily a tvrdosť nízke teploty topenia a varením. Mnohé molekulárne látky sú pri izbovej teplote kvapaliny a plyny. Takéto látky sú prchavé. Napríklad kryštalický jód a tuhý oxid uhoľnatý (\ (IV \)) („suchý ľad“) sa vyparujú bez toho, aby prešli do kvapalného stavu. Niektoré molekulárne látky sú vôňa .
Jednoduché látky v tuhom stave agregácie majú tento typ mriežky: vzácne plyny s monatomickými molekulami (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), ako aj nekovy s dvoj- a polyatomické molekuly (H2, O2, N2, Cl2, I2, O3, P4, S8).
Molekulárna kryštálová mriežka má aj látky s kovalentnými polárnymi väzbami: voda - ľad, tuhý amoniak, kyseliny, oxidy nekovov. Väčšina Organické zlúčeniny sú tiež molekulové kryštály (naftalén, cukor, glukóza).
