વિભાગ 3. કેમિકલ બોન્ડિંગ
§ 3.7. સ્ફટિક જાળીના પ્રકાર
ઘન સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીય માળખું ધરાવે છે. તે લાક્ષણિકતા છે યોગ્ય સ્થાનઅવકાશમાં સ્પષ્ટ રીતે નિર્ધારિત બિંદુઓ પરના કણો. માનસિક રીતે આ બિંદુઓને છેદતી સીધી રેખાઓ સાથે જોડીને, એક અવકાશી માળખું રચાય છે, જેને સ્ફટિક જાળી કહેવામાં આવે છે. જે બિંદુઓ પર કણો સ્થિત છે તેને જાળી ગાંઠો કહેવામાં આવે છે. કાલ્પનિક જાળીના ગાંઠોમાં આયનો, અણુઓ અથવા પરમાણુઓ હોઈ શકે છે. તેઓ પ્રતિબદ્ધ છે ઓસીલેટરી ગતિ. વધતા તાપમાન સાથે, ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર વધે છે, જે પોતે જ પ્રગટ થાય છે થર્મલ વિસ્તરણટેલ
કણોના પ્રકાર અને તેમની વચ્ચેના જોડાણની પ્રકૃતિના આધારે, ચાર પ્રકારના સ્ફટિક જાળીઓને અલગ પાડવામાં આવે છે: આયનીય, અણુ, પરમાણુ અને ધાતુ.
આયનોનો સમાવેશ કરતી સ્ફટિક જાળીઓને આયન કહેવામાં આવે છે. તેઓ આયનીય બોન્ડ સાથેના પદાર્થો દ્વારા રચાય છે. એક ઉદાહરણ સોડિયમ ક્લોરાઇડ ક્રિસ્ટલ હશે, જેમાં પહેલેથી જ નોંધ્યું છે તેમ, દરેક સોડિયમ આયન છ ક્લોરાઇડ આયનોથી ઘેરાયેલું છે અને દરેક ક્લોરાઇડ આયન છ સોડિયમ આયનોથી ઘેરાયેલું છે. સૌથી ગીચ પેકિંગ આ વ્યવસ્થાને અનુરૂપ છે, જો આયનોને સ્ફટિકમાં સ્થિત ગોળા તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે (ફિગ. 3.15). ઘણી વાર સ્ફટિક જાળીઓ ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે દર્શાવવામાં આવે છે. 3.16, જ્યાં માત્ર કણોની સંબંધિત પ્લેસમેન્ટ સૂચવવામાં આવે છે, પરંતુ તેમના કદ નથી.
નજીકના પડોશી કણોની સંખ્યા કે જે સ્ફટિકમાં આપેલા કણ સાથે અથવા વ્યક્તિગત પરમાણુમાં ચુસ્તપણે જોડાયેલા હોય છે તેને સંકલન સંખ્યા કહેવામાં આવે છે.
સોડિયમ ક્લોરાઇડ જાળીમાં, બંને આયનોની સંકલન સંખ્યા 6 છે. પરિણામે, સોડિયમ ક્લોરાઇડ સ્ફટિકમાં વ્યક્તિગત મીઠાના અણુઓને અલગ પાડવાનું અશક્ય છે. ત્યાં કોઈ નથી. સમગ્ર સ્ફટિકને એક વિશાળ મેક્રોમોલેક્યુલ ગણવું જોઈએ સમાન નંબરઆયનો Na + અને С l - , Na n Cl n , જ્યાં n - મોટી સંખ્યામાં(ફિગ 3.15 જુઓ). આવા સ્ફટિકમાં આયનો વચ્ચેના બોન્ડ તદ્દન મજબૂત હોય છે. તેથી, આયનીય જાળીવાળા પદાર્થો પ્રમાણમાં ઊંચી કઠિનતા ધરાવે છે. તેઓ પ્રત્યાવર્તનશીલ અને યુવાન છે.
ગલન આયનીય સ્ફટિકોએકબીજાને સંબંધિત આયનોના ભૌમિતિક રીતે યોગ્ય અભિગમના ઉલ્લંઘન અને તેમની વચ્ચેના બોન્ડની મજબૂતાઈમાં ઘટાડોનું કારણ બને છે. તેથી, તેમના ગલન ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે. આયનીય સંયોજનો, એક નિયમ તરીકે, પાણી જેવા ધ્રુવીય અણુઓ ધરાવતા પ્રવાહીમાં સરળતાથી ઓગળી જાય છે.
ચોખા. 3.15. આયનીય જાળીમાં આયનોની અવકાશી ગોઠવણી NaCl (નાના દડા - સોડિયમ આયનો)
ચોખા. 3.16. સ્ફટિક જાળી NaCl
સ્ફટિકીય જાળીઓ, ગાંઠોમાંજેમાં વ્યક્તિગત અણુઓ સ્થિત હોય છે તેને અણુ કહેવામાં આવે છે. આવા જાળીઓમાં પરમાણુ મજબૂત સહસંયોજક બોન્ડ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે. એક ઉદાહરણ હીરા છે, જે કાર્બનના ફેરફારોમાંનું એક છે. ડાયમંડ કાર્બન અણુઓથી બનેલો છે, જેમાંથી દરેક ચાર પડોશી અણુઓ સાથે બંધાયેલ છે. સંકલન નંબરહીરામાં કાર્બન - 4. હીરાની રચના ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 11.1. હીરાની જાળીમાં, જેમ કે સોડિયમ ક્લોરાઇડની જાળીમાં, ત્યાં કોઈ અણુઓ નથી. સમગ્ર સ્ફટિકને એક વિશાળ પરમાણુ તરીકે માનવું જોઈએ. IN અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રપ્રખ્યાત નોંધપાત્ર રકમઅણુ ક્રિસ્ટલ જાળી સાથેના પદાર્થો. તેઓ ઉચ્ચ ગલનબિંદુ ધરાવે છે (હીરા માટે 500 °C થી વધુ), મજબૂત અને સખત, પ્રવાહીમાં વ્યવહારીક રીતે અદ્રાવ્ય. અણુ ક્રિસ્ટલ જાળી ઘન બોરોન, સિલિકોન, જર્મેનિયમ અને કાર્બન અને સિલિકોન સાથેના કેટલાક તત્વોના સંયોજનોની લાક્ષણિકતા છે. પરમાણુઓ (ધ્રુવીય અને બિન-ધ્રુવીય) ધરાવતા ક્રિસ્ટલ જાળીઓને મોલેક્યુલર કહેવામાં આવે છે. આવા જાળીઓમાંના પરમાણુઓ પ્રમાણમાં નબળા આંતરપરમાણુ બળો દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે. તેથી, સાથે પદાર્થો મોલેક્યુલર જાળીઓછી કઠિનતા છે, નીચા તાપમાનગલન, અદ્રાવ્ય અથવા પાણીમાં સહેજ દ્રાવ્ય, તેમના ઉકેલોમાં લગભગ કોઈ વાહકતા નથી વિદ્યુત પ્રવાહ. નંબર અકાર્બનિક પદાર્થોએક પરમાણુ જાળી સાથે મામૂલી છે. તેનાં ઉદાહરણો બરફ, ઘન કાર્બન મોનોક્સાઇડ (અનેવી ) ("સૂકા બરફ"), ઘન હેલોજેનેટેડ પાણી, નક્કર સરળ પદાર્થો, એક દ્વારા રચાયેલ-( ઉમદા વાયુઓ), બે-( F 2, C l 2, r 2, l 2, H 2, O 2, N 2 ), ત્રણ- (O 3), ચાર- (G 4), આઠ- (એસ 8) અણુ પરમાણુ. આયોડિનની મોલેક્યુલર સ્ફટિક જાળી ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 3.17. સૌથી સ્ફટિકીય કાર્બનિક સંયોજનોએક પરમાણુ જાળી છે.
ચોખા. 3.17. આયોડિન સ્ફટિક જાળી
ચોખા. 3.18. ધાતુની જાળીનું યોજનાકીય ચિત્ર
નક્કર સ્થિતિમાં, ધાતુઓ મેટાલિક સ્ફટિક જાળી બનાવે છે. બાદમાં સામાન્ય રીતે મેટલ કેશનના સંયોજન તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે જે એકમાં સંયુક્ત છે વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન, એટલે કે, નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ " ઇલેક્ટ્રોન ગેસ" ઈલેક્ટ્રોન ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિકલી કેશન્સ તરફ આકર્ષાય છે, જે જાળીની સ્થિરતાને સુનિશ્ચિત કરે છે. ફિગ માં. આકૃતિ 3.18 ધાતુની જાળીની યોજનાકીય રજૂઆત દર્શાવે છે. ફિગ માં. 3.18 ધાતુની જાળીની યોજનાકીય રજૂઆત દર્શાવે છે ( મફત ઇલેક્ટ્રોનબિંદુઓ તરીકે બતાવવામાં આવે છે). અન્ય પ્રકારના ક્રિસ્ટલ જાળી સાથે તેની સરખામણી કરો.
આયોનિક સંયોજનો (જેમ કે ક્લોરાઇડ સોડિયમ NaCl) - સખત અને પ્રત્યાવર્તન એ હકીકતને કારણે કે તેમના આયનોના ચાર્જ ("+" અને "-") વચ્ચે છે શક્તિશાળી દળોઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણ.
નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ક્લોરિન આયન માત્ર "તેના" Na+ આયનને જ નહીં, પરંતુ તેની આસપાસના અન્ય સોડિયમ આયનોને પણ આકર્ષે છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે કોઈપણ આયનની નજીક એક કરતાં વધુ આયન છે વિરોધી ચિહ્ન, પરંતુ અનેક (ફિગ. 1).
ચોખા. 1.
આયન બોન્ડ ધ્રુવીકરણ
વાસ્તવમાં, દરેક ક્લોરિન આયનની આસપાસ 6 સોડિયમ આયન અને દરેક સોડિયમ આયનની આસપાસ 6 ક્લોરાઇડ આયન હોય છે.
આયનોના આ ઓર્ડર કરેલા પેકિંગને આયનીય ક્રિસ્ટલ કહેવામાં આવે છે. જો તમે સ્ફટિકમાં અલગ કરો છો એક અણુક્લોરિન, પછી તેની આસપાસના સોડિયમ અણુઓ વચ્ચે હવે તે શોધવું શક્ય નથી કે જેની સાથે ક્લોરિન પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક દળો દ્વારા એકબીજા તરફ આકર્ષિત, આયનો બાહ્ય બળ અથવા તાપમાનમાં વધારાના પ્રભાવ હેઠળ તેમનું સ્થાન બદલવા માટે અત્યંત અનિચ્છા ધરાવે છે. પરંતુ જો તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોય (આશરે 1500 °C), તો NaCl બાષ્પીભવન થાય છે, રચના કરે છે. ડાયટોમિક પરમાણુઓ. આ સૂચવે છે કે સહસંયોજક બંધનકર્તા બળો ક્યારેય સંપૂર્ણપણે બંધ થતા નથી.
આયનીય સ્ફટિકો ઉચ્ચ ગલન તાપમાન દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, સામાન્ય રીતે નોંધપાત્ર બેન્ડ ગેપ, અને આયનીય વાહકતા ધરાવે છે ઉચ્ચ તાપમાનઅને સંખ્યાબંધ ચોક્કસ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો (ઉદાહરણ તરીકે, નજીકના-IR સ્પેક્ટ્રમમાં પારદર્શિતા). તેઓ મોનોટોમિક અને પોલિએટોમિક આયનો બંનેમાંથી બનાવી શકાય છે. પ્રથમ પ્રકારના આયનીય સ્ફટિકોનું ઉદાહરણ અલ્કલી અને આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ હલાઇડ્સના સ્ફટિકો છે; આયનોને ગાઢ ગોળાકાર પેકિંગ અથવા ગાઢ ગોળાકાર સ્ટેકીંગના કાયદા અનુસાર ગોઠવવામાં આવે છે, કેશન અનુરૂપ ખાલી જગ્યાઓ પર કબજો કરે છે. સૌથી વધુ લાક્ષણિક રચનાઓઆ પ્રકાર - NaCl, CsCl, CaF2. બીજા પ્રકારના આયોનિક સ્ફટિકો સમાન ધાતુઓના મોનોએટોમિક કેશન્સ અને મર્યાદિત અથવા અનંત એનિઓનિક ટુકડાઓમાંથી બનાવવામાં આવે છે. ટર્મિનલ એનિઓન્સ (એસિડિક અવશેષો) - NO3-, SO42-, СО32-, વગેરે. એસિડિક અવશેષો અનંત સાંકળો, સ્તરોમાં જોડાઈ શકે છે અથવા પોલાણમાં ત્રિ-પરિમાણીય માળખું રચી શકે છે, જેના પોલાણ સ્થિત છે, ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકેટની સ્ફટિકીય રચનાઓમાં. આયનીય સ્ફટિકો માટે, ઊર્જાની ગણતરી કરી શકાય છે સ્ફટિક માળખું U (કોષ્ટક જુઓ), લગભગ ઉત્કૃષ્ટતાના એન્થાલ્પી સમાન; પરિણામો પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સારા કરારમાં છે. બોર્ન-મીયર સમીકરણ મુજબ, ઔપચારિક રીતે એકલા ચાર્જ આયનો ધરાવતા સ્ફટિક માટે:
U = -A/R + Be-R/r - C/R6 - D/R8 + E0
(R એ સૌથી ટૂંકું ઇન્ટરઓનિક અંતર છે, A એ મેડેલંગ સ્થિરાંક છે, જે બંધારણની ભૂમિતિના આધારે છે, B અને r એ કણો વચ્ચેના વિકારનું વર્ણન કરતા પરિમાણો છે, C/R6 અને D/R8 અનુરૂપ દ્વિધ્રુવ-દ્વિધ્રુવ અને દ્વિધ્રુવ-ચતુર્ભુજને લાક્ષણિકતા આપે છે. આયનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, E0 એ ઊર્જા શૂન્ય-બિંદુ સ્પંદનો છે, e - ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ). જેમ જેમ કેશન મોટું થાય છે તેમ, દ્વિધ્રુવ-દ્વિધ્રુવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું યોગદાન વધે છે.
સ્ફટિકોના ગુણધર્મોને કેવી રીતે સમજાવવું પરમાણુ સિદ્ધાંત? 19મી સદીની શરૂઆતમાં, સૌપ્રથમ એવું સૂચવવામાં આવ્યું હતું કે સ્ફટિકોનો બાહ્ય રીતે સાચો આકાર સ્ફટિકો, એટલે કે અણુઓનું નિર્માણ કરતા કણોની આંતરિક રીતે યોગ્ય ગોઠવણીને કારણે છે. એક્સ-રે અભ્યાસના આધારે, એવું જાણવા મળ્યું કે આ ધારણા સાચી છે.
કણો જે સ્ફટિકો બનાવે છે તે એકબીજાથી ચોક્કસ અંતરે, ચોક્કસ ક્રમમાં એકબીજાની તુલનામાં સ્થિત છે. અલબત્ત, થર્મલ ગતિને લીધે, કણો વચ્ચેનું અંતર દરેક સમયે સહેજ બદલાય છે, પરંતુ આપણે દરેક તાપમાન માટે ચોક્કસ સરેરાશ અંતર વિશે વાત કરી શકીએ છીએ. ગાંઠોનો સમૂહ, એટલે કે, કણોની સરેરાશ સ્થિતિને અનુરૂપ બિંદુઓ જે ક્રિસ્ટલ બનાવે છે, તેને આ સ્ફટિકની અવકાશી જાળી કહેવામાં આવે છે.
કણો કે જે સ્ફટિકો બનાવે છે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ કણો - આયનો છે. આયનોને અણુઓ (અથવા પરમાણુઓના જૂથો) કહેવામાં આવે છે જેણે ગુમાવ્યા છે અથવા, તેનાથી વિપરીત, એક, બે અથવા વધુ ઇલેક્ટ્રોન મેળવ્યા છે. જો અણુએ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યું હોય, તો તે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કણ છે - હકારાત્મક આયન. જો અણુમાં ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરવામાં આવે, તો તે છે નકારાત્મક આયન. આયનોના બનેલા સ્ફટિકોને આયનીય સ્ફટિક કહેવામાં આવે છે.
આયનીય સ્ફટિકની અવકાશી જાળીનું એક સરળ ઉદાહરણ સોડિયમ ક્લોરાઇડ સ્ફટિકની જાળી છે ( ટેબલ મીઠું). અમે આ પદાર્થના પરમાણુમાં એક ક્લોરિન અણુ અને એક સોડિયમ અણુની કલ્પના કરીએ છીએ. આ મીઠાની વરાળમાંના પરમાણુઓ છે. પ્રાયોગિક અભ્યાસદર્શાવે છે કે ઘન સ્ફટિકમાં ઉપર દર્શાવેલ અર્થમાં કોઈ પરમાણુ નથી. સોડિયમ ક્લોરાઇડની સ્ફટિક જાળીમાં સોડિયમ ક્લોરાઇડના પરમાણુઓનો સમાવેશ થતો નથી, પરંતુ વૈકલ્પિક ક્લોરિન અને સોડિયમ આયનો (ફિગ. 444). દરેક સોડિયમ આયન ત્રણ પરસ્પર લંબ દિશામાં સ્થિત છ ક્લોરિન આયનોથી ઘેરાયેલું હોય છે, અને દરેક ક્લોરિન આયન બદલામાં છ સોડિયમ આયનોથી ઘેરાયેલું હોય છે.
ચોખા. 444. માં નોડ્સનું લેઆઉટ અવકાશી જાળીસોડિયમ ક્લોરાઇડ ક્રિસ્ટલ
બે અણુઓ (સિલ્વર બ્રોમાઇડ અને સિલ્વર ક્લોરાઇડ, પોટેશિયમ આયોડાઇડ, ઘણી સલ્ફર ધાતુઓ વગેરે) ધરાવતાં ઘણાં ક્ષારોમાં સમાન જાળી હોય છે. જાળીમાં આયનોની સરેરાશ સ્થિતિ વચ્ચેનું અંતર વિવિધ પદાર્થોસમાન નથી. સોડિયમ ક્લોરાઇડ માટે, પડોશી આયનો વચ્ચેનું અંતર છે , સિલ્વર ક્લોરાઇડ માટે, પોટેશિયમ આયોડાઇડ માટે, વગેરે). ત્યાં વધુ જટિલ આયનીય સ્ફટિકો પણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, આઇસલેન્ડ સ્પારની જાળીમાં આયનો અને આયનોનો સમાવેશ થાય છે.
આયનીય સ્ફટિકો ઉપરાંત, એવા સ્ફટિકો પણ છે જેમાં ચાર્જ ન થયેલા કણો - અણુઓ અથવા પરમાણુઓનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, હીરાની જાળીમાં કાર્બન અણુઓ, બરફના સ્ફટિકોની જાળી - પાણીના અણુઓમાંથી, નેપ્થાલિન જાળી - મોટા પરમાણુ જૂથોમાંથી, વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. આવા સ્ફટિકોના અણુઓ વચ્ચેનું અંતર પણ ક્રમનું હોય છે.
અણુઓ અથવા આયનો હંમેશા ક્યુબ્સ (ક્યુબિક જાળી)ના સંગ્રહનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી જાળીમાં સ્થિત હોતા નથી, જેમ કે મોટાભાગની જાળીઓમાં વધુ હોય છે જટિલ દેખાવ. એક ઉદાહરણ બરફ જાળી છે (ફિગ. 445). દિશા પર સ્ફટિકોના ભૌતિક ગુણધર્મોની અવલંબન કેવી રીતે સમજાવવી?
ચોખા. 445. બરફના સ્ફટિકોની અવકાશી જાળી: a) ટોચનું દૃશ્ય; b) બાજુનું દૃશ્ય. દડા ઓક્સિજન અણુઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે; હાઇડ્રોજન અણુની સ્થિતિ દર્શાવવામાં આવી નથી
ફિગમાં ચાલો. 446, અને વર્તુળો ચોક્કસ વિમાનમાં સ્થિત પ્રવાહી (ઉદાહરણ તરીકે, પારો) ના અણુઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ચાલો એક અણુ પસંદ કરીએ અને તેના દ્વારા જુદી જુદી દિશામાં સીધી રેખાઓ દોરીએ. તે સ્પષ્ટ છે કે અણુઓની ગોઠવણની સંપૂર્ણ અવ્યવસ્થિતતાને લીધે, આમાંની કોઈપણ સીધી રેખાઓના સમાન ભાગો પર વ્યવહારીક રીતે સમાન સંખ્યામાં અણુઓ હશે. આનો અર્થ એ છે કે અણુઓની અસ્તવ્યસ્ત ગોઠવણી સાથે, બધી દિશાઓ સમાન છે.
ચોખા. 446. a) પ્રવાહીમાં કણોની રેન્ડમ ગોઠવણી. કોઈપણ સીધી રેખા 
, એક પરમાણુ દ્વારા દોરવામાં આવે છે, સમાન સંખ્યામાં કણોનો સામનો કરે છે (તેઓ કાળા વર્તુળોથી ચિહ્નિત થયેલ છે), b) ક્રિસ્ટલમાં અણુઓની ગોઠવણી. વિવિધ સીધા પરમાણુ મીટમાંથી પસાર થયું અલગ નંબરઅણુ
જો આપણે અણુઓની યોગ્ય ગોઠવણી સાથે સમાન બાંધકામ હાથ ધરીએ તો તે સમાન રહેશે નહીં, સ્ફટિકની લાક્ષણિકતા, ઉદાહરણ તરીકે, જેમ કે ફિગમાં બતાવેલ છે. 446, બી. તે જોઈ શકાય છે કે દિશાઓમાં દોરેલી સીધી રેખાઓ અથવા ઘણા અણુઓને મળે છે, દિશામાં - કંઈક ઓછી, અને દિશામાં - ખૂબ ઓછી. આ શા માટે સમજાવે છે ભૌતિક ગુણધર્મોસ્ફટિકો દિશા પર આધાર રાખે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, ટેબલ સોલ્ટની જાળીમાં, વિભાજન અથવા (ફિગ. 447) સમાંતર પ્લેન સાથે ખૂબ જ સરળતાથી થાય છે. તેથી, ટેબલ સોલ્ટ ક્રિસ્ટલના ક્યુબને હથોડી વડે મારવાથી તે ફરીથી નિયમિત ક્યુબ્સમાં તૂટી જશે, જ્યારે આકારહીન કાચના ટુકડાને મારવાથી તે સૌથી વધુ વૈવિધ્યસભર આકારોના ટુકડાઓમાં તૂટી જશે.
ચોખા. 447. ટેબલ સોલ્ટના સ્ફટિકમાં, વિભાજન અન્ય કોઈપણ વિમાનોની સમાંતર અથવા તેના કરતાં પ્લેન સાથે વધુ સરળતાથી થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે
નિષ્કર્ષમાં, અમે નોંધીએ છીએ કે માં વાસ્તવિક સ્ફટિકોસ્ફટિકના સમગ્ર જથ્થામાં જાળી સામાન્ય રીતે નિયમિત હોતી નથી. કેટલાક સ્થળોએ જાળી વિકૃત છે, એવા વિસ્તારો છે જ્યાં અણુઓ અવ્યવસ્થામાં સ્થિત છે, અને કેટલીક જગ્યાએ વિદેશી અણુઓનો સમાવેશ છે. આ સ્થાનિક વિકૃતિઓ વાસ્તવિક સ્ફટિકોના કેટલાક ગુણધર્મોને સમજાવવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
આયનીય સંયોજનો (ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ ક્લોરાઇડ NaCl) સખત અને પ્રત્યાવર્તનશીલ હોય છે કારણ કે તેમના આયનોના ચાર્જ ("+" અને "-") વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણના શક્તિશાળી બળો હોય છે.
નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ક્લોરિન આયન માત્ર "તેના" Na+ આયનને જ નહીં, પરંતુ તેની આસપાસના અન્ય સોડિયમ આયનોને પણ આકર્ષે છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે કોઈપણ આયનની નજીક વિરોધી ચિહ્ન સાથે એક આયન નથી, પરંતુ ઘણા (ફિગ. 1).
ચોખા. 1
વાસ્તવમાં, દરેક ક્લોરિન આયનની આસપાસ 6 સોડિયમ આયન અને દરેક સોડિયમ આયનની આસપાસ 6 ક્લોરાઇડ આયન હોય છે.
આયનોના આ ઓર્ડર કરેલા પેકિંગને આયનીય ક્રિસ્ટલ કહેવામાં આવે છે. જો એક જ ક્લોરિન અણુને સ્ફટિકમાં અલગ કરવામાં આવે છે, તો પછી તેની આસપાસના સોડિયમ પરમાણુઓ વચ્ચે હવે તે શોધવું શક્ય નથી કે જેની સાથે ક્લોરિન પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક દળો દ્વારા એકબીજા તરફ આકર્ષિત, આયનો બાહ્ય બળ અથવા તાપમાનમાં વધારાના પ્રભાવ હેઠળ તેમનું સ્થાન બદલવા માટે અત્યંત અનિચ્છા ધરાવે છે. પરંતુ જો તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોય (લગભગ 1500 °C), તો NaCl બાષ્પીભવન થાય છે, ડાયટોમિક પરમાણુઓ બનાવે છે. આ સૂચવે છે કે સહસંયોજક બંધનકર્તા બળો ક્યારેય સંપૂર્ણપણે બંધ થતા નથી.
આયોનિક સ્ફટિકો ઊંચા ગલન તાપમાન દ્વારા અલગ પડે છે, સામાન્ય રીતે નોંધપાત્ર બેન્ડ ગેપ, ઊંચા તાપમાને આયનીય વાહકતા અને સંખ્યાબંધ ચોક્કસ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ધરાવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સ્પેક્ટ્રમના નજીકના-IR પ્રદેશમાં પારદર્શિતા). તેઓ મોનોટોમિક અને પોલિએટોમિક આયનો બંનેમાંથી બનાવી શકાય છે. પ્રથમ પ્રકારના આયનીય સ્ફટિકોનું ઉદાહરણ અલ્કલી અને આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ હલાઇડ્સના સ્ફટિકો છે; આયનોને ગાઢ ગોળાકાર પેકિંગ અથવા ગાઢ ગોળાકાર સ્ટેકીંગના કાયદા અનુસાર ગોઠવવામાં આવે છે, કેશન અનુરૂપ ખાલી જગ્યાઓ પર કબજો કરે છે. આ પ્રકારની સૌથી લાક્ષણિક રચનાઓ છે NaCl, CsCl, CaF2 બીજા પ્રકારના આયોનિક સ્ફટિકો સમાન ધાતુઓ અને મર્યાદિત અથવા અનંત એનિઓનિક ટુકડાઓમાંથી બનેલા છે. ટર્મિનલ એનિઓન્સ (એસિડિક અવશેષો) - NO3-, SO42-, СО32-, વગેરે. એસિડિક અવશેષો અનંત સાંકળો, સ્તરોમાં જોડાઈ શકે છે અથવા પોલાણમાં ત્રિ-પરિમાણીય માળખું રચી શકે છે, જેના પોલાણ સ્થિત છે, ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકેટની સ્ફટિકીય રચનાઓમાં. આયનીય સ્ફટિકો માટે, ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર U (કોષ્ટક જુઓ) ની ઊર્જાની ગણતરી કરવી શક્ય છે, જે લગભગ ઉત્કૃષ્ટતાના એન્થાલ્પી સમાન છે; પરિણામો પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સારા કરારમાં છે. બોર્ન-મીયર સમીકરણ અનુસાર, ઔપચારિક રીતે એકલા ચાર્જ થયેલ આયનો ધરાવતા સ્ફટિક માટે:
U = -A/R + Be-R/r - C/R6 - D/R8 + E0
- (R એ સૌથી ટૂંકું ઇન્ટરઓનિક અંતર છે, A એ મેડેલંગ સ્થિરાંક છે, જે બંધારણની ભૂમિતિના આધારે છે, B અને r એ કણો વચ્ચેના વિકારનું વર્ણન કરતા પરિમાણો છે, C/R6 અને D/R8 અનુરૂપ દ્વિધ્રુવ-દ્વિધ્રુવ અને દ્વિધ્રુવ-ચતુર્ભુજને લાક્ષણિકતા આપે છે. આયનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, ઇ
- 0 - શૂન્ય-બિંદુ ઊર્જા, e
- - ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ). જેમ જેમ કેશન મોટું થાય છે તેમ, દ્વિધ્રુવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું યોગદાન વધે છે.
