આયનીય સ્ફટિકોના ગુણધર્મો. આયનીય સ્ફટિકો

આવા પદાર્થો રાસાયણિક બોન્ડ દ્વારા રચાય છે, જે આયનો વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. આયોનિક બોન્ડ (ધ્રુવીયતાના પ્રકાર દ્વારા - હેટરોપોલર) મુખ્યત્વે દ્વિસંગી સિસ્ટમો સુધી મર્યાદિત છે જેમ કે NaCl(ફિગ. 1.10, એ), એટલે કે, તે એક તરફ ઇલેક્ટ્રોન માટે સૌથી વધુ આકર્ષણ ધરાવતા તત્વોના અણુઓ અને બીજી તરફ સૌથી ઓછી આયનીકરણ સંભવિતતા ધરાવતા તત્વોના અણુઓ વચ્ચે સ્થાપિત થયેલ છે. જ્યારે આયનીય સ્ફટિકની રચના થાય છે, ત્યારે આપેલ આયનના નજીકના પડોશીઓ વિરોધી ચિન્હના આયનો હોય છે. સકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનોના કદના સૌથી સાનુકૂળ ગુણોત્તર સાથે, તેઓ એકબીજાને સ્પર્શે છે, અને અત્યંત ઉચ્ચ પેકિંગ ઘનતા પ્રાપ્ત થાય છે. સંતુલનમાંથી તેના ઘટાડા તરફના આંતરસ્ત્રાવીય અંતરમાં એક નાનો ફેરફાર ઇલેક્ટ્રોન શેલો વચ્ચે પ્રતિકૂળ દળોના ઉદભવનું કારણ બને છે.

અણુઓના આયનીકરણની ડિગ્રી જે આયનીય સ્ફટિક બનાવે છે તે ઘણી વખત એવી હોય છે કે આયનોના ઇલેક્ટ્રોન શેલ ઉમદા ગેસ અણુઓની લાક્ષણિકતા ઇલેક્ટ્રોન શેલોને અનુરૂપ હોય છે. બંધનકર્તા ઊર્જાનો આશરે અંદાજ એમ ધારીને કરી શકાય છે કે તેમાંની મોટાભાગની કુલોમ્બ (એટલે ​​​​કે, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક) ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ફટિકમાં NaClનજીકના હકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો વચ્ચેનું અંતર આશરે 0.28 nm છે, જે લગભગ 5.1 eV ના આયનોની જોડીના પરસ્પર આકર્ષણ સાથે સંકળાયેલ સંભવિત ઊર્જાનું મૂલ્ય આપે છે. માટે પ્રાયોગિક રીતે નિર્ધારિત ઊર્જા મૂલ્ય NaClપ્રતિ પરમાણુ 7.9 eV છે. આમ, બંને જથ્થાઓ સમાન ક્રમના છે, અને આ વધુ સચોટ ગણતરીઓ માટે આ અભિગમનો ઉપયોગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

આયનીય બોન્ડ દિશાહીન અને અસંતૃપ્ત છે. બાદમાં એ હકીકતમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે કે દરેક આયન વિરોધી ચિહ્નના આયનોની સૌથી વધુ સંખ્યાને પોતાની નજીક લાવવાનું વલણ ધરાવે છે, એટલે કે, ઉચ્ચ સ્તર સાથેનું માળખું બનાવે છે. સંકલન નંબર. અકાર્બનિક સંયોજનોમાં આયનીય બંધન સામાન્ય છે: હલાઇડ્સ, સલ્ફાઇડ્સ, મેટલ ઓક્સાઇડ્સ, વગેરે સાથેની ધાતુઓ. આવા સ્ફટિકોમાં બંધનકર્તા ઊર્જા એ અણુ દીઠ કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટ છે, તેથી આવા સ્ફટિકો ખૂબ મજબૂત અને ઉચ્ચ ગલન તાપમાન ધરાવે છે.

ચાલો આયનીય બોન્ડ ઊર્જાની ગણતરી કરીએ. આ કરવા માટે, ચાલો આયનીય ક્રિસ્ટલની સંભવિત ઊર્જાના ઘટકોને યાદ કરીએ:

વિવિધ ચિહ્નોના આયનોનું કુલોમ્બ આકર્ષણ;

સમાન ચિહ્નના આયનોનું કુલોમ્બ વિસર્જન;

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોનિક શેલો ઓવરલેપ થાય ત્યારે ક્વોન્ટમ યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા;

આયનો વચ્ચે વાન ડેર વાલ્સ આકર્ષણ.

આયનીય સ્ફટિકોની બંધનકર્તા ઊર્જામાં મુખ્ય ફાળો આકર્ષણ અને વિસર્જનની ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઊર્જા દ્વારા કરવામાં આવે છે. તેથી, જો આપણે આયનો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જાને સૂચવીએ iઅને jદ્વારા , પછી આયનની કુલ ઊર્જા, તેની તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લેતા, હશે

ચાલો તેને પ્રતિકૂળતા અને આકર્ષણ સંભવિતતાના સરવાળા તરીકે રજૂ કરીએ:

જ્યાં "પ્લસ" ચિહ્ન સમાનના કિસ્સામાં લેવામાં આવે છે, અને વિપરીત શુલ્કના કિસ્સામાં "માઇનસ" ચિહ્ન લેવામાં આવે છે. આયનીય સ્ફટિકની કુલ જાળી ઊર્જા, જેમાં સમાવેશ થાય છે એનઅણુઓ (2 એનઆયનો), હશે

કુલ ઊર્જાની ગણતરી કરતી વખતે, આયનોની દરેક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરનાર જોડી માત્ર એક જ વાર ગણવી જોઈએ. સગવડ માટે, અમે નીચેના પરિમાણને રજૂ કરીએ છીએ, જ્યાં સ્ફટિકમાં બે પડોશી (વિરોધી) આયન વચ્ચેનું અંતર છે. આમ

જ્યાં મેડેલંગ કોન્સ્ટન્ટ αઅને સતત ડીનીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે:

સરવાળો (2.44) અને (2.45) એ સમગ્ર જાળીના યોગદાનને ધ્યાનમાં લેવું આવશ્યક છે. વત્તાનું ચિહ્ન વિપરીત આયનોના આકર્ષણને અનુલક્ષે છે, બાદબાકીનું ચિહ્ન સમાન આયનોના વિસર્જનને અનુરૂપ છે.

અમે નીચે પ્રમાણે સ્થિરાંકને વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ. સંતુલન સ્થિતિમાં, કુલ ઊર્જા ન્યૂનતમ છે. તેથી, , અને તેથી અમારી પાસે છે

પડોશી આયનો વચ્ચેનું સંતુલન અંતર ક્યાં છે.

(2.46) થી આપણે મેળવીએ છીએ

અને સંતુલન અવસ્થામાં સ્ફટિકની કુલ ઊર્જાની અભિવ્યક્તિ સ્વરૂપ લે છે

મૂલ્ય કહેવાતા મેડેલંગ ઊર્જાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ઘાતાંક હોવાથી, કુલ ઉર્જા લગભગ સંપૂર્ણ રીતે કુલોમ્બ ઊર્જા સાથે ઓળખી શકાય છે. એક નાનું મૂલ્ય સૂચવે છે કે પ્રતિકૂળ દળો ટૂંકા અંતરના છે અને અંતર સાથે ઝડપથી બદલાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ચાલો એક-પરિમાણીય સ્ફટિક માટે મેડેલંગ સ્થિરાંકની ગણતરી કરીએ - વિપરીત ચિહ્નના આયનોની અનંત સાંકળ, જે વૈકલ્પિક છે (ફિગ. 2.4).

કોઈપણ આયન પસંદ કરીને, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રારંભિક તરીકે “–” ચિહ્ન સાથે, આપણી પાસે અંતરે “+” ચિહ્ન સાથે બે આયન હશે. આરતેમાંથી 0, 2 ના અંતરે “–” ચિહ્નના બે આયનો આર 0 અને તેથી વધુ.

તેથી, અમારી પાસે છે

શ્રેણીના વિસ્તરણનો ઉપયોગ કરીને, અમે એક-પરિમાણીય સ્ફટિકના કિસ્સામાં મેડેલંગ સ્થિરાંક મેળવીએ છીએ

આમ, પરમાણુ દીઠ ઊર્જા માટેની અભિવ્યક્તિ નીચેનું સ્વરૂપ લે છે

ત્રિ-પરિમાણીય સ્ફટિકના કિસ્સામાં, શ્રેણી શરતી રીતે એકરૂપ થાય છે, એટલે કે, પરિણામ સમીકરણની પદ્ધતિ પર આધારિત છે. જાળીમાં આયનોના જૂથોને પસંદ કરીને શ્રેણીના કન્વર્જન્સને સુધારી શકાય છે જેથી જૂથ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય, અને જો જરૂરી હોય તો, આયનને વિવિધ જૂથો વચ્ચે વિભાજીત કરીને અને અપૂર્ણાંક ચાર્જ રજૂ કરીને (ઇવજેનની પદ્ધતિ) એવજેન એચ.એમ.,1932)).

અમે ક્યુબિક ક્રિસ્ટલ લેટીસ (ફિગ. 2.5) ના ચહેરા પરના શુલ્કને નીચે મુજબ ધ્યાનમાં લઈશું: ચહેરા પરના ચાર્જ બે પડોશી કોષોના છે (દરેક કોષમાં ચાર્જ 1/2 છે), કિનારીઓ પરના શુલ્ક સંબંધિત છે ચાર કોષો (દરેક કોષમાં 1/4), શિરોબિંદુઓ પરનો ચાર્જ આઠ કોષો (દરેક કોષમાં 1/8) નો છે. માટે યોગદાન α પ્રથમ ઘનનો t સરવાળો તરીકે લખી શકાય છે:

જો આપણે આગળનું સૌથી મોટું ક્યુબ લઈએ, જેમાં આપણે ધ્યાનમાં લીધું હોય તે સમાવિષ્ટ છે, તો આપણે મેળવીએ છીએ, જે પ્રકારની જાળી માટેના ચોક્કસ મૂલ્ય સાથે સારી રીતે મેળ ખાય છે. ટાઈપ સ્ટ્રક્ચર માટે, અને ટાઈપ સ્ટ્રક્ચર માટે, .

ચાલો સ્ફટિક માટે બંધનકર્તા ઊર્જાનો અંદાજ કાઢીએ, એમ ધારી લઈએ કે જાળીનું પરિમાણ અને સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ INજાણીતું સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ નીચે પ્રમાણે નક્કી કરી શકાય છે:

સ્ફટિકનું પ્રમાણ ક્યાં છે. સ્થિતિસ્થાપકતાનું બલ્ક મોડ્યુલસ INઓલરાઉન્ડ કમ્પ્રેશન દરમિયાન કમ્પ્રેશનનું માપ છે. ચહેરા-કેન્દ્રિત ક્યુબિક (fcc) પ્રકારની રચના માટે, પરમાણુઓ દ્વારા કબજે કરેલ વોલ્યુમ બરાબર છે

પછી આપણે લખી શકીએ

(2.53) થી બીજું વ્યુત્પન્ન મેળવવું સરળ છે

સંતુલન સ્થિતિમાં, પ્રથમ વ્યુત્પન્ન અદૃશ્ય થઈ જાય છે, તેથી, અમે (2.52–2.54) થી નક્કી કરીએ છીએ

ચાલો (2.43) નો ઉપયોગ કરીએ અને મેળવીએ

(2.47), (2.56) અને (2.55) માંથી આપણે સ્થિતિસ્થાપકતાનું બલ્ક મોડ્યુલસ શોધીએ છીએ IN:

અભિવ્યક્તિ (2.57) અમને અને ના પ્રાયોગિક મૂલ્યોનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિકૂળ સંભવિતમાં ઘાતાંકની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે. ક્રિસ્ટલ માટે , , . પછી (2.57) થી આપણી પાસે છે

નોંધ કરો કે મોટાભાગના આયનીય સ્ફટિકો માટે ઘાતાંક nપ્રતિકૂળ દળોની સંભવિતતા 6-10 ની અંદર બદલાય છે.

પરિણામે, ડિગ્રીની મોટી માત્રા પ્રતિકૂળ દળોની ટૂંકી-શ્રેણીની પ્રકૃતિ નક્કી કરે છે. (2.48) નો ઉપયોગ કરીને, અમે બંધનકર્તા ઊર્જા (પરમાણુ દીઠ ઊર્જા)ની ગણતરી કરીએ છીએ

EV/પરમાણુ. (2.59)

આ -7.948 eV/મોલેક્યુલના પ્રાયોગિક મૂલ્ય સાથે સારી રીતે સંમત થાય છે. તે યાદ રાખવું જોઈએ કે ગણતરીમાં આપણે ફક્ત કુલોમ્બ દળોને ધ્યાનમાં લીધા.

સહસંયોજક અને આયનીય બોન્ડ પ્રકારના સ્ફટિકોને મર્યાદિત કેસ તરીકે ગણી શકાય; તેમની વચ્ચે સ્ફટિકોની શ્રેણી છે જે મધ્યવર્તી પ્રકારના જોડાણ ધરાવે છે. આવા અંશતઃ આયનીય () અને આંશિક રીતે સહસંયોજક () બોન્ડને વેવ ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીને વર્ણવી શકાય છે.

આ કિસ્સામાં, ionicity ની ડિગ્રી નીચે પ્રમાણે નક્કી કરી શકાય છે:

કોષ્ટક 2.1 દ્વિસંગી સંયોજનોના સ્ફટિકો માટે કેટલાક ઉદાહરણો બતાવે છે.

કોષ્ટક 2.1. સ્ફટિકોમાં આયનીયતાની ડિગ્રી

વિવિધ સંયોજકોના ઘટકો ધરાવતા જટિલ સ્ફટિકોમાં, આયનીય પ્રકારના બોન્ડની રચના શક્ય છે. આવા સ્ફટિકોને આયનીય કહેવામાં આવે છે.

જ્યારે અણુઓ નજીક આવે છે અને વેલેન્સ એનર્જી બેન્ડ તત્વો વચ્ચે ઓવરલેપ થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોનનું પુનઃવિતરણ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ તત્વ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, હકારાત્મક આયનમાં ફેરવાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વ તેને પ્રાપ્ત કરે છે, ત્યાં જડ વાયુઓની જેમ તેના સંયોજક બેન્ડને સ્થિર રૂપરેખાંકનમાં પૂર્ણ કરે છે. આમ, આયનો આયનીય સ્ફટિકના ગાંઠો પર સ્થિત છે.

આ જૂથનો પ્રતિનિધિ એક ઓક્સાઇડ ક્રિસ્ટલ છે જેની જાળીમાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઓક્સિજન આયનો અને સકારાત્મક ચાર્જ આયર્ન આયનો હોય છે.

આયનીય બોન્ડ દરમિયાન વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોનનું પુનઃવિતરણ એક પરમાણુ (એક આયર્ન અણુ અને એક ઓક્સિજન અણુ) વચ્ચે થાય છે.

સહસંયોજક સ્ફટિકો માટે, સંકલન નંબર K, સ્ફટિકીય સંખ્યા અને સંભવિત જાળીનો પ્રકાર તત્વની વેલેન્સી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આયનીય સ્ફટિકો માટે, સંકલન સંખ્યા મેટાલિક અને નોનમેટાલિક આયનોના ત્રિજ્યાના ગુણોત્તર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, કારણ કે દરેક આયન શક્ય તેટલા વિપરીત ચિહ્નના આયનોને આકર્ષવાનું વલણ ધરાવે છે. જાળીમાં આયનો વિવિધ વ્યાસના બોલની જેમ ગોઠવાયેલા છે.

નોનમેટાલિક આયનની ત્રિજ્યા મેટાલિક આયનની ત્રિજ્યા કરતા વધારે છે, અને તેથી મેટાલિક આયનો નોનમેટાલિક આયનો દ્વારા રચાયેલી સ્ફટિક જાળીમાં છિદ્રો ભરે છે. આયનીય સ્ફટિકોમાં સંકલન સંખ્યા

આપેલ આયનની આસપાસના વિપરિત ચિહ્નના આયનોની સંખ્યા નક્કી કરે છે.

ધાતુની ત્રિજ્યા અને બિન-ધાતુની ત્રિજ્યાના ગુણોત્તર માટે નીચે આપેલ મૂલ્યો અને અનુરૂપ સંકલન સંખ્યાઓ વિવિધ વ્યાસના ગોળાઓના પેકિંગની ભૂમિતિને અનુસરે છે.

સંકલન માટે સંખ્યા 6 હશે, કારણ કે દર્શાવેલ ગુણોત્તર 0.54 છે. ફિગ માં. આકૃતિ 1.14 એ સ્ફટિક જાળી બતાવે છે જે એક એફસીસી જાળી બનાવે છે, આયર્ન આયનો તેમાં છિદ્રો ધરાવે છે. દરેક આયર્ન આયન છ ઓક્સિજન આયનોથી ઘેરાયેલું છે, અને તેનાથી વિપરીત, દરેક ઓક્સિજન આયન છ આયર્ન આયનોથી ઘેરાયેલું છે, આના સંબંધમાં, આયનીય સ્ફટિકોમાં આયનોની જોડીને અલગ કરવી અશક્ય છે જેને પરમાણુ ગણી શકાય. બાષ્પીભવન દરમિયાન, આવા સ્ફટિક પરમાણુઓમાં વિઘટન થાય છે.

જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે આયનીય ત્રિજ્યાનો ગુણોત્તર બદલાઈ શકે છે, કારણ કે બિનધાતુની આયનીય ત્રિજ્યા મેટલ આયનની ત્રિજ્યા કરતાં વધુ ઝડપથી વધે છે. આ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરના પ્રકારમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે, એટલે કે, પોલીમોર્ફિઝમમાં. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે ઓક્સાઇડ ગરમ થાય છે, ત્યારે સ્પિનલ ક્રિસ્ટલ જાળી રોમ્બોહેડ્રલ જાળીમાં બદલાય છે (જુઓ વિભાગ 14.2),

ચોખા. 1.14. સ્ફટિક જાળી a - ડાયાગ્રામ; b - અવકાશી છબી

આયનીય સ્ફટિકની બંધનકર્તા ઉર્જા સહસંયોજક સ્ફટિકોની બંધનકર્તા ઊર્જાની નજીક હોય છે અને ધાતુની અને ખાસ કરીને, મોલેક્યુલર સ્ફટિકોની બંધનકર્તા ઊર્જા કરતાં વધી જાય છે. આ સંદર્ભમાં, આયનીય સ્ફટિકોમાં ઉચ્ચ ગલન અને બાષ્પીભવન તાપમાન, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને સંકોચનક્ષમતા અને રેખીય વિસ્તરણના ઓછા ગુણાંક હોય છે.

ઇલેક્ટ્રોનના પુનઃવિતરણને કારણે એનર્જી બેન્ડ ભરવાથી આયનીય સ્ફટિક સેમિકન્ડક્ટર અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક્સ બને છે.

આયનીય સ્ફટિકો રાસાયણિક બોન્ડની મુખ્ય આયનીય પ્રકૃતિ ધરાવતા સંયોજનો છે, જે ચાર્જ થયેલ આયનો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે.આયનીય સ્ફટિકોના લાક્ષણિક પ્રતિનિધિઓ એલ્કલી મેટલ હલાઇડ્સ છે, ઉદાહરણ તરીકે, NaCl અને CaCl જેવી રચના સાથે.

જ્યારે રોક સોલ્ટ (NaCl) જેવા સ્ફટિકો રચાય છે, ત્યારે હેલોજન અણુઓ (F, Cl, Br, I), જે ઉચ્ચ ઈલેક્ટ્રોન સંબંધ ધરાવે છે, તે આલ્કલી ધાતુઓ (Li, Na, K, Rb, I) ના વેલેન્સ ઈલેક્ટ્રોનને પકડે છે, જે નીચા આયનીકરણ પોટેન્શિયલ, જ્યારે હકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો રચાય છે, જેમાંથી ઇલેક્ટ્રોન શેલ નજીકના નિષ્ક્રિય વાયુઓના ગોળાકાર સપ્રમાણ ભરેલા s 2 p 6 શેલ જેવા હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, N + શેલ Ne શેલ જેવું જ છે, અને Cl શેલ એઆર શેલ જેવું જ છે). આયન અને કેશનના કુલોમ્બ આકર્ષણના પરિણામે, છ બાહ્ય પી-ઓર્બિટલ્સ ઓવરલેપ થાય છે અને NaCl પ્રકારનું જાળી રચાય છે, જેની સમપ્રમાણતા અને 6 ની સંકલન સંખ્યા દરેક અણુના છ સંયોજક બંધનને અનુરૂપ છે. પડોશીઓ (ફિગ. 3.4). તે નોંધપાત્ર છે કે જ્યારે પી-ઓર્બિટલ્સ ઓવરલેપ થાય છે, ત્યારે છ બોન્ડ્સમાં ઇલેક્ટ્રોનની ઘનતામાં ફેરફારને કારણે નાના વાસ્તવિક મૂલ્યોમાં આયનો પરના નજીવા ચાર્જ (Na માટે +1 અને Cl માટે -1) માં ઘટાડો થાય છે. આયનથી કેશન સુધી, જેથી સંયોજનમાં અણુઓનો વાસ્તવિક ચાર્જ તે બહાર આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, Na માટે તે +0.92e બરાબર છે, અને Cl- માટે નકારાત્મક ચાર્જ પણ -1e કરતાં ઓછો થઈ જાય છે.

સંયોજનોમાં વાસ્તવિક મૂલ્યો માટે અણુઓના નજીવા ચાર્જમાં ઘટાડો સૂચવે છે કે જ્યારે સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ તત્વો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે પણ સંયોજનો રચાય છે જેમાં બોન્ડ સંપૂર્ણપણે આયનીય નથી.

ચોખા. 3.4. જેવી રચનાઓમાં આંતરપરમાણુ બોન્ડની રચનાની આયનીય પદ્ધતિNaCl. તીરો ઇલેક્ટ્રોન ઘનતા શિફ્ટની દિશાઓ સૂચવે છે

વર્ણવેલ મિકેનિઝમ અનુસાર, માત્ર આલ્કલી મેટલ હલાઇડ્સ જ નહીં, પણ નાઇટ્રાઇડ્સ અને ટ્રાન્ઝિશન મેટલ કાર્બાઇડ્સ પણ રચાય છે, જેમાંથી મોટાભાગની NaCl પ્રકારની રચના હોય છે.

આયનીય બોન્ડ દિશાહીન અને અસંતૃપ્ત હોવાને કારણે, આયનીય સ્ફટિકો મોટી સંકલન સંખ્યાઓ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ચોક્કસ ત્રિજ્યાના ગોળાઓના ગાઢ પેકિંગના સિદ્ધાંતના આધારે આયનીય સ્ફટિકોની મુખ્ય માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ સારી રીતે વર્ણવવામાં આવી છે. આમ, NaCl સ્ટ્રક્ચરમાં, મોટા Cl anions ઘન ક્લોઝ પેકિંગ બનાવે છે, જેમાં તમામ અષ્ટકોષ ખાલી જગ્યાઓ નાના Na cations દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે. આ KCl, RbCl અને અન્ય ઘણા સંયોજનોની રચનાઓ છે.

આયનીય સ્ફટિકોમાં ઉચ્ચ વિદ્યુત પ્રતિરોધકતા મૂલ્યો સાથે મોટાભાગના ડાઇલેક્ટ્રિક્સનો સમાવેશ થાય છે. ઓરડાના તાપમાને આયનીય સ્ફટિકોની વિદ્યુત વાહકતા ધાતુઓની વિદ્યુત વાહકતા કરતા વીસ ઓર્ડરથી ઓછી તીવ્રતાની હોય છે. આયનીય સ્ફટિકોમાં વિદ્યુત વાહકતા મુખ્યત્વે આયનો દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. મોટાભાગના આયનીય સ્ફટિકો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પેક્ટ્રમના દૃશ્યમાન પ્રદેશમાં પારદર્શક હોય છે.

આયનીય સ્ફટિકોમાં, આકર્ષણ મુખ્યત્વે ચાર્જ થયેલ આયનો વચ્ચે કુલોમ્બ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે છે. - વિપરિત ચાર્જ આયનો વચ્ચેના આકર્ષણ ઉપરાંત, એક તરફ, લાઈક ચાર્જના વિકર્ષણને કારણે, બીજી તરફ, પાઉલી બાકાત સિદ્ધાંતની ક્રિયા દ્વારા, કારણ કે દરેક આયન સ્થિર ઈલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાઓ ધરાવે છે. ભરેલા શેલો સાથે નિષ્ક્રિય વાયુઓ. ઉપરોક્ત દૃષ્ટિકોણથી, આયનીય સ્ફટિકના સરળ મોડેલમાં, એવું માની શકાય છે કે આયનો સખત, અભેદ્ય ચાર્જ્ડ ગોળા છે, જો કે વાસ્તવમાં, પડોશી આયનોના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોના પ્રભાવ હેઠળ, ગોળાકાર સપ્રમાણતા છે. ધ્રુવીકરણના પરિણામે આયનોનો આકાર કંઈક અંશે વિક્ષેપિત થાય છે.

એવી પરિસ્થિતિઓમાં જ્યાં આકર્ષક અને પ્રતિકૂળ બળો બંને એકસાથે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, આયનીય સ્ફટિકોની સ્થિરતા એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે વિપરીત ચાર્જ વચ્ચેનું અંતર સમાન રાશિઓ કરતા ઓછું છે. તેથી, આકર્ષણની શક્તિઓ પ્રતિકૂળ શક્તિઓ પર પ્રવર્તે છે.

ફરીથી, પરમાણુ સ્ફટિકોના કિસ્સામાં, આયનીય સ્ફટિકોની સંયોજક ઊર્જાની ગણતરી કરતી વખતે, સામાન્ય શાસ્ત્રીય વિભાવનાઓથી આગળ વધી શકે છે, એમ માનીને કે આયનો સ્ફટિક જાળી (સંતુલન સ્થિતિ) ના ગાંઠો પર સ્થિત છે, તેમની ગતિ ઊર્જા છે. નગણ્ય અને આયનો વચ્ચે કામ કરતા દળો કેન્દ્રિય છે.

આયનીય ધ્રુવીકરણ શું છે

આયનીય ધ્રુવીકરણમાં બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં આયનોનું વિસ્થાપન અને ઇલેક્ટ્રોનિક શેલ્સનું વિરૂપતા શામેલ છે. ચાલો $M^+X^-$ પ્રકારના સ્ફટિકને ધ્યાનમાં લઈએ. આવા સ્ફટિકની સ્ફટિક જાળીને બે ઘન જાળી તરીકે ગણી શકાય, જેમાંથી એક $M^+$ આયનોથી બનેલ છે, બીજી $X^-$માંથી બનેલી છે અને તે એકબીજામાં દાખલ કરવામાં આવે છે. ચાલો એક બાહ્ય યુનિફોર્મ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ($\overrightarrow(E)$) ને Z અક્ષ સાથે દિશામાન કરીએ. જો આપણે સ્વીકારીએ કે $m_(\pm )(\omega )^2_0$ એ અર્ધ-સ્થિતિસ્થાપક બળ છે જે સમૂહ $m_(\pm )$ સાથે આયનને સમતુલા સ્થિતિમાં પરત કરે છે, તો બળ ( $F_(upr) $), જે બરાબર છે:

આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ ($F_e$), જે સમાન જાળીના આયનો પર કાર્ય કરે છે, તે બરાબર છે:

સંતુલન શરતો

આ કિસ્સામાં, સંતુલન શરતો ફોર્મ લેશે:

હકારાત્મક આયનો માટે:

નકારાત્મક આયનો માટે:

આ કિસ્સામાં, આયનોનું કુલ સંબંધિત વિસ્થાપન બરાબર છે:

આયનીય ધ્રુવીકરણ સમાન છે:

જ્યાં $V_0$ એ એક પરમાણુનું પ્રમાણ છે.

જો આપણે, ઉદાહરણ તરીકે, $NaCl$ ની રચના લઈએ, જેમાં દરેક આયન વિરુદ્ધ ચિહ્નના છ આયનોથી ઘેરાયેલું હોય છે, જે તેનાથી થોડા અંતરે સ્થિત છે, તો આપણને પ્રાપ્ત થાય છે:

અને, તેથી, (5) અને (6) નો ઉપયોગ કરીને, અમે તે મેળવીએ છીએ:

આયનીય ધ્રુવીકરણ ખૂબ જ ટૂંકા સમયમાં સ્થાપિત થાય છે, લગભગ $(10)^(-13) સેકન્ડ. $ તે ઉર્જાનું વિસર્જન કરતું નથી અને ડાઇલેક્ટ્રિક નુકસાનનું કારણ નથી. જ્યારે બાહ્ય ક્ષેત્ર દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોનિક શેલ્સ તેમની પાછલી સ્થિતિમાં પાછા ફરે છે.

આયનીય જાળીના ધ્રુવીકરણનું સૂત્ર (9) દ્વારા વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, આવા ધ્રુવીકરણ એનિસોટ્રોપિક છે.

જ્યાં $\left\langle \overrightarrow(p)\right\rangle $ એ આયનોના દ્વિધ્રુવ પળોનું સરેરાશ મૂલ્ય છે જે પરિમાણમાં સમાન છે પરંતુ તેનાથી વિરુદ્ધ નિર્દેશિત છે, $\overrightarrow(p_i)$ એ વ્યક્તિગત આયનોની દ્વિધ્રુવ ક્ષણો છે. આઇસોટ્રોપિક ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં, સરેરાશ દ્વિધ્રુવીય ક્ષણો બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ સાથે દિશામાં એકરુપ હોય છે.

સ્ફટિકો માટે સ્થાનિક ક્ષેત્રની તાકાત

ક્યુબિક સ્ફટિકો માટે સ્થાનિક ક્ષેત્રની શક્તિ ($\overrightarrow(E")\ or\ never\ \overrightarrow(E_(lok))\ $) સૂત્રો દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:

જ્યાં $\overrightarrow(E)$ એ ડાઇલેક્ટ્રિકમાં સરેરાશ મેક્રોસ્કોપિક ક્ષેત્ર છે. અથવા:

જો સમીકરણ (10) ઘન સ્ફટિકો માટે સ્થાનિક ક્ષેત્રની ગણતરી માટે લાગુ પડતું હોય, તો આવા સ્ફટિકો પર ક્લોસિયસ-મોસોટી સૂત્ર લાગુ કરી શકાય છે:

જ્યાં $\beta$ એ પરમાણુની ધ્રુવીકરણક્ષમતા છે, $n$ એ અણુઓની સાંદ્રતા છે.

પરમાણુની ધ્રુવીકરણક્ષમતા ($\beta$) અને ઘન સ્ફટિકો માટે ડાઇલેક્ટ્રિક સંવેદનશીલતા ($\varkappa$) વચ્ચેનો સંબંધ અભિવ્યક્તિ દ્વારા આપી શકાય છે:

ઉદાહરણ 1

અસાઇનમેન્ટ: ક્રિસ્ટલનો ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ $\varepsilon =2.8$ છે. ક્યુબિક સિસ્ટમ ફીલ્ડની સ્થાનિક તાકાત ($\overrightarrow(E")$) ડાઇલેક્ટ્રિક ($E$)માં સરેરાશ મેક્રોસ્કોપિક ક્ષેત્રની તાકાત કરતાં કેટલી વખત વધારે છે?

એક આધાર તરીકે, અમે સ્થાનિક ક્ષેત્રની તાકાતની ગણતરી માટે સૂત્ર લઈશું, એટલે કે:

\[\overrightarrow(E")=\frac(\varepsilon +2)(3)\overrightarrow(E)\left(1.1\જમણે).\]

તેથી, ઇચ્છિત તાણ ગુણોત્તર માટે આપણે તે લખી શકીએ છીએ:

\[\frac(E")(E)=\frac(\frac(\varepsilon +2)(3)E)(E)=\frac(\varepsilon +2)(3)\left(1.2\જમણે) .\]

ચાલો ગણતરીઓ હાથ ધરીએ:

\[\frac(E")(E)=\frac(2.8+2)(3)=1.6.\]

જવાબ: 1.6 વખત.

ઉદાહરણ 2

સોંપણી: હીરામાં કાર્બન અણુઓની ધ્રુવીકરણક્ષમતા નક્કી કરો ($\beta$), જો હીરાનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક $\varepsilon =5.6$ હોય, અને તેની ઘનતા $(\rho )_m=3.5\cdot (10)^3 હોય \ frac(kg)(m^3.)$

સમસ્યાને ઉકેલવાના આધાર તરીકે, અમે ક્લોસિયસ-મોસોટી સમીકરણ લઈએ છીએ:

\[\frac(\varepsilon -1)(\varepsilon +2)=\frac(n\beta )(3)\left(2.1\જમણે).\]

જ્યાં કણોની સાંદ્રતા $n$ આ રીતે વ્યક્ત કરી શકાય છે:

જ્યાં $(\rho )_m$ એ પદાર્થની સામૂહિક ઘનતા છે, $\mu =14\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$ એ કાર્બનનું દાળ દળ છે, $N_A= 6.02\cdot (10)^(23)mol^(-1)$ એ એવોગાડ્રોનો સ્થિરાંક છે.

પછી અભિવ્યક્તિ (2.1) ફોર્મ લેશે:

\[\frac(\varepsilon -1)(\varepsilon +2)=\frac(\beta )(3)\frac((\rho )_mN_A)(\mu )\ \left(2.3\જમણે).\]

અભિવ્યક્તિ (2.3) થી અમે $\beta $ ધ્રુવીકરણને વ્યક્ત કરીએ છીએ, અમે મેળવીએ છીએ:

\[\ \beta =\frac(3\mu (\varepsilon -1))(\rho )_mN_A(\varepsilon +2))\left(2.4\જમણે).\]

ચાલો ઉપલબ્ધ સંખ્યાત્મક મૂલ્યોને બદલીએ અને ગણતરીઓ કરીએ:

\[\beta =\frac(3\cdot 14\cdot (10)^(-3)(5.6-1))(3.5\cdot (10)^3\cdot 6.02\cdot (10)^(23)( 5.6+2))=\frac(193.2\cdot (10)^(-3))(160.132\cdot (10)^(26))=1.2\cdot (10)^(-29)m^3\]

જવાબ: $\beta =1.2\cdot (10)^(-29)m^3$.