Medžiagos perėjimas iš kietos kristalinės būsenos į skystį vadinamas tirpstantis. Norint išlydyti kietą kristalinį kūną, jis turi būti pašildytas iki tam tikros temperatūros, tai yra, turi būti tiekiama šiluma.Temperatūra, kurioje medžiaga lydosi, vadinamamedžiagos lydymosi temperatūra.
Atvirkštinis procesas yra perėjimas iš skysta būsenaį kietą – atsiranda, kai temperatūra mažėja, t.y., pašalinama šiluma. Medžiagos perėjimas iš skystos į kietą būseną vadinamasgrūdinimas , arba krištolaslizacija . Temperatūra, kurioje medžiaga kristalizuojasi, vadinamakristalo temperatūracijos .
Patirtis rodo, kad bet kuri medžiaga kristalizuojasi ir lydosi toje pačioje temperatūroje.
Paveiksle parodytas temperatūros priklausomybės grafikas kristalinis kūnas(ledas) nuo šildymo laiko (nuo taško A iki taško D) ir aušinimo laikas (nuo taško D iki taško K). Ant jo horizontalioji ašis rodomas laikas, o vertikali linija rodo temperatūrą.
Grafike matyti, kad procesas prasidėjo nuo to momento, kai ledo temperatūra buvo -40 °C, arba, kaip sakoma, temperatūra buvo pradžios momentas laiko tpradžios= -40 °C (taškas A grafike). Toliau kaitinant, ledo temperatūra pakyla (grafike tai yra pjūvis AB). Temperatūra pakyla iki 0 °C – ledo lydymosi temperatūros. 0°C temperatūroje ledas pradeda tirpti ir jo temperatūra nustoja kilti. Per visą lydymosi laiką (t. y. kol ištirps visas ledas) ledo temperatūra nekinta, nors degiklis dega ir toliau, todėl tiekiama šiluma. Lydymosi procesas atitinka horizontalią grafiko atkarpą Saulė . Tik tada, kai visas ledas ištirps ir virsta vandeniu, temperatūra vėl pradeda kilti (skyrius CD). Vandens temperatūrai pasiekus +40 °C, degiklis užgęsta ir vanduo pradeda vėsti, t. y. pašalinama šiluma (tam galima įdėti indą su vandeniu į kitą, didesnį indą su ledukais). Vandens temperatūra pradeda mažėti (skyrius DE). Kai temperatūra pasiekia 0 °C, vandens temperatūra nustoja mažėti, nepaisant to, kad šiluma vis tiek pašalinama. Tai yra vandens kristalizacijos procesas - ledo susidarymas (horizontalus pjūvis E.F.). Kol visas vanduo nepavirs į ledą, temperatūra nesikeis. Tik po to ledo temperatūra pradeda mažėti (skyrius FK).
Nagrinėjamo grafiko išvaizda paaiškinama taip. Svetainėje AB Dėl tiekiamos šilumos padidėja vidutinė ledo molekulių kinetinė energija, pakyla jo temperatūra. Svetainėje Saulė visa energija, kurią gauna kolbos turinys, išleidžiama ledo kristalų gardelės ardymui: tvarkingas jos molekulių erdvinis išsidėstymas pakeičiamas netvarkingu, keičiasi atstumas tarp molekulių, t.y. Molekulės persitvarko taip, kad medžiaga taptų skysta. Vidutinė molekulių kinetinė energija nekinta, todėl temperatūra išlieka nepakitusi. Tolesnis ištirpusio ledo vandens temperatūros padidėjimas (zonoje CD) reiškia vandens molekulių kinetinės energijos padidėjimą dėl degiklio tiekiamos šilumos.
Aušinant vandenį (skyrius DE) iš jo atimama dalis energijos, vandens molekulės juda mažesniu greičiu, krenta jų vidutinė kinetinė energija - mažėja temperatūra, vanduo atvėsta. Esant 0°C (horizontali pjūvis E.F.) molekulės pradeda rikiuotis tam tikra tvarka, formuojant kristalinę gardelę. Kol šis procesas nesibaigs, medžiagos temperatūra nepasikeis, nepaisant šilumos pašalinimo, o tai reiškia, kad kietėjant skystis (vanduo) išskiria energiją. Būtent tokią energiją ledas sugėrė, virsdamas skysčiu (skyrius Saulė). Skysčio vidinė energija yra didesnė už kietas. Lydant (ir kristalizuojant) vidinė energija kūnai staigiai keičiasi.
Vadinami metalai, kurie lydosi aukštesnėje nei 1650 ºС temperatūroje ugniai atsparus(titanas, chromas, molibdenas ir kt.). Labiausiai aukšta temperatūra Volframo lydymosi temperatūra yra apie 3400 °C. Ugniai atsparūs metalai ir jų junginiai naudojami kaip karščiui atsparios medžiagos orlaivių statybose, raketų gamyboje ir kosmoso technologija, branduolinė energija.
Dar kartą pabrėžkime, kad tirpdama medžiaga sugeria energiją. Kristalizacijos metu, priešingai, jis ją atiduoda aplinką. Gavusi tam tikrą kristalizacijos metu išsiskiriančios šilumos kiekį, terpė įkaista. Tai gerai žinoma daugeliui paukščių. Nenuostabu, kad juos galima pamatyti žiemą šaltu oru sėdinčius ant ledo, dengiančio upes ir ežerus. Dėl energijos išsiskyrimo, kai susidaro ledas, oras virš jo yra keliais laipsniais šiltesnis nei miško medžiuose, ir paukščiai tuo naudojasi.
Amorfinių medžiagų lydymas.
Prieinamumas tam tikras lydymosi taškai- Tai svarbus ženklas kristalinės medžiagos. Būtent pagal šią savybę juos galima lengvai atskirti amorfiniai kūnai, kurios taip pat priskiriamos kietosioms medžiagoms. Tai visų pirma stiklas, labai klampios dervos ir plastikai.
Amorfinės medžiagos(skirtingai nei kristaliniai) neturi specifinės lydymosi temperatūros – netirpsta, o minkštėja. Kai šildomas, pavyzdžiui, stiklo gabalas pirmiausia tampa minkštas iš kieto, jį galima lengvai sulenkti ar ištempti; esant aukštesnei temperatūrai, gabalas, veikiamas savo gravitacijos, pradeda keisti savo formą. Kai ji įkaista, tiršta klampi masė įgauna indo, kuriame guli, formą. Ši masė iš pradžių tiršta, kaip medus, paskui kaip grietinė, galiausiai tampa beveik tokiu pat mažo klampumo skysčiu kaip vanduo. Tačiau čia neįmanoma nurodyti tam tikros kietosios medžiagos perėjimo į skystį temperatūros, nes jos nėra.
To priežastys yra esminis amorfinių kūnų ir kristalinių kūnų struktūros skirtumas. Atomai amorfiniuose kūnuose išsidėstę atsitiktinai. Amorfiniai kūnai savo struktūra primena skysčius. Jau kietame stikle atomai išsidėstę atsitiktinai. Tai reiškia, kad stiklo temperatūros didinimas tik padidina jo molekulių virpesių diapazoną, todėl jos palaipsniui didėja ir didėja. daugiau laisvės judėjimas. Todėl stiklas palaipsniui minkštėja ir nerodo aštraus „kieto-skysčio“ perėjimo, būdingo perėjimui nuo molekulių išsidėstymo griežta tvarka netvarkingiems.
Lydymosi šiluma.
Lydymosi šiluma yra šilumos kiekis, kuris turi būti perduodamas medžiagai, kai pastovus slėgis Ir pastovi temperatūra, vienoda temperatūra lydosi, kad visiškai paverstų jį iš kietos kristalinės būsenos į skystą. Lydymosi šiluma yra lygi šilumos kiekiui, kuris išsiskiria kristalizacijos metu medžiagai iš skystos būsenos. Lydymosi metu visa medžiagai tiekiama šiluma padidina jos molekulių potencialią energiją. Kinetinė energija nekinta, nes lydosi esant pastoviai temperatūrai.
Eksperimentiškai tiriant įvairių tos pačios masės medžiagų lydymą, galima pastebėti, kad norint jas paversti skysčiais reikia skirtingi kiekiaišiluma. Pavyzdžiui, norint ištirpinti vieną kilogramą ledo, reikia išleisti 332 J energijos, o norint ištirpti 1 kg švino – 25 kJ.
Kūno išskiriamas šilumos kiekis laikomas neigiamu. Todėl skaičiuojant šilumos kiekį, išsiskiriantį kristalizuojant medžiagą, kurios masė m, turėtumėte naudoti tą pačią formulę, bet su minuso ženklu:
Degimo šiluma.
Degimo šiluma(arba kaloringumas, kalorijų kiekis) yra šilumos kiekis, išsiskiriantis, kai visiškas degimas kuro.
Kūnui šildyti dažnai naudojama energija, išsiskirianti deginant kurą. Įprastame kure (anglys, nafta, benzinas) yra anglies. Degimo metu anglies atomai susijungia su deguonies atomais ore, todėl susidaro anglies dioksido molekulės. Šių molekulių kinetinė energija yra didesnė nei pirminių dalelių. Padidinti kinetinė energija molekulės degimo metu vadinamos energijos išsiskyrimu. Visiško kuro degimo metu išsiskirianti energija yra šio kuro degimo šiluma.
Kuro degimo šiluma priklauso nuo kuro rūšies ir jo masės. Kaip daugiau masės kuro, taigi daugiau kiekiošiluma, išsiskirianti jo visiško degimo metu.
Vadinamas fizinis dydis, parodantis, kiek šilumos išsiskiria visiškai sudegus 1 kg sveriančiam kurui savitoji kuro degimo šiluma.Savitoji degimo šiluma žymima raideqir matuojamas džauliais kilogramui (J/kg).
Šilumos kiekis K išsiskiria degimo metu m kg degalų nustatoma pagal formulę:
Norėdami sužinoti šilumos kiekį, išsiskiriantį visiškai sudeginus savavališkos masės kurą, jums reikia specifinė šilumašio kuro degimas, padaugintas iš jo masės.
Kaip jau žinome, medžiaga gali egzistuoti trimis agregacijos būsenomis: dujinis, sunku Ir skystis. Deguonis, kuris normaliomis sąlygomis yra dujinės būsenos, -194 ° C temperatūroje virsta melsvu skysčiu, o -218,8 ° C temperatūroje virsta į sniegą panašia mase su mėlynais kristalais.
Temperatūros diapazonas, kai medžiaga egzistuoja kietoje būsenoje, nustatoma pagal virimo ir lydymosi temperatūras. Kietosios medžiagos yra kristalinis Ir amorfinis.
U amorfinės medžiagos nėra fiksuoto lydymosi taško – kaitinant jie palaipsniui minkštėja ir virsta skysta būsena. Šioje būsenoje, pavyzdžiui, randama įvairių dervų ir plastilino.
Kristalinės medžiagos Jie išsiskiria taisyklingu dalelių, iš kurių jie susideda: atomų, molekulių ir jonų, išsidėstymu griežtai apibrėžtuose erdvės taškuose. Sujungus šiuos taškus tiesiomis linijomis, susidaro erdvinis karkasas, vadinamas kristaline gardele. Taškai, kuriuose yra kristalų dalelės, vadinami gardelės mazgai.
Mūsų įsivaizduojamuose gardelės mazguose gali būti jonų, atomų ir molekulių. Šios dalelės daro svyruojantys judesiai. Kai temperatūra pakyla, šių svyravimų diapazonas taip pat didėja, o tai lemia šiluminis plėtimasis tel.
Priklausomai nuo dalelių, esančių kristalinės gardelės mazguose, tipo ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriami keturi kristalų gardelių tipai: joninės, atominis, molekulinis Ir metalo.
Joninės Tai vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose išsidėstę jonai. Jas sudaro joninius ryšius turinčios medžiagos, galinčios surišti ir paprastus jonus Na+, Cl-, ir kompleksinius SO24-, OH-. Taigi joninės kristalinės gardelės turi druskų, kai kurių metalų oksidų ir hidroksilų, t.y. tos medžiagos, kuriose yra joninis cheminis ryšys. Apsvarstykite natrio chlorido kristalą, kurį sudaro teigiamai besikeičiantys Na+ ir neigiami CL- jonai, kartu jie sudaro kubo formos gardelę. Ryšiai tarp jonų tokiame kristale yra itin stabilūs. Dėl šios priežasties medžiagos, turinčios joninę gardelę, yra gana stiprios ir kietos, jos yra atsparios ugniai ir nelakios.
Atominis Kristalinės gardelės yra tos kristalinės gardelės, kurių mazguose yra atskiri atomai. Tokiose gardelėse atomai yra labai stipriai sujungti vienas su kitu kovalentiniai ryšiai. Pavyzdžiui, deimantas yra vienas iš alotropinės modifikacijos anglies.
Medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, gamtoje nėra labai paplitusios. Tai yra kristalinis boras, silicis ir germanis, taip pat sudėtingos medžiagos, pavyzdžiui, tie, kuriuose yra silicio oksido (IV) – SiO 2: silicio dioksidas, kvarcas, smėlis, kalnų krištolas.
Didžioji dauguma medžiagų, turinčių atominę kristalinę gardelę, turi labai aukštą lydymosi temperatūrą (deimantams ji viršija 3500 °C), tokios medžiagos yra stiprios ir kietos, praktiškai netirpios.
Molekulinė Tai vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose išsidėsčiusios molekulės. Cheminiai ryšiai šiose molekulėse taip pat gali būti poliniai (HCl, H 2 0) arba nepoliniai (N 2, O 3). Ir nors molekulių viduje esantys atomai yra sujungti labai stipriais kovalentiniais ryšiais, tarp pačių molekulių yra silpnos jėgos tarpmolekulinė trauka. Štai kodėl medžiagoms su molekulinėmis kristalinėmis gardelėmis būdingas mažas kietumas, žema lydymosi temperatūra ir lakumas.
Tokių medžiagų pavyzdžiai apima kietas vanduo– ledas, kietas anglies monoksidas (IV) – „sausasis ledas“, kietas vandenilio chloridas ir vandenilio sulfidas, kietos paprastos medžiagos susidarė viena - ( tauriųjų dujų), dvi - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), trys - (O 3), keturios - (P 4), aštuonių atomų (S 8) molekulės. Didžioji dauguma kietų organiniai junginiai turi molekulines kristalines gardeles (naftaleną, gliukozę, cukrų).
blog.site, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į pirminį šaltinį.
IN cheminės sąveikosĮ vidų patenka ne atskiri atomai ar molekulės, o medžiagos. Medžiagos klasifikuojamos pagal jungties tipą molekulinės ir nemolekulinės pastatai.
Tai medžiagos, sudarytos iš molekulių. Ryšiai tarp molekulių tokiose medžiagose yra labai silpni, daug silpnesni nei tarp molekulės viduje esančių atomų ir netgi santykinai žemos temperatūros jie plyšta – medžiaga virsta skysčiu, o paskui dujomis (jodo sublimacija). Medžiagų, susidedančių iš molekulių, lydymosi ir virimo temperatūra didėja didėjant molekulinė masė. KAM molekulinės medžiagos apima medžiagas, turinčias atominę struktūrą (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), tarp jų yra metalų ir nemetalų.
Nemolekulinė medžiagų struktūra
Į medžiagas nemolekulinės struktūros apima joninius junginius. Dauguma metalų junginių su nemetalais turi tokią struktūrą: visos druskos (NaCl, K 2 S0 4), kai kurie hidridai (LiH) ir oksidai (CaO, MgO, FeO), bazės (NaOH, KOH). Joninės (ne molekulinės) medžiagos turi aukštą lydymosi ir virimo temperatūrą.
Kietosios medžiagos: kristalinės ir amorfinės
Amorfinės medžiagos jie neturi aiškios lydymosi temperatūros – kaitinant palaipsniui minkštėja ir virsta skysta būsena. Pavyzdžiui, plastilinas ir įvairios dervos yra amorfinės būsenos.
Kristalinės medžiagos yra charakterizuojami teisinga vieta tos dalelės, iš kurių jie susideda: atomai, molekulės ir jonai – griežtai apibrėžtuose erdvės taškuose. Sujungus šiuos taškus tiesiomis linijomis, susidaro erdvinis rėmas, vadinamas kristalinė gardelė. Taškai, kuriuose yra kristalų dalelės, vadinami gardelės mazgai.
Priklausomai nuo dalelių, esančių kristalinės gardelės mazguose, tipo ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriami keturi kristalų gardelių tipai: joninės, atominės, molekulinės ir metalinės .
Joninės kristalinės gardelės
Joninės vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra jonų. Jas sudaro medžiagos, turinčios joninius ryšius, kurios gali surišti tiek paprastus jonus Na +, Cl -, tiek kompleksinius jonus S0 4 2-, OH -. Vadinasi, druskos ir kai kurie metalų oksidai bei hidroksidai turi jonines kristalines gardeles. Pavyzdžiui, natrio chlorido kristalas yra pagamintas iš kintamo teigiami jonai Na + ir neigiamas Cl - , sudaro kubo formos gardelę.
Stalo druskos joninė kristalinė gardelė
Ryšiai tarp jonų tokiame kristale yra labai stabilūs. Todėl medžiagos, turinčios joninę gardelę, pasižymi gana dideliu kietumu ir stiprumu, yra ugniai atsparios ir nelakios.
Atominės kristalinės gardelės
Atominis vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra atskiri atomai. Tokiose gardelėse atomai yra sujungti vienas su kitu labai stipriais kovalentiniais ryšiais. Medžiagų su tokio tipo kristalinėmis gardelėmis pavyzdys yra deimantas, viena iš alotropinių anglies modifikacijų.
Deimantų atominė kristalinė gardelė
Daugumos medžiagų, turinčių atominę kristalinę gardelę, lydymosi temperatūra yra labai aukšta (pavyzdžiui, deimantų ji yra didesnė nei 3500 °C), jos yra stiprios ir kietos, praktiškai netirpios.
Molekulinės kristalinės gardelės
Molekulinė vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose išsidėsčiusios molekulės.
Jodo molekulinė kristalinė gardelė
Cheminiai ryšiai šiose molekulėse gali būti ir poliniai (HCl, H 2 O), ir nepoliniai (N 2, O 2). Nepaisant to, kad molekulių viduje esantys atomai yra sujungti labai stipriais kovalentiniais ryšiais, tarp pačių molekulių veikia silpnos tarpmolekulinės traukos jėgos. Todėl medžiagos su molekulinėmis kristalinėmis gardelėmis turi mažą kietumą, žemą lydymosi temperatūrą ir yra lakios. Dauguma kietųjų organinių junginių turi molekulines kristalines gardeles (naftaleną, gliukozę, cukrų).
Metalinės kristalinės grotelės
Medžiagos su metalinėmis jungtimis turi metalo kristalinės grotelės.
Tokių gardelių vietose yra atomai ir jonai (arba atomai, arba jonai, į kuriuos metalo atomai lengvai virsta, atsisakydami savo išoriniai elektronai„V bendras naudojimas“). Ši vidinė metalų struktūra lemia jų charakteristikas fizines savybes: kaliumas, plastiškumas, elektros ir šilumos laidumas, būdingas metalo blizgesys.
Medžiagos struktūrą lemia ne tik santykinis atomų išsidėstymas cheminėse dalelėse, bet ir šių cheminių dalelių išsidėstymas erdvėje. Labiausiai tvarkingas atomų, molekulių ir jonų išdėstymas kristalai(iš graikų kalbos kristalai“ – ledas), kur cheminės dalelės (atomai, molekulės, jonai) išsidėsto tam tikra tvarka, erdvėje suformuodamos kristalinę gardelę. Tam tikromis susidarymo sąlygomis jos gali turėti natūrali forma teisinga simetriškas daugiakampis. Kristalinei būsenai būdinga ilgalaikė dalelių išdėstymo tvarka ir kristalinės gardelės simetrija.
Už amorfinė būsena būdingas tik trumpojo nuotolio tvarkos buvimas. Amorfinių medžiagų struktūros primena skysčius, tačiau turi daug mažiau sklandumo. Amorfinė būsena paprastai yra nestabili. Veikiant mechaninėms apkrovoms ar temperatūros pokyčiams, amorfiniai kūnai gali kristalizuotis. Reaktyvumas medžiagų amorfinėje būsenoje yra žymiai daugiau nei kristalinėje būsenoje.
Amorfinės medžiagos
Pagrindinis ženklas amorfinis(iš graikų kalbos amorfas“ – beformė) materijos būsena – atomo nebuvimas arba molekulinė gardelė, tai yra kristalinei būsenai būdingas struktūros trimatis periodiškumas.
Atvėsus skysta medžiaga ne visada vyksta kristalizacija. tam tikromis sąlygomis gali susidaryti nepusiausvyra kieta amorfinė (stiklinė) būsena. Stiklinėje būsenoje gali būti paprastų medžiagų (anglies, fosforo, arseno, sieros, seleno), oksidų (pavyzdžiui, boro, silicio, fosforo), halogenidų, chalkogenidų ir daugelio organinių polimerų.
Šioje būsenoje medžiaga gali būti stabili ilgą laiką, pavyzdžiui, kai kurių vulkaninių stiklų amžius vertinamas milijonais metų. Fizinės ir cheminės savybės stiklinės amorfinės būsenos medžiagos gali labai skirtis nuo kristalinės medžiagos savybių. Pavyzdžiui, stiklinis germanio dioksidas yra chemiškai aktyvesnis nei kristalinis. Skystos ir kietos amorfinės būsenos savybių skirtumus lemia dalelių šiluminio judėjimo pobūdis: amorfinėje būsenoje dalelės gali tik svyruoti ir suktis, bet negali judėti per medžiagos storį.
Yra medžiagų, kurios gali egzistuoti tik kietos formos amorfinėje būsenoje. Tai reiškia polimerus su netaisyklinga vienetų seka.
Amorfiniai kūnai izotropinis, tai yra, jų mechaninės, optinės, elektrinės ir kitos savybės nepriklauso nuo krypties. Amorfiniai kūnai neturi fiksuotos lydymosi temperatūros: lydymas vyksta tam tikrame temperatūrų intervale. Perėjimas amorfinė medžiaga iš kietos būsenos į skystą nelydi staigus savybių pasikeitimas. Fizinis modelis amorfinė būsena dar nesukurta.
Kristalinės medžiagos
Tvirtas kristalai- trimačiai dariniai, kuriems būdingas griežtas to paties konstrukcinio elemento pakartojamumas ( vienetinė ląstelė) visomis kryptimis. Vienetinė ląstelė yra mažiausias kristalo tūris, pasikartojantis kristale gretasienio pavidalu begalinis skaičius vieną kartą.
Geometriškai teisinga forma kristalai, visų pirma, dėl jų griežtai natūralaus vidinė struktūra. Jei vietoj atomų, jonų ar molekulių kristale vaizduosime taškus kaip šių dalelių svorio centrus, gautume trimatį reguliarų tokių taškų pasiskirstymą, vadinamą kristaline gardele. Patys taškai vadinami mazgai kristalinė gardelė.
Kristalinių gardelių rūšys
Priklausomai nuo to, iš kokių dalelių sudaryta kristalinė gardelė ir koks yra cheminis ryšys tarp jų, yra įvairių tipų kristalai.
Joninius kristalus sudaro katijonai ir anijonai (pavyzdžiui, daugumos metalų druskos ir hidroksidai). Juose tarp dalelių yra joninis ryšys.
Joniniai kristalai gali būti sudaryti iš monatominis jonų. Taip statomi kristalai natrio chloridas, kalio jodidas, kalcio fluoridas.
Monatominiai metalų katijonai ir poliatominiai anijonai, pavyzdžiui, nitratų jonai NO 3 −, sulfato jonai SO 4 2−, karbonato jonai CO 3 2−, dalyvauja formuojant daugelio druskų joninius kristalus.
Joniniame kristale neįmanoma išskirti atskirų molekulių. Kiekvienas katijonas yra pritraukiamas prie kiekvieno anijono ir atstumiamas kitų katijonų. Visas kristalas gali būti laikomas didžiule molekule. Tokios molekulės dydis neribojamas, nes ji gali augti pridedant naujų katijonų ir anijonų.
Dauguma joniniai junginiai kristalizuojasi viename iš struktūrinių tipų, kurie skiriasi vienas nuo kito koordinacinio skaičiaus reikšme, tai yra kaimynų skaičiumi aplink tam tikrą joną (4, 6 arba 8). Joniniams junginiams su vienodas skaičius katijonai ir anijonai, žinomi keturi pagrindiniai kristalinių gardelių tipai: natrio chloridas (abiejų jonų koordinacijos skaičius yra 6), cezio chloridas (abiejų jonų koordinacijos skaičius yra 8), sfaleritas ir vurcitas (abiems struktūriniams tipams būdinga katijono ir anijono koordinacinis skaičius lygus 4). Jei katijonų skaičius padvigubinamas mažesnis skaičius anijonų, tada katijonų koordinacinis skaičius turėtų būti du kartus didesnis už anijonų koordinacinį skaičių. Šiuo atveju jie yra įgyvendinami struktūriniai tipai fluoritas ( koordinaciniai numeriai 8 ir 4), rutilas (koordinacijos numeriai 6 ir 3), kristobalitas (koordinacijos numeriai 4 ir 2).
Paprastai joniniai kristalai yra kieti, bet trapūs. Jų trapumas atsiranda dėl to, kad net ir nežymiai deformuojant kristalą katijonai ir anijonai pasislenka taip, kad atstumiančios jėgos tarp to paties pavadinimo jonai pradeda dominuoti traukos jėgos tarp katijonų ir anijonų, o kristalas žlunga.
Joninių kristalų lydymosi temperatūra yra aukšta. Išlydytoje būsenoje medžiagos, sudarančios joninius kristalus, yra laidžios elektrai. Ištirpusios vandenyje šios medžiagos disocijuoja į katijonus ir anijonus, o susidarę tirpalai praleidžia elektros srovę.
Didelis tirpumas poliniuose tirpikliuose, kartu su elektrolitinė disociacija yra dėl to, kad tirpiklio aplinkoje su didele dielektrine konstanta ε mažėja traukos energija tarp jonų. Leidžiamumas vanduo yra 82 kartus didesnis nei vakuumas (sąlygiškai egzistuojantis joniniame kristale), trauka tarp jonų vandeninis tirpalas. Poveikį sustiprina jonų tirpinimas.
Atominiai kristalai sudaryti iš atskiri atomai, jungiami kovalentiniais ryšiais. Iš paprastų medžiagų tokias kristalines groteles turi tik boras ir IVA grupės elementai. Neretai nemetalų junginiai tarpusavyje (pavyzdžiui, silicio dioksidas) taip pat sudaro atominius kristalus.
Kaip ir joniniai kristalai, atominiai kristalai gali būti laikomi milžiniškomis molekulėmis. Jie yra labai patvarūs ir kieti, blogai praleidžia šilumą ir elektrą. Medžiagos, turinčios atomines kristalines gardeles, lydosi aukštoje temperatūroje. Jie praktiškai netirpsta jokiuose tirpikliuose. Jiems būdingas mažas reaktyvumas.
Molekuliniai kristalai yra sudaryti iš atskirų molekulių, kuriose atomai yra sujungti kovalentiniais ryšiais. Tarp molekulių veikia silpnesnės tarpmolekulinės jėgos. Jie lengvai sunaikinami, todėl molekuliniai kristalai turi žemą lydymosi temperatūrą, mažą kietumą ir didelį lakumą. Medžiagos, kurios sudaro molekulines kristalines gardeles, neturi elektros laidumas, jų tirpalai ir lydalai taip pat nepraleidžia elektros srovės.
Tarpmolekulinės jėgos atsiranda dėl vienos molekulės neigiamai įkrautų elektronų elektrostatinės sąveikos su kaimyninių molekulių teigiamai įkrautais branduoliais. Tarpmolekulinės sąveikos stiprumą įtakoja daug veiksnių. Svarbiausias iš jų yra buvimas poliniai ryšiai, tai yra elektronų tankio poslinkis iš vieno atomo į kitą. Be to, tarpmolekulinė sąveika stipriau pasireiškia tarp molekulių su didelis skaičius elektronų.
Dauguma nemetalų yra paprastų medžiagų pavidalu (pavyzdžiui, jodo I 2 , argonas Ar, siera S 8) ir junginiai tarpusavyje (pavyzdžiui, vanduo, anglies dioksidas, vandenilio chloridas), taip pat beveik visos kietosios medžiagos organinės medžiagos formuoja molekulinius kristalus.
Metalams būdinga metalinė kristalinė gardelė. Jame yra metalinė jungtis tarp atomų. Metalo kristaluose atomų branduoliai išsidėstę taip, kad jų pakuotė būtų kuo tankesnė. Ryšys tokiuose kristaluose yra delokalizuotas ir tęsiasi per visą kristalą. Metalo kristalai pasižymi dideliu elektros ir šilumos laidumu, metaliniu blizgesiu ir neskaidrumu, lengvai deformuojasi.
Kristalinių gardelių klasifikacija atitinka ribojančius atvejus. Dauguma kristalų neorganinių medžiagų priklauso tarpiniams tipams – kovalentiniams-joniniams, molekuliniams-kovalentiniams ir kt. Pavyzdžiui, kristale grafitas Kiekviename sluoksnyje jungtys yra kovalentinės-metalinės, o tarp sluoksnių - tarpmolekulinės.
Izomorfizmas ir polimorfizmas
Daugelis kristalinės medžiagos turi tas pačias struktūras. Tuo pačiu metu ta pati medžiaga gali sudaryti skirtingas kristalų struktūras. Tai atsispindi reiškiniuose izomorfizmas Ir polimorfizmas.
Izomorfizmas slypi atomų, jonų ar molekulių gebėjime pakeisti vienas kitą kristalų struktūrose. Šis terminas (iš graikų kalbos isos" - lygus ir " morphe“ – forma) pasiūlė E. Mitscherlich 1819 m. Izomorfizmo dėsnį E. Mitscherlichas suformulavo taip: „Tas pats skaičius atomų, sujungtų vienodai, suteikia tas pačias kristalines formas ir kristalinė forma nuo to nepriklauso cheminė prigimtis atomų, bet tai lemia tik jų skaičius ir santykinė padėtis“.
Dirbama chemijos laboratorija Berlyno universitetas, Mitscherlichas atkreipė dėmesį į visišką švino, bario ir stroncio sulfatų kristalų panašumą ir daugelio kitų medžiagų kristalinių formų panašumą. Jo pastebėjimai patraukė žymaus švedų chemiko J.-Ya dėmesį. Berzelius, kuris pasiūlė Mitscherlich patvirtinti pastebėtus modelius, naudodamas fosforo ir arseno rūgščių junginių pavyzdį. Atlikus tyrimą buvo prieita prie išvados, kad „dvi druskos serijos skiriasi tik tuo, kad vienoje yra arseno kaip rūgšties radikalo, o kitoje yra fosforo“. Mitscherlicho atradimas labai greitai patraukė mineralogų dėmesį, kurie pradėjo tyrinėti izomorfinio elementų pakeitimo mineraluose problemą.
Bendrai kristalizuojant medžiagas, linkusias į izomorfizmą ( izomorfinis medžiagos), susidaro mišrūs kristalai (izomorfiniai mišiniai). Tai įmanoma tik tuo atveju, jei viena kitą pakeičiančios dalelės mažai skiriasi savo dydžiu (ne daugiau kaip 15%). Be to, izomorfinės medžiagos turi turėti panašų erdvinį atomų arba jonų išsidėstymą, taigi ir panašios išorinės formos kristalus. Tokios medžiagos apima, pavyzdžiui, alūną. Kalio alūno kristaluose KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O kalio katijonai gali būti iš dalies arba visiškai pakeisti rubidžio arba amonio katijonais, o aliuminio katijonai – chromo (III) arba geležies (III) katijonais.
Izomorfizmas yra plačiai paplitęs gamtoje. Dauguma mineralų yra izomorfiniai kompleksų mišiniai kintama kompozicija. Pavyzdžiui, mineraliniame sfalerite ZnS iki 20% cinko atomų gali būti pakeisti geležies atomais (tuo tarpu ZnS ir FeS turi skirtingą kristalų struktūrą). Izomorfizmas siejamas su retų ir mikroelementų geocheminiu elgesiu, jų pasiskirstymu akmenys ir rūdos, kur jos yra izomorfinių priemaišų pavidalu.
Izomorfinis pakaitalas lemia daugelį naudingų savybių dirbtinės medžiagos šiuolaikinės technologijos- puslaidininkiai, feromagnetai, lazerinės medžiagos.
Daugelis medžiagų gali sudaryti kristalines formas, kurios turi skirtinga struktūra ir savybės, bet ta pati sudėtis ( polimorfinis modifikacijos). Polimorfizmas- gebėjimas kietųjų medžiagų ir skystieji kristalai yra dviejų ar daugiau formų, turinčių skirtingą kristalų struktūrą ir savybes, kurių cheminė sudėtis yra tokia pati. Šis žodis kilęs iš graikų kalbos polimorfas“ – įvairus. Polimorfizmo reiškinį atrado M. Klaprotas, kuris 1798 metais atrado, kad du skirtingi mineralai – kalcitas ir aragonitas – turi tą patį. cheminė sudėtis CaCO 3 .
Paprastų medžiagų polimorfizmas paprastai vadinamas alotropija, o polimorfizmo sąvoka netaikoma nekristalinėms medžiagoms. alotropinės formos(pavyzdžiui, dujinis O 2 ir O 3). Tipiškas pavyzdys polimorfinės formos – anglies modifikacijos (deimantas, lonsdaleitas, grafitas, karabinai ir fullerenai), kurios stipriai skiriasi savybėmis. Stabiliausia anglies egzistavimo forma yra grafitas, tačiau kitos jo modifikacijos normaliomis sąlygomis gali išlikti neribotą laiką. Aukštoje temperatūroje jie virsta grafitu. Kalbant apie deimantą, tai įvyksta kaitinant virš 1000 o C, kai nėra deguonies. Atvirkštinį perėjimą pasiekti daug sunkiau. Reikalinga ne tik aukšta temperatūra (1200-1600 o C), bet ir didžiulis slėgis – iki 100 tūkstančių atmosferų. Grafitą paversti deimantu lengviau, kai yra išlydytų metalų (geležies, kobalto, chromo ir kt.).
Molekulinių kristalų atveju polimorfizmas pasireiškia skirtingu molekulių susikaupimu kristale arba molekulių formos pokyčiais, o joniniai kristalai- įvairiuose santykinė padėtis katijonai ir anijonai. Kai kurios paprastos ir sudėtingos medžiagos turi daugiau nei du polimorfus. Pavyzdžiui, silicio dioksidas turi dešimt modifikacijų, kalcio fluoridas – šešias, amonio nitratas – keturias. Paprastai žymimos polimorfinės modifikacijos Graikiškos raidėsα, β, γ, δ, ε,... pradedant modifikacijomis, kurios yra stabilios žemoje temperatūroje.
Kristalizuojant iš garų, tirpinant ar išlydant medžiagą, kuri turi keletą polimorfinių modifikacijų, pirmiausia susidaro tam tikromis sąlygomis mažiau stabili modifikacija, kuri vėliau virsta stabilesne. Pavyzdžiui, kondensuojantis fosforo garams jis susidaro baltasis fosforas, kuris normaliomis sąlygomis lėtai, bet kaitinant greitai virsta raudonuoju fosforu. Dehidratuojant švino hidroksidą, iš pradžių (apie 70 o C) susidaro žemoje temperatūroje mažiau stabilus geltonasis β-PbO, apie 100 o C jis virsta raudonuoju α-PbO, o 540 o C temperatūroje virsta. atgal į β-PbO.
Perėjimas iš vieno polimorfo į kitą vadinamas polimorfine transformacija. Šie perėjimai įvyksta, kai keičiasi temperatūra arba slėgis, ir juos lydi staigus savybių pasikeitimas.
Perėjimo iš vienos modifikacijos į kitą procesas gali būti grįžtamas arba negrįžtamas. Taigi, kaitinant 1500-1800 o C temperatūroje ir kelių dešimčių atmosferų slėgyje baltą minkštą į grafitą panašią BN sudėties medžiagą (boro nitridą), susidaro jos aukštos temperatūros modifikacija - borazonas, savo kietumu artimas deimantui. Kai temperatūra ir slėgis sumažėja iki normalias sąlygas atitinkančių verčių, borazonas išlaiko savo struktūrą. Grįžtamo perėjimo pavyzdys yra dviejų sieros modifikacijų (ortorombinės ir monoklininės) abipusės transformacijos 95 o C temperatūroje.
Polimorfinės transformacijos gali vykti be reikšmingų struktūros pokyčių. Kartais keisti kristalų struktūra visiškai nėra, pvz., α-Fe pereinant į β-Fe 769 o C temperatūroje, geležies struktūra nekinta, bet išnyksta jos feromagnetinės savybės.
