Joniniai junginiai(pvz., chloridas natrio NaCl) – kieti ir ugniai atsparūs, nes tarp jų jonų krūvių ("+" ir "-") yra galingos elektrostatinės traukos jėgos.
Neigiamai įkrautas chloro jonas pritraukia ne tik „savo“ Na+ joną, bet ir kitus aplinkui esančius natrio jonus. Tai lemia tai, kad šalia bet kurio jono yra daugiau nei vienas jonas priešingas ženklas, bet keli (1 pav.).
Ryžiai. 1
Tiesą sakant, aplink kiekvieną chloro joną yra 6 natrio jonai, o aplink kiekvieną natrio joną – 6 chlorido jonai.
Šis tvarkingas jonų paketas vadinamas joniniu kristalu. Jei izoliuosite kristale vienas atomas chloro, tada tarp jį supančių natrio atomų nebeįmanoma rasti to, su kuriuo reagavo chloras. Elektrostatinių jėgų vienas prie kito traukiami jonai itin nenoriai keičia savo vietą veikiami išorinės jėgos ar kylant temperatūrai. Bet jei temperatūra labai aukšta (apie 1500°C), tada NaCl išgaruoja ir susidaro dviatominės molekulės. Tai rodo, kad kovalentinės surišimo jėgos niekada nėra visiškai išjungtos.
Joniniai kristalai išsiskiria aukšta lydymosi temperatūra, dažniausiai dideliu juostos tarpu, turi joninį laidumą aukštoje temperatūroje ir daug specifinių optinių savybių (pavyzdžiui, skaidrumas artimoje IR spektro srityje). Jie gali būti sudaryti tiek iš vienatominių, tiek iš daugiaatominių jonų. Pirmojo tipo joninių kristalų pavyzdys yra šarminių ir šarminių žemių metalų halogenidų kristalai; anijonai išsidėstę pagal tankaus sferinio susidėvėjimo arba tankaus sferinio krūvos dėsnį, katijonai užima atitinkamas tuštumas. Dauguma būdingos struktūrosŠis tipas yra NaCl, CsCl, CaF2 antrojo tipo joniniai kristalai yra sudaryti iš tų pačių metalų monoatominių katijonų ir baigtinių arba begalinių anijoninių fragmentų. Galiniai anijonai (rūgščių likučiai) - NO3-, SO42-, СО32- ir kt. Rūgščių likučiai gali būti sujungti į nesibaigiančias grandines, sluoksnius arba suformuoti trimatį karkasą, kurio ertmėse išsidėstę katijonai, kaip pvz. silikatų kristalinėse struktūrose. Joniniams kristalams galima apskaičiuoti kristalinės struktūros U energiją (žr. lentelę), kuri apytiksliai lygi sublimacijos entalpijai; rezultatai gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis. Pagal Born-Meier lygtį kristalui, susidedančiam iš formaliai vieną krūvį turinčių jonų:
U = -A/R + Be-R/r - C/R6 - D/R8 + E0
- (R yra trumpiausias tarpjoninis atstumas, A yra Madelung konstanta, priklausomai nuo struktūros geometrijos, B ir r yra parametrai, apibūdinantys atstūmimą tarp dalelių, C/R6 ir D/R8 apibūdina atitinkamą dipolį-dipolį ir dipolio-kvadrupolį jonų sąveika, E
- 0 - nulinio taško energija, e
- - elektronų krūvis). Didėjant katijonui, didėja dipolio sąveikos indėlis.
Fazių perėjimai yra dviejų tipų – pirmos ir antros eilės. Pirmosios eilės fazių perėjimai apima medžiagos agregacijos būsenos pasikeitimą: lydymosi ir kristalizacijos, garavimo ir kondensacijos, sublimacijos arba sublimacijos procesus, o tankis staigiai keičiasi, vidinė energija, entropija.
Reikėtų pažymėti, kad laikoma kieta kristalinė būsena, t.y. būsena, kai atomai yra kristalinės gardelės vietose. Fig. 2-5.1 parodyta akmens druskos kristalinė gardelė NaCl. Kaip matyti iš paveikslo, kristalas dėl erdvinio struktūros periodiškumo susideda iš pasikartojančių dalių.
1 mm kristale pasikartojantis atomų išsidėstymas vyksta šimtus tūkstančių kartų. Todėl terminas „ ilgo nuotolio užsakymas“ Dauguma kietosios medžiagos yra kristalinės kietosios medžiagos. Įprastomis sąlygomis jie susideda iš susiliejusių grūdelių, kurių dydis yra apie 0,001 mm. Tokiame grūde aiškiai išreikšta ilgalaikė tvarka.
Tačiau gamtoje yra kietų medžiagų su kompleksu molekulinė struktūra, pavyzdžiui, stiklas, dervos, plastikai, kurių neturi periodinė struktūra. Tai yra amorfinės kietosios medžiagos, kurios iš tikrųjų yra neįprastai didelio klampumo skysčiai. Tokie kūnai takumo savybę įgyja ne staiga, o per laipsniškas mažėjimas klampumas, kurį sukelia temperatūros padidėjimas. Amorfinės kietosios medžiagos yra kontrastuojamos su kristalais, kurie turi formą taisyklingas daugiakampis. Reikia pabrėžti, kad kristališkumas nebūtinai pasireiškia jų išorinės formos ypatumais, tai yra grotelių struktūra (metalo gabalas neturi teisinga forma, bet nėra amorfinis).
Kokia yra pagrindinė kristalų savybė? Šis ženklas yra ryškios lydymosi temperatūros buvimas. Jei kristalinis kūnas yra šildomas, jo temperatūra kils tol, kol pradės tirpti. Po to temperatūros kilimas sustos, o visas lydymosi procesas vyks griežtai apibrėžtoje pastovioje temperatūroje, vadinamoje lydymosi tašku. T pl.
Fig. 2-5.2 paveiksle pavaizduotos kvarco ir kvarcinio stiklo sandaros diagramos. Tas pats ir viduje chemiškai medžiaga, bet viena kristalinės, kita amorfinės formos. Aplinkos prigimtis artimiausi kaimynai abiem atvejais jis yra tas pats, bet amorfiniame kūne nėra tolimosios tvarkos; amorfinis kūnas yra „sugadintas kristalas“. Trūksta ilgalaikės tvarkos būdingas bruožas kristaliniai kūnai yra tiesioginė priežastis nėra ryškios lydymosi temperatūros. Lydymosi taške įvyksta perėjimas, kurio metu tolimoji tvarka išnyksta, o gardelė skyla į lengvai judančias submikroskopines sritis, kurios turi tokį patį atomų išsidėstymą kaip ir pirminis kristalas, bet yra statiškai atsitiktinai orientuoti vienas kito atžvilgiu, palikdami tik trumpus. -atomų išsidėstymo diapazono tvarka.
Kvarcinės struktūros diagrama
a) kristalinis, b) amorfinis
(paveikslėlis atitinka supaprastintą plokščią modelį)
Amorfiniuose kūnuose, kylant temperatūrai, didėjant temperatūrai, jų judėjimo pobūdis nesikeičia, atomai „išslysta“ iš aplinkos, keičiasi kaimynai; Galiausiai tokių pokyčių skaičius per sekundę tampa toks pat didelis, kaip ir skysčio.
Aukščiau minėjome, kad visų agreguotų transformacijų metu energija sugeriama arba išleidžiama. Pavyzdžiui, norint paversti kilogramą vandens į garą, reikia išleisti 2,3 × 10 6 J energijos. Ši energija reikalinga tarp vandens molekulių veikiančioms traukos jėgoms įveikti.
Metalai pradeda tirpti tik tada, kai pradeda byrėti jų kristalinė gardelė, o tam taip pat reikia energijos. Ši energija vadinama latentine sintezės šiluma. Lydymosi šiluma, susijusi su medžiagos mase, vadinama specifine latentine sintezės šiluma. Pavyzdžiui, cinkui jis yra 1,11×10 5 J/kg, t.y. reikalingas šilumos kiekis yra 111 kJ/kg, kad kada T pl= 419,5°С konvertuoti 1 kg cinko iš kietos būsenosį skystį. Fig. 2-5.3 parodyta kreivė fazių perėjimas kietas skystis (1). Atvirkštinė transformacija – kristalizacija (2) vyksta toje pačioje temperatūroje ir ją lydi toks pat energijos kiekis, kaip ir lydymosi metu – latentinė kristalizacijos šiluma. Latentinė perėjimo šiluma vadinama latentine, nes šios šilumos tiekimas (absorbcija) ir pašalinimas (išleidimas) nėra lydimas tokio poveikio kaip temperatūros padidėjimas ir sumažėjimas. Nepaisant to, kad mes ir toliau kaitiname kūną (kontrolinė kreivė 1), lydymosi metu temperatūra nekyla, o kristalizacijos metu (2 kristalizacijos kreivė) temperatūra nemažėja, nors skystį ir toliau vėsiname. Skysčių ir kietų medžiagų perėjimą lydi energijos išsiskyrimas. Mikroskopinių kristalų sąveikos energija tampa žymiai didesnė už šiluminių virpesių energiją, ir skystis kristalizuojasi. Tačiau tokio perėjimo metu nauja fazė nesusidaro iš karto visame tūryje, pirmiausia susidaro jos branduoliai, kurie vėliau auga, plinta visame tūryje.
Pirmosios rūšies fazinės transformacijos taip pat apima kai kuriuos kietosios medžiagos perėjimus iš vienos kristalinės modifikacijos į kitą. Šios transformacijos vadinamos polimorfinėmis. Įvairių modifikacijų kristalai susideda iš tos pačios medžiagos ir skiriasi vienas nuo kito tik kristalinės gardelės struktūra. Pavyzdžiui, grafitas ir deimantas gaminami iš to paties elemento – anglies. Skirtingos struktūros reiškia skirtingą fizines savybes. Deimantų fizinės savybės labai skiriasi nuo grafito. Grafitas yra juodas ir visiškai nepermatomas, o deimantas yra skaidrus ir bespalvis; grafitas nedega net esant labai aukštai temperatūrai (tirpsta 385 °C temperatūroje), o deimantas deguonies sraute dega 720 °C temperatūroje. Kitas pavyzdys yra baltas ir pilka skarda. Balta skarda yra blizgus, lengvas ir labai plastiškas metalas, pilka skarda yra trapi ir lengvai virsta milteliais.
„Krištolinė grotelė“ – Užduotis: nustatykite tipą cheminis ryšysšiuose junginiuose: Kietųjų medžiagų klasifikacija. Pagrindinių kristalinių gardelių tipų charakteristikos. Pamokos tema – KRISTOLINĖS GRANDELĖS. HCl, Cl2, H2O, NaBr, BaCl2, CaS, O2, NH3, CO2, C.
„Krištolinių gardelių chemija“ – kristalų gardelių tipai. Medžiagos su ACR turi aukštą lydymosi temperatūrą ir padidina jų kietumą. Dalelių išsidėstymo taškai vadinami kristalinės gardelės mazgais. Deimanto kristalinė gardelė parodyta aukščiau. Savo pažangos vertinimas. Kompozicijos pastovumo dėsnis. Atominis. Joninės kristalinės gardelės yra tos, kurių mazguose yra jonų.
„Kristalinės ir amorfinės medžiagos“ - siera S8. Jodas I2. Tvirtas. Pavyzdžiai: paprastos medžiagos(H2, N2, O2, F2, P4, S8, Ne, He), kompleksines medžiagas (CO2, H2O, cukrų C12H22O11 ir kt.). Medžiagos agregacijos būsena (naudojant deguonies O2 pavyzdį). Nėra griežto dalelių išdėstymo, nėra kristalinės gardelės. Medžiagų savybės: 1) metalinis blizgesys, 2) šilumos ir elektros laidumas, 3) lankstumas ir plastiškumas, 4) neskaidrumas.
Ametisto polikristalas (kvarco rūšis). Amorfiniai kūnai. Ledinukas. Kietųjų medžiagų savybės. Gintaras. Druse iš kalnų krištolo kristalų. Kristalai. Polikristalinis metalas. Monokristalas Akmens druska. Druzas Marijonas. Spar monokristalas. Amorfinis kūnas. Vienas kalnų krištolo kristalas. Amorfinių kūnų fizinės savybės: 1. Beformis 2. Lydymosi temperatūros nebuvimas 3. Izotropija.
„Kristaliniai ir amorfiniai kūnai“ – Tikslas: nustatyti kristalų ir amorfinių kūnų savybių skirtumus. Kristalai turi lydymosi temperatūrą amorfiniai kūnai– temperatūros diapazonas (takumas). Įranga: didinamasis stiklas, mineralų kolekcija ir akmenys, metalo kolekcija. Polikristalai yra izotropiniai. Kristalai yra anizotropiniai, amorfiniai kūnai – izotropiniai. Prieinamumas pastovi temperatūra tirpstantis.
"Salt 4life" - Marbelle 750g. Zimushka-krasa 750g. 4life 125g. Būtinos sąlygos. Droga 1000g. Jūros druska 4Life turi unikalių skonio savybių. Asortimentas. Kuo naudinga 4Life druska? Padėties nustatymas. Marcel (pak. 1000g). Padėties nustatymo žemėlapis (vamzdžiai-druskos plaktuvai). Tikslinė auditorija. Kaina, rub. Papildomai 1000g.
Dauguma kietųjų medžiagų turi kristalų struktūra , kuriame yra dalelės, iš kurių jis „sukurtas“. tam tikra tvarka, taip sukuriant kristalinė gardelė. Jis sukurtas kartojant identiškus struktūriniai vienetai - vienetinės ląstelės, kuris bendrauja su kaimyninėmis ląstelėmis, sudarydamas papildomus mazgus. Dėl to yra 14 skirtingų kristalų gardelių.
Kristalinių gardelių rūšys.
Priklausomai nuo dalelių, esančių gardelės mazguose, jos išskiriamos:
- metalinės kristalinės grotelės;
- joninė kristalinė gardelė;
- molekulinė kristalinė gardelė;
- stambiamolekulinė (atominė) kristalinė gardelė.
Metalinis ryšys kristalinėse gardelėse.
Jonų kristalai padidino trapumą, nes kristalinės gardelės poslinkis (net ir nedidelis) lemia tai, kad panašaus krūvio jonai pradeda vienas kitą atstumti, jungtys nutrūksta, susidaro įtrūkimai ir skilimai.
Kristalinių gardelių molekulinis sujungimas.
Pagrindinis tarpmolekulinio ryšio bruožas yra jo „silpnumas“ (van der Waals, vandenilis).
Tokia yra ledo struktūra. Kiekviena vandens molekulė yra sujungta vandeniliniais ryšiais su 4 ją supančiomis molekulėmis, todėl susidaro tetraedrinė struktūra.
Vandenilio jungtis paaiškina aukšta temperatūra virimo, lydymosi ir mažo tankio;
Kristalinių gardelių makromolekulinis ryšys.
Kristalinės gardelės mazguose yra atomai. Šie kristalai skirstomi į 3 tipai:
- rėmas;
- grandinėlė;
- sluoksniuotos struktūros.
Rėmo struktūra deimantas yra viena iš kiečiausių medžiagų gamtoje. Anglies atomas sudaro 4 vienodus kovalentinius ryšius, kurie rodo formą taisyklingas tetraedras (sp 3 - hibridizacija). Kiekvienas atomas turi po vieną elektronų porą, kuri taip pat gali jungtis su kaimyniniais atomais. Dėl to susidaro trimatė gardelė, kurios mazguose yra tik anglies atomai.
Tokiai struktūrai sunaikinti reikia daug energijos, tokių junginių lydymosi temperatūra yra aukšta (deimantų – 3500°C);
Sluoksniuotos struktūros kalbėti apie kovalentinių ryšių buvimą kiekviename sluoksnyje ir silpnus van der Waals ryšius tarp sluoksnių.
Pažiūrėkime į pavyzdį: grafitas. Kiekvienas anglies atomas yra viduje sp 2 - hibridizacija. 4-asis nesuporuotas elektronas sudaro van der Waals ryšį tarp sluoksnių. Todėl 4-asis sluoksnis yra labai mobilus:
Ryšiai yra silpni, todėl lengvai nutrūksta, ką galima pastebėti pieštuku - "rašymo savybė" - ant popieriaus lieka 4 sluoksnis.
Grafitas yra puikus laidininkas elektros srovė(elektronai gali judėti išilgai sluoksnio plokštumos).
Grandinės konstrukcijos turi oksidų (pvz. TAIP 3 ), kuri kristalizuojasi blizgančių adatų, polimerų, kai kurių amorfinės medžiagos, silikatai (asbestas).
Kaip paaiškinti kristalų savybes molekulinė teorija? XIX amžiaus pradžioje pirmą kartą buvo pasiūlyta, kad išoriškai teisinga kristalų forma nustatoma viduje. teisinga vieta dalelės, sudarančios kristalus, t. y. atomus. Remiantis rentgeno tyrimais, buvo nustatyta, kad ši prielaida yra teisinga.
Kristalus sudarančios dalelės išsidėsčiusios viena kitos atžvilgiu tam tikra tvarka, tam tikrais atstumais viena nuo kitos. Žinoma, dėl šiluminio judėjimo atstumai tarp dalelių visą laiką šiek tiek kinta, tačiau galime kalbėti apie tam tikrą vidutinį atstumą kiekvienai temperatūrai. Mazgų rinkinys, ty taškų, atitinkančių kristalą sudarančių dalelių vidutines padėtis, vadinamas šio kristalo erdvine gardele.
Dalelės, sudarančios kristalus, kai kuriais atvejais yra elektriškai įkrautos dalelės – jonai. Jonais vadinami atomai (arba atomų grupės), kurie prarado arba, atvirkščiai, įgijo vieną, du ar daugiau elektronų. Jei atomas prarado elektronus, tai yra teigiamai įkrauta dalelė. teigiamas jonas. Jei prie atomo pridedami elektronai, tai yra neigiamas jonas. Iš jonų sudaryti kristalai vadinami joniniais kristalais.
Paprastas joninio kristalo erdvinės gardelės pavyzdys yra natrio chlorido kristalo gardelė ( stalo druskos). Įsivaizduojame, kad šios medžiagos molekulė susideda iš vieno chloro atomo ir vieno natrio atomo. Tai yra druskos garų molekulės. Eksperimentinis tyrimas parodė, kad kietame kristale nėra molekulių aukščiau minėta prasme. Natrio chlorido kristalinė gardelė susideda ne iš natrio chlorido molekulių, o iš besikeičiančių chloro ir natrio jonų (444 pav.). Kiekvieną natrio joną supa šeši chloro jonai, išsidėstę trimis viena kitai statmenomis kryptimis, o kiekvienas chloro jonas savo ruožtu yra apsuptas šešių natrio jonų.
Ryžiai. 444. Mazgų išdėstymas in erdvinė gardelė natrio chlorido kristalas
Daugelis druskų, susidedančių iš dviejų atomų (sidabro bromidas ir sidabro chloridas, kalio jodidas, daug sieros metalų ir kt.), turi panašias gardeles. Atstumai tarp vidutinių jonų padėčių skirtingų medžiagų gardelėse nėra vienodi. Natrio chlorido atveju atstumas tarp gretimų jonų yra , sidabro chlorido, kalio jodido ir kt.). Yra ir sudėtingesnių joniniai kristalai. Pavyzdžiui, Islandijos sparno gardelę sudaro jonai ir jonai.
Be joninių kristalų, yra ir kristalų, susidedančių iš neįkrautų dalelių – atomų ar molekulių. Pavyzdžiui, deimantų gardelę sudaro anglies atomai, ledo kristalų gardelę - iš vandens molekulių, naftaleno gardelę - iš didelių molekulinių grupių ir tt Atstumai tarp tokių kristalų atomų taip pat yra .
Atomai ar jonai ne visada yra gardelėse, atstovaujančiose kubų rinkinį (kubinių grotelių), kaip yra daugumoje gardelių sudėtinga išvaizda. Pavyzdys – ledo gardelė (445 pav.). Kaip paaiškinti kristalų fizikinių savybių priklausomybę nuo krypties?
Ryžiai. 445. Erdvinė ledo kristalų gardelė: a) vaizdas iš viršaus; b) vaizdas iš šono. Rutuliukai žymi deguonies atomus; vandenilio atomų padėtis nerodoma
Įtraukite pav. 446, o apskritimai žymi skysčio (pavyzdžiui, gyvsidabrio) atomus, esančius tam tikroje plokštumoje. Pasirinkime atomą ir nubrėžkime tiesias linijas per jį įvairiomis kryptimis. Akivaizdu, kad dėl visiško atomų išsidėstymo atsitiktinumo bet kurios iš šių tiesių identiškuose segmentuose atomų bus praktiškai tiek pat. Tai reiškia, kad esant chaotiškam atomų išdėstymui, visos kryptys yra vienodos.
Ryžiai. 446. a) Atsitiktinis dalelių išsidėstymas skystyje. Bet kokia tiesi linija 
, trauktas per molekulę, susiduria su tiek pat dalelių (jos pažymėtos juodais apskritimais), b) Tvarkingas atomų išsidėstymas kristale. Įvairūs tiesūs praėjo per molekulę susitikti skirtingas numeris atomai
Tai nebus tas pats, jei atliksime tą pačią konstrukciją su teisingu atomų išdėstymu, būdingu, pavyzdžiui, kristalui, kaip parodyta Fig. 446, gim. Matyti, kad kryptimis nubrėžtos tiesios linijos sutiks daug atomų, kryptimi - kiek mažiau, o kryptimi - labai mažai. Tai paaiškina, kodėl fizinės kristalo savybės priklauso nuo krypties. Taigi, pavyzdžiui, valgomosios druskos gardelėje skilimas vyksta lengviausiai išilgai plokštumų, lygiagrečių su arba (447 pav.). Todėl plaktuku smogus į valgomosios druskos krištolo kubą, jis vėl suskaidomas į taisyklingus kubelius, o atsitrenkus į amorfinio stiklo gabalą – į pačių įvairiausių formų šukes.
Ryžiai. 447. Stalo druskos kristale skilimas vyksta lengviau išilgai plokštumų, lygiagrečių su kitomis plokštumomis arba išilgai kitų plokštumų, pvz.
Baigdami pažymime, kad 2012 m tikri kristalai gardelė paprastai nėra taisyklinga visame kristalo tūryje. Vietomis gardelė iškrypusi, yra sričių, kur atomai išsidėstę netvarkingai, vietomis – svetimų atomų inkliuzai. Šie vietiniai iškraipymai atlieka svarbų vaidmenį paaiškinant kai kurias tikrų kristalų savybes.
