Prechod látky z pevného kryštalického stavu do kvapalného sa nazýva topenie. Na roztavenie pevného kryštalického telesa sa musí zahriať na určitú teplotu, to znamená, že sa musí dodať teplo.Teplota, pri ktorej sa látka topí, sa nazývabod topenia látky.
Opačným procesom je prechod z tekutom stave na pevnú látku - vzniká pri znížení teploty, t.j. odoberaní tepla. Prechod látky z kvapalného do tuhého skupenstva sa nazývaotužovanie , alebo kryštállizácie . Teplota, pri ktorej látka kryštalizuje, sa nazývateplota kryštálovcie .
Skúsenosti ukazujú, že akákoľvek látka kryštalizuje a topí sa pri rovnakej teplote.
Na obrázku je znázornený graf závislosti teploty kryštalické telo(ľad) od času ohrevu (od bodu A k veci D) a čas chladenia (od bodu D k veci K). Na to horizontálna os je zobrazený čas a zvislá čiara je teplota.
Graf ukazuje, že pozorovanie procesu sa začalo od okamihu, keď teplota ľadu bola -40 °C, alebo, ako sa hovorí, teplota bola počiatočný momentčas tzačiatok= -40 °C (bod A na grafe). Pri ďalšom zahrievaní sa teplota ľadu zvyšuje (na grafe je to sekcia AB). Teplota sa zvýši na 0 °C – teplota topenia ľadu. Pri 0°C sa ľad začne topiť a jeho teplota prestane stúpať. Počas celej doby topenia (t.j. kým sa neroztopí všetok ľad) sa teplota ľadu nemení, hoci horák ďalej horí a teplo je teda dodávané. Proces tavenia zodpovedá horizontálnej časti grafu slnko . Až potom, čo sa všetok ľad roztopí a zmení sa na vodu, teplota začne opäť stúpať (časť CD). Po dosiahnutí teploty vody +40 °C horák zhasne a voda sa začne ochladzovať, t. j. odoberá teplo (na tento účel môžete umiestniť nádobu s vodou do inej, väčšej nádoby s ľadom). Teplota vody začne klesať (oddiel DE). Keď teplota dosiahne 0 °C, teplota vody prestane klesať, napriek tomu, že teplo je stále odvádzané. Toto je proces kryštalizácie vody - tvorba ľadu (horizontálny rez E.F.). Kým sa všetka voda nezmení na ľad, teplota sa nezmení. Až potom začne teplota ľadu klesať (časť FK).
Vzhľad uvažovaného grafu je vysvetlený nasledovne. Poloha zapnutá AB Vplyvom dodaného tepla sa priemerná kinetická energia molekúl ľadu zvyšuje, jeho teplota stúpa. Poloha zapnutá slnko všetka energia prijatá obsahom banky sa vynakladá na deštrukciu mriežky kryštálov ľadu: usporiadané priestorové usporiadanie jeho molekúl je nahradené neusporiadaným, mení sa vzdialenosť medzi molekulami, t.j. Molekuly sú preskupené tak, že látka sa stáva tekutou. Priemerná kinetická energia molekúl sa nemení, takže teplota zostáva nezmenená. Ďalšie zvýšenie teploty roztavenej ľadovej vody (v oblasti CD) znamená zvýšenie kinetickej energie molekúl vody v dôsledku tepla dodávaného horákom.
Pri chladení vody (oddiel DE) časť energie sa mu odoberie, molekuly vody sa pohybujú nižšími rýchlosťami, ich priemerná kinetická energia klesá - teplota klesá, voda sa ochladzuje. Pri 0°C (horizontálny rez E.F.) sa molekuly začnú zoraďovať v určitom poradí, tvoriace kryštálovú mriežku. Kým sa tento proces neskončí, teplota látky sa napriek odvádzanému teplu nemení, čo znamená, že pri tuhnutí kvapalina (voda) uvoľňuje energiu. Toto je presne energia, ktorú ľad absorboval a zmenil sa na kvapalinu (sekcia slnko). Vnútorná energia kvapaliny je väčšia ako energia pevný. Po roztavení (a kryštalizácii) vnútornej energie telá sa náhle menia.
Kovy, ktoré sa topia pri teplotách nad 1650 ºС, sa nazývajú žiaruvzdorné(titán, chróm, molybdén atď.). Najviac teplo Teplota topenia volfrámu je asi 3400 °C. Žiaruvzdorné kovy a ich zlúčeniny sa používajú ako tepelne odolné materiály pri stavbe lietadiel, výrobe rakiet a vesmírne technológie, jadrová energia.
Ešte raz zdôraznime, že pri tavení látka pohlcuje energiu. Pri kryštalizácii ho naopak uvoľňuje životné prostredie. Prijatím určitého množstva tepla uvoľneného počas kryštalizácie sa médium zahrieva. Toto je dobre známe mnohým vtákom. Niet divu, že ich možno vidieť v zime v mrazivom počasí sedieť na ľade, ktorý pokrýva rieky a jazerá. Vďaka uvoľňovaniu energie pri tvorbe ľadu je vzduch nad ním o niekoľko stupňov teplejší ako na stromoch v lese a vtáky to využívajú.
Tavenie amorfných látok.
Dostupnosť určitého teploty topenia- Toto dôležité znamenie kryštalické látky. Práve podľa tejto vlastnosti ich možno ľahko odlíšiť amorfné telesá, ktoré sú tiež klasifikované ako pevné látky. Patria sem najmä sklo, veľmi viskózne živice a plasty.
Amorfné látky(na rozdiel od kryštalických) nemajú špecifickú teplotu topenia – netopia sa, ale mäknú. Napríklad kus skla pri zahrievaní najskôr zmäkne z tvrdého, dá sa ľahko ohnúť alebo natiahnuť; pri vyššej teplote začne kus meniť svoj tvar vplyvom vlastnej gravitácie. Hustá viskózna hmota pri zahrievaní nadobúda tvar nádoby, v ktorej leží. Táto hmota je najprv hustá ako med, potom ako kyslá smotana a nakoniec sa stáva takmer rovnakou kvapalinou s nízkou viskozitou ako voda. Určitú teplotu prechodu tuhej látky na kvapalinu tu však nie je možné uviesť, pretože neexistuje.
Príčiny spočívajú v zásadnom rozdiele v štruktúre amorfných telies od štruktúry kryštalických. Atómy v amorfných telesách sú usporiadané náhodne. Amorfné telesá svojou štruktúrou pripomínajú kvapaliny. Už v pevnom skle sú atómy usporiadané náhodne. To znamená, že zvyšovanie teploty skla len zväčšuje rozsah vibrácií jeho molekúl, čím sú postupne väčšie a väčšie viac slobody pohyb. Preto sklo postupne mäkne a nevykazuje ostrý prechod „tuhá látka-kvapalina“, charakteristický pre prechod z usporiadania molekúl v v prísnom poradí k neusporiadaným.
Teplo fúzie.
Teplo topenia je množstvo tepla, ktoré sa musí odovzdať látke, keď konštantný tlak A konštantná teplota, rovnakú teplotu topenia, aby sa úplne premenil z pevného kryštalického stavu na kvapalinu. Teplo topenia sa rovná množstvu tepla, ktoré sa uvoľní pri kryštalizácii látky z kvapalného stavu. Počas topenia všetko teplo dodávané látke zvyšuje potenciálnu energiu jej molekúl. Kinetická energia sa nemení, pretože topenie prebieha pri konštantnej teplote.
Pri experimentálnom štúdiu topenia rôznych látok rovnakej hmotnosti si možno všimnúť, že na ich premenu na kvapalinu je potrebné rôzne množstvá teplo. Napríklad na roztopenie jedného kilogramu ľadu je potrebné vynaložiť 332 J energie a na roztopenie 1 kg olova - 25 kJ.
Množstvo tepla uvoľneného telom sa považuje za negatívne. Preto pri výpočte množstva tepla uvoľneného pri kryštalizácii látky s hmotou m, mali by ste použiť rovnaký vzorec, ale so znamienkom mínus:
Spaľovacie teplo.
Spaľovacie teplo(alebo kalorická hodnota, obsah kalórií) je množstvo tepla uvoľneného pri úplné spálenie palivo.
Na ohrev telies sa často využíva energia uvoľnená pri spaľovaní paliva. Bežné palivo (uhlie, ropa, benzín) obsahuje uhlík. Počas spaľovania sa atómy uhlíka spájajú s atómami kyslíka vo vzduchu a vytvárajú molekuly oxidu uhličitého. Kinetická energia týchto molekúl sa ukáže byť väčšia ako energia pôvodných častíc. Zvýšiť Kinetická energia molekuly počas spaľovania sa nazývajú uvoľňovanie energie. Energia uvoľnená pri úplnom spaľovaní paliva je spaľovacie teplo tohto paliva.
Spalné teplo paliva závisí od druhu paliva a jeho hmotnosti. Ako viac hmoty palivo, takže väčšie množstvo teplo uvoľnené pri jeho úplnom spaľovaní.
Fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spaľovaní paliva s hmotnosťou 1 kg, sa nazýva špecifické spalné teplo paliva.Merné spalné teplo je označené písmenomqa meria sa v jouloch na kilogram (J/kg).
Množstvo tepla Q uvoľnené pri spaľovaní m kg paliva sa určuje podľa vzorca:
Ak chcete nájsť množstvo tepla uvoľneného pri úplnom spaľovaní paliva ľubovoľnej hmotnosti, potrebujete špecifické teplo spaľovanie tohto paliva vynásobené jeho hmotnosťou.
Ako už vieme, látka môže existovať v troch stavoch agregácie: plynný, ťažké A kvapalina. Kyslík, ktorý je za normálnych podmienok v plynnom stave, sa pri teplote -194 °C premení na modrastú kvapalinu a pri teplote -218,8 °C sa zmení na snehovú hmotu s modrými kryštálmi.
Teplotný rozsah pre existenciu látky v pevnom stave je určený teplotami varu a topenia. Pevné látky existujú kryštalický A amorfný.
U amorfné látky neexistuje pevná teplota topenia - pri zahrievaní postupne mäknú a prechádzajú do tekutého stavu. V tomto stave sa nachádzajú napríklad rôzne živice a plastelíny.
Kryštalické látky Vyznačujú sa pravidelným usporiadaním častíc, z ktorých pozostávajú: atómov, molekúl a iónov, v presne definovaných bodoch v priestore. Keď sú tieto body spojené priamymi čiarami, vzniká priestorový rámec, nazývaný kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálov, sa nazývajú mriežkové uzly.
Uzly mriežky, ktorú si predstavujeme, môžu obsahovať ióny, atómy a molekuly. Tieto častice tvoria oscilačné pohyby. Pri zvyšovaní teploty sa zväčšuje aj rozsah týchto výkyvov, čo vedie k tepelná rozťažnosť tel.
V závislosti od typu častíc nachádzajúcich sa v uzloch kryštálovej mriežky a povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónový, atómový, molekulárne A kov.
Iónový Tieto sa nazývajú kryštálové mriežky, v ktorých sú ióny umiestnené v uzloch. Sú tvorené látkami s iónovými väzbami, ktoré môžu viazať ako jednoduché ióny Na+, Cl-, tak aj komplexné SO24-, OH-. Teda iónové kryštálové mriežky majú soli, niektoré oxidy a hydroxyly kovov, t.j. tie látky, v ktorých existuje iónová chemická väzba. Uvažujme kryštál chloridu sodného, ktorý pozostáva z kladne sa striedajúcich iónov Na+ a záporných CL-, spolu tvoria mriežku v tvare kocky. Väzby medzi iónmi v takomto kryštáli sú mimoriadne stabilné. Z tohto dôvodu majú látky s iónovou mriežkou relatívne vysokú pevnosť a tvrdosť, sú žiaruvzdorné a neprchavé.
Atómový Kryštálové mriežky sú tie kryštálové mriežky, ktorých uzly obsahujú jednotlivé atómy. V takýchto mriežkach sú atómy navzájom veľmi silne spojené Kovalentné väzby. Napríklad diamant je jedným z alotropné modifikácie uhlíka.
Látky s atómovou kryštálovou mriežkou nie sú v prírode veľmi bežné. Patria sem kryštalický bór, kremík a germánium, ako aj komplexné látky, napríklad tie, ktoré obsahujú oxid kremičitý (IV) - SiO 2: oxid kremičitý, kremeň, piesok, horský krištáľ.
Prevažná väčšina látok s atómovou kryštálovou mriežkou má veľmi vysoké teploty topenia (u diamantu presahuje 3500 °C), takéto látky sú pevné a tvrdé, prakticky nerozpustné.
Molekulárna Tieto sa nazývajú kryštálové mriežky, v ktorých sú molekuly umiestnené v uzloch. Chemické väzby v týchto molekulách môžu byť aj polárne (HCl, H 2 0) alebo nepolárne (N 2, O 3). A hoci sú atómy vo vnútri molekúl spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi samotnými molekulami je a slabé sily intermolekulárna príťažlivosť. Preto sa látky s molekulovými kryštálovými mriežkami vyznačujú nízkou tvrdosťou, nízkou teplotou topenia a prchavosťou.
Príklady takýchto látok zahŕňajú tvrdá voda– ľad, tuhý oxid uhoľnatý (IV) – „suchý ľad“, tuhý chlorovodík a sírovodík, pevné jednoduché látky tvorené jedným - ( vzácnych plynov), dve - (H2, O2, CL2, N2, I2), tri - (03), štyri - (P4), osematómové (S8) molekuly. Prevažná väčšina pevných Organické zlúčeniny majú molekulárne kryštálové mriežky (naftalén, glukóza, cukor).
blog.site, pri kopírovaní celého materiálu alebo jeho časti je potrebný odkaz na pôvodný zdroj.
IN chemické interakcie Nevstupujú do nej jednotlivé atómy alebo molekuly, ale látky. Látky sú klasifikované podľa typu väzby molekulárne a nemolekulárne budov.
Sú to látky zložené z molekúl. Väzby medzi molekulami v takýchto látkach sú veľmi slabé, oveľa slabšie ako medzi atómami vo vnútri molekuly a dokonca aj pri relatívne nízke teploty prasknú - látka sa zmení na kvapalinu a potom na plyn (sublimácia jódu). Teploty topenia a varu látok pozostávajúcich z molekúl sa zvyšujú so zvyšujúcou sa hodnotou molekulovej hmotnosti. TO molekulárne látky patria látky s atómovou štruktúrou (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), medzi nimi sú kovy a nekovy.
Nemolekulárna štruktúra látok
K látkam nemolekulárneštruktúry zahŕňajú iónové zlúčeniny. Väčšina zlúčenín kovov s nekovmi má túto štruktúru: všetky soli (NaCl, K 2 S0 4), niektoré hydridy (LiH) a oxidy (CaO, MgO, FeO), zásady (NaOH, KOH). Iónové (nemolekulárne) látky majú vysoké teploty topenia a varu.
Pevné látky: kryštalické a amorfné
Amorfné látky nemajú jasný bod topenia – pri zahriatí postupne mäknú a prechádzajú do tekutého stavu. Napríklad plastelína a rôzne živice sú v amorfnom stave.
Kryštalické látky sú charakterizované správne umiestnenie tie častice, z ktorých pozostávajú: atómy, molekuly a ióny - v presne definovaných bodoch v priestore. Keď sú tieto body spojené priamkami, vzniká priestorový rámec, tzv kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálov, sa nazývajú mriežkové uzly.
V závislosti od typu častíc nachádzajúcich sa v uzloch kryštálovej mriežky a povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónové, atómové, molekulárne a kovové .
Iónové kryštálové mriežky
Iónový sa nazývajú kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sú ióny. Sú tvorené látkami s iónovými väzbami, ktoré môžu viazať ako jednoduché ióny Na +, Cl -, tak aj komplexné S0 4 2-, OH -. V dôsledku toho majú soli a niektoré oxidy a hydroxidy kovov iónové kryštálové mriežky. Napríklad kryštál chloridu sodného je vyrobený zo striedania kladné ióny Na + a negatívny Cl -, tvoriace mriežku v tvare kocky.
Iónová kryštálová mriežka kuchynskej soli
Väzby medzi iónmi v takomto kryštáli sú veľmi stabilné. Preto sa látky s iónovou mriežkou vyznačujú pomerne vysokou tvrdosťou a pevnosťou, sú žiaruvzdorné a neprchavé.
Atómové kryštálové mriežky
Atómový sa nazývajú kryštálové mriežky, v ktorých uzloch sa nachádzajú jednotlivé atómy. V takýchto mriežkach sú atómy navzájom spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami. Príkladom látok s týmto typom kryštálových mriežok je diamant, jedna z alotropných modifikácií uhlíka.
Atómová kryštálová mriežka diamantu
Väčšina látok s atómovou kryštálovou mriežkou má veľmi vysoké teploty topenia (napr. u diamantu je to nad 3500 °C), sú pevné a tvrdé a prakticky nerozpustné.
Molekulové kryštálové mriežky
Molekulárna nazývané kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sa nachádzajú molekuly.
Molekulárna kryštálová mriežka jódu
Chemické väzby v týchto molekulách môžu byť polárne (HCl, H 2 O) aj nepolárne (N 2, O 2). Napriek tomu, že atómy vo vnútri molekúl sú spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi molekulami samotnými pôsobia slabé medzimolekulové príťažlivé sily. Preto látky s molekulárnymi kryštálovými mriežkami majú nízku tvrdosť, nízke teploty topenia a sú prchavé. Väčšina pevných organických zlúčenín má molekulárne kryštálové mriežky (naftalén, glukóza, cukor).
Kovové kryštálové mriežky
Látky s kovovými väzbami majú kov kryštálové mriežky.
Na miestach takýchto mriežok sa nachádzajú atómy a ióny (buď atómy alebo ióny, na ktoré sa atómy kovov ľahko premieňajú a vzdávajú sa svojich vonkajšie elektróny"V bežné používanie"). Táto vnútorná štruktúra kovov určuje ich charakteristiku fyzikálne vlastnosti: kujnosť, plasticita, elektrická a tepelná vodivosť, charakteristický kovový lesk.
Štruktúra hmoty je určená nielen vzájomným usporiadaním atómov v chemických časticiach, ale aj umiestnením týchto chemických častíc v priestore. Najviac usporiadané usporiadanie atómov, molekúl a iónov je v kryštály(z gréčtiny" crystallos" - ľad), kde sú chemické častice (atómy, molekuly, ióny) usporiadané v určitom poradí, tvoriace kryštálovú mriežku v priestore. Za určitých podmienok vzniku môžu mať prirodzený tvar správne symetrické mnohosteny. Kryštalický stav je charakterizovaný prítomnosťou usporiadania na veľké vzdialenosti v usporiadaní častíc a symetriou kryštálovej mriežky.
Pre amorfný stav charakterizované prítomnosťou len krátkeho dosahu poriadku. Štruktúry amorfných látok pripomínajú kvapaliny, ale majú oveľa menšiu tekutosť. Amorfný stav je zvyčajne nestabilný. Pod vplyvom mechanického zaťaženia alebo teplotných zmien môžu amorfné telesá kryštalizovať. Reaktivita látok v amorfnom stave je výrazne vyššia ako v kryštalickom stave.
Amorfné látky
Hlavné znamenie amorfný(z gréčtiny" amorphos“ – beztvarý) stav hmoty – absencia atómovej resp molekulárna mriežka, teda trojrozmerná periodicita štruktúry charakteristickej pre kryštalický stav.
Pri chladení tekutá látka ku kryštalizácii nedochádza vždy. 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. Fyzické 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 stavu sú určené povahou tepelného pohybu častíc: v amorfnom stave sú častice schopné iba oscilačných a rotačných pohybov, ale nemôžu sa pohybovať cez hrúbku látky.
Existujú látky, ktoré môžu existovať iba v pevnej forme v amorfnom stave. To sa týka polymérov s nepravidelným poradím jednotiek.
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 amorfná látka z pevného do kvapalného stavu nie je sprevádzaná náhlou zmenou vlastností. Fyzikálny model amorfný stav ešte nebol vytvorený.
Kryštalické látky
Pevné kryštály- trojrozmerné útvary vyznačujúce sa prísnou opakovateľnosťou rovnakého konštrukčného prvku ( jednotková bunka) vo všetkých smeroch. Základná bunka je najmenší objem kryštálu vo forme rovnobežnostenu opakujúceho sa v kryštáli nekonečné číslo raz.
Geometricky správna forma kryštálov je v prvom rade spôsobená ich čisto prirodzenosťou vnútorná štruktúra. 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
V závislosti od toho, z akých častíc je kryštálová mriežka vyrobená a aká je povaha chemickej väzby medzi nimi, existujú Rôzne druhy kryštály.
Iónové kryštály sú tvorené katiónmi a aniónmi (napríklad soli a hydroxidy väčšiny kovov). V nich existuje iónová väzba medzi časticami.
Iónové kryštály môžu pozostávať z monatomický ióny. Takto sa stavajú kryštály chlorid sodný, jodid draselný, fluorid vápenatý.
Monatomické katióny kovov a polyatomické anióny, napríklad dusičnanový ión NO 3 −, síranový ión SO 4 2−, uhličitanový ión CO 3 2−, sa podieľajú na tvorbe iónových kryštálov mnohých solí.
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 iónové zlúčeniny kryštalizuje v jednom zo štruktúrnych typov, ktoré sa navzájom líšia hodnotou koordinačného čísla, teda počtom susedov okolo daného iónu (4, 6 alebo 8). Pre iónové zlúčeniny s rovnaký počet 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 sa vyznačujú tzv. koordinačné číslo katiónu a aniónu rovné 4). Ak sa počet katiónov zdvojnásobí menšie číslo anióny, potom by koordinačný počet katiónov mal byť dvojnásobkom koordinačného počtu aniónov. V tomto prípade sú implementované konštrukčné typy fluorit ( koordinačné čísla 8 a 4), rutil (koordinačné čísla 6 a 3), cristobalit (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 vytláčajú takým spôsobom, že odpudivé sily medzi ióny s rovnakým názvom začnú dominovať príťažlivé sily medzi katiónmi a aniónmi a kryštál sa zrúti.
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 elektrolytická disociácia je spôsobené tým, že v prostredí rozpúšťadla s vysokou dielektrickou konštantou ε klesá energia príťažlivosti medzi iónmi. Dielektrická konštanta voda je 82-krát vyššia ako vákuum (podmienečne existujúca v iónovom kryštáli), príťažlivosť medzi iónmi v vodný roztok. Účinok zosilňuje solvatácia iónov.
Atómové kryštály sa skladajú z jednotlivé atómy, spojené kovalentnými väzbami. Z jednoduchých látok majú takéto kryštálové mriežky len 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 odolné 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 elektrická 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 medzimolekulových interakcií je ovplyvnená mnohými faktormi. Najdôležitejšia z nich je prítomnosť polárne väzby, teda posun elektrónovej hustoty z jedného atómu na druhý. okrem toho intermolekulárnej interakcie sa silnejšie prejavuje medzi molekulami s Vysoké číslo elektróny.
Väčšina nekovov vo forme jednoduchých látok (napr. jód I 2, argón Ar, síra S 8) a zlúčeniny medzi sebou (napríklad voda, oxid uhličitý, chlorovodík), ako aj takmer všetky pevné látky organickej hmoty tvoria molekulárne kryštály.
Kovy sa vyznačujú kovovou kryštálovou mriežkou. Obsahuje kovové spojenie 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 cez 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 anorganické látky patrí medzi intermediárne typy - kovalentno-iónové, molekulovo-kovalentné atď. Napríklad v kryštáli grafit V rámci každej vrstvy sú väzby kovalentno-kovové a medzi vrstvami sú intermolekulárne.
Izomorfizmus a polymorfizmus
Veľa kryštalické látky majú rovnaké štruktúry. Zároveň tá istá látka môže vytvárať rôzne kryštálové štruktúry. To sa odráža vo javoch izomorfizmus A polymorfizmus.
Izomorfizmus spočíva v schopnosti atómov, iónov alebo molekúl vzájomne sa nahradiť v kryštálových štruktúrach. Tento výraz (z gréčtiny „ isos" - rovné a " morfe“ – formulár) navrhol E. Mitscherlich v roku 1819. Zákon izomorfizmu sformuloval E. Mitscherlich v roku 1821 takto: „Rovnaké počty atómov, spojené rovnakým spôsobom, dávajú rovnaké kryštalické formy a kryštalická forma nezávisí od; chemickej povahy atómov, ale je určená iba ich počtom a relatívnou polohou“.
Pracovať v chemické laboratórium Berlínskej univerzite Mitscherlich upozornil na úplnú podobnosť kryštálov síranov olova, bária a stroncia a podobnosť kryštalických foriem mnohých iných látok. Jeho pozorovania upútali pozornosť slávneho švédskeho chemika J.-Ya. Berzelius, ktorý navrhol, aby Mitscherlich potvrdil pozorované vzory pomocou príkladu 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 obsahuje fosfor“. Mitscherlichov objav veľmi skoro zaujal mineralógov, ktorí začali výskum problému izomorfnej substitúcie prvkov v mineráloch.
Pri spoločnej kryštalizácii látok náchylných na izomorfizmus ( izomorfný látok), vznikajú zmiešané 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 musia mať izomorfné látky podobné priestorové usporiadanie atómov alebo iónov, a teda podobné kryštály vonkajšieho tvaru. 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 chrómu (III) alebo železa (III).
Izomorfizmus je v prírode rozšírený. Väčšina minerálov sú izomorfné zmesi komplexov variabilné zloženie. Napríklad v minerále sfalerit ZnS môže byť až 20 % atómov zinku nahradených atómami železa (zatiaľ čo ZnS a FeS majú rôzne kryštálové štruktúry). Izomorfizmus je spojený s geochemickým správaním vzácnych a stopových prvkov, ich distribúciou v skaly a rudy, kde sú obsiahnuté vo forme izomorfných nečistôt.
Izomorfná substitúcia určuje mnohé prospešné vlastnosti umelé materiály moderná technológia- polovodiče, feromagnety, laserové materiály.
Mnohé látky môžu vytvárať kryštalické formy, ktoré majú odlišná štruktúra a vlastnosti, ale rovnaké zloženie ( polymorfnýúpravy). Polymorfizmus- schopnosť pevných látok a tekuté kryštály existujú 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 CaC03.
Polymorfizmus jednoduchých látok sa zvyčajne nazýva alotropia, zatiaľ čo pojem polymorfizmus sa nevzťahuje na nekryštalické alotropné formy(napríklad plynný O 2 a O 3). Typický príklad polymorfné formy - modifikácie uhlíka (diamant, lonsdaleit, grafit, karabíny a fullerény), ktoré sa výrazne líšia vlastnosťami. Najstabilnejšou formou existencie uhlíka je grafit, avšak jeho ďalšie modifikácie za normálnych podmienok môžu pretrvávať donekonečna. Pri vysokých teplotách sa menia na grafit. V prípade diamantu k tomu dochádza pri zahriatí nad 1000 o C bez prítomnosti kyslíka. Opačný prechod je oveľa ťažšie dosiahnuť. Vyžaduje sa nielen vysoká teplota (1200-1600 o C), ale aj obrovský 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 rôznym zbalením molekúl v kryštáli alebo zmenami tvaru molekúl a v iónové kryštály- v rôznych relatívnu polohu katiónov a aniónov. Niektoré jednoduché a zložité látky majú viac ako dva polymorfy. Napríklad oxid kremičitý má desať modifikácií, fluorid vápenatý - šesť, dusičnan amónny - štyri. Zvyčajne sa označujú polymorfné modifikácie grécke písmenáα, β, γ, δ, ε,... počnúc modifikáciami, ktoré sú stabilné pri nízkych teplotách.
Pri kryštalizácii z vodnej 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, keď kondenzuje para fosforu, vzniká biely fosfor, ktorý sa za normálnych podmienok pomaly, ale pri zahriatí rýchlo mení na červený fosfor. Pri dehydratácii hydroxidu olovnatého sa najskôr (asi 70 o C) vytvorí žltý β-PbO, ktorý je pri nízkych teplotách menej stabilný, pri teplote asi 100 o C sa zmení na červený α-PbO a pri 540 o C sa zmení na červený; späť na β-PbO.
Prechod z jedného polymorfu do druhého sa nazýva polymorfná transformácia. 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. Keď sa teda biela mäkká látka podobná grafitu zloženia BN (nitrid bóru) zahreje na 1500-1800 o C a tlak niekoľko desiatok atmosfér, vznikne jej vysokoteplotná modifikácia - borazón, tvrdosťou blízka diamantu. Keď sa teplota a tlak znížia na hodnoty zodpovedajúce normálnym podmienkam, borazón si zachováva svoju štruktúru. Príkladom reverzibilného prechodu sú vzájomné premeny dvoch modifikácií síry (ortorombickej a monoklinickej) pri 95 o C.
Polymorfné transformácie môžu prebiehať bez výrazných zmien v štruktúre. Niekedy zmeniť kryštálovú štruktúruúplne chýba, napríklad pri prechode α-Fe na β-Fe pri 769 o C sa štruktúra železa nemení, ale zanikajú jeho feromagnetické vlastnosti.
