Prehod snovi iz trdnega kristalnega stanja v tekoče imenujemo taljenje. Za taljenje trdnega kristalnega telesa ga je treba segreti na določeno temperaturo, to pomeni, da je treba dovajati toploto.Temperaturo, pri kateri se snov tali, imenujemotališče snovi.
Obratni proces je prehod iz tekoče stanje v trdno snov - nastane, ko se temperatura zniža, to je, ko se toplota odvzame. Prehod snovi iz tekočega v trdno stanje imenujemokaljenje , oz kristalnolizacija . Temperatura, pri kateri snov kristalizira, se imenujetemperatura kristalacij .
Izkušnje kažejo, da vsaka snov kristalizira in se tali pri enaki temperaturi.
Slika prikazuje graf temperaturne odvisnosti kristalno telo(led) od časa ogrevanja (od točke A do točke D) in čas ohlajanja (od točke D do točke K). Na njej vodoravna os prikazan je čas, navpična črta pa je temperatura.
Iz grafa je razvidno, da se je opazovanje procesa začelo od trenutka, ko je bila temperatura ledu -40 °C oz. začetni trenutekčas tzačetek= -40 °C (točka A na grafu). Z nadaljnjim segrevanjem se temperatura ledu poveča (na grafu je to odsek AB). Temperatura se dvigne na 0 °C – temperatura taljenja ledu. Pri 0 °C se led začne topiti in njegova temperatura neha naraščati. Med celotnim časom taljenja (tj. dokler se ves led ne stopi) se temperatura ledu ne spremeni, čeprav gorilnik še naprej gori in se zato dovaja toplota. Postopek taljenja ustreza vodoravnemu delu grafa sonce . Šele potem, ko se ves led stopi in spremeni v vodo, začne temperatura ponovno naraščati (oddelek CD). Ko temperatura vode doseže +40 °C, gorilnik ugasne in voda se začne ohlajati, to je odvzem toplote (za to lahko posodo z vodo postavite v drugo, večjo posodo z ledom). Temperatura vode začne padati (oddelek DE). Ko temperatura doseže 0 °C, se temperatura vode neha zniževati, kljub temu da se toplota še vedno odvaja. To je proces kristalizacije vode - nastanek ledu (vodoravni prerez E.F.). Dokler se vsa voda ne spremeni v led, se temperatura ne spremeni. Šele po tem začne temperatura ledu padati (oddelek FK).
Videz obravnavanega grafa je razložen na naslednji način. Lokacija vklopljena AB Zaradi dovedene toplote se povprečna kinetična energija molekul ledu poveča, njegova temperatura pa se poveča. Lokacija vklopljena sonce vsa energija, ki jo prejme vsebina bučke, se porabi za uničenje kristalne rešetke ledu: urejena prostorska razporeditev njegovih molekul se nadomesti z neurejeno, razdalja med molekulami se spremeni, tj. Molekule se prerazporedijo tako, da snov postane tekoča. Povprečna kinetična energija molekul se ne spremeni, zato temperatura ostane nespremenjena. Nadaljnje povišanje temperature staljene ledene vode (na območju CD) pomeni povečanje kinetične energije molekul vode zaradi toplote, ki jo dovaja gorilnik.
Pri hlajenju vode (oddelek DE) se ji odvzame del energije, molekule vode se gibljejo z manjšimi hitrostmi, njihova povprečna kinetična energija pade - temperatura se zniža, voda se ohladi. Pri 0°C (vodoravni del E.F.) se začnejo molekule postavljati v vrsto v določenem vrstnem redu, ki tvorijo kristalno mrežo. Dokler ta proces ni končan, se temperatura snovi kljub odvajanju toplote ne spremeni, kar pomeni, da pri strjevanju tekočina (voda) sprošča energijo. To je točno energija, ki jo je led absorbiral in se spremenil v tekočino (oddelek sonce). Notranja energija tekočine je večja od energije trdna. Pri taljenju (in kristalizaciji) notranja energija telesa se nenadoma spremenijo.
Imenujejo se kovine, ki se talijo pri temperaturah nad 1650 ºС ognjevzdržni(titan, krom, molibden itd.). Večina toplota Tališče volframa je približno 3400 °C. Ognjevzdržne kovine in njihove spojine se uporabljajo kot toplotno odporni materiali v letalstvu, proizvodnji raket in vesoljska tehnologija, Nuklearna energija.
Naj še enkrat poudarimo, da pri taljenju snov absorbira energijo. Med kristalizacijo ga, nasprotno, odda okolju. Ko prejme določeno količino toplote, ki se sprosti med kristalizacijo, se medij segreje. To dobro poznajo številne ptice. Ni čudno, da jih je mogoče videti pozimi v zmrznjenem vremenu, ko sedijo na ledu, ki pokriva reke in jezera. Zaradi sproščanja energije ob nastanku ledu je zrak nad njim za nekaj stopinj toplejši kot v drevesih v gozdu, ptice pa to s pridom izkoriščajo.
Taljenje amorfnih snovi.
Razpoložljivost določenega tališča- To pomemben znak kristalne snovi. Po tej lastnosti jih je mogoče zlahka ločiti amorfna telesa, ki jih prav tako uvrščamo med trdne snovi. Sem spadajo zlasti steklo, zelo viskozne smole in plastika.
Amorfne snovi(za razliko od kristalnih) nimajo določenega tališča - ne stopijo se, ampak zmehčajo. Pri segrevanju kos stekla na primer iz trdega najprej postane mehak, zlahka ga je upogniti ali raztegniti; pri višji temperaturi začne kos pod vplivom lastne gravitacije spreminjati svojo obliko. Ko se segreje, gosta viskozna masa dobi obliko posode, v kateri leži. Ta masa je najprej gosta, kot med, nato kot kisla smetana in na koncu postane skoraj enaka tekočina z nizko viskoznostjo kot voda. Tu pa je nemogoče navesti določeno temperaturo prehoda trdne snovi v tekočino, saj ta ne obstaja.
Razlogi za to so v temeljni razliki v strukturi amorfnih teles od strukture kristalnih. Atomi v amorfnih telesih so razporejeni naključno. Amorfna telesa po svoji strukturi spominjajo na tekočine. Že v trdnem steklu so atomi razporejeni naključno. To pomeni, da zvišanje temperature stekla samo poveča razpon vibracij njegovih molekul, ki jih postopoma povečujejo. več svobode premikanje. Zato se steklo mehča postopoma in ne kaže ostrega prehoda »trdno-tekoče«, značilnega za prehod iz razporeditve molekul v v strogem redu do neurejenih.
Toplota fuzije.
Toplota taljenja je količina toplote, ki jo je treba prenesti na snov, ko stalen pritisk in konstantna temperatura, enaka temperatura taljenjem, da se popolnoma spremeni iz trdnega kristalnega stanja v tekoče. Talilna toplota je enaka količini toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji snovi iz tekočega stanja. Med taljenjem gre vsa toplota, dovedena v snov, za povečanje potencialne energije njenih molekul. Kinetična energija se ne spremeni, saj taljenje poteka pri konstantni temperaturi.
Če eksperimentalno preučujemo taljenje različnih snovi iste mase, lahko opazimo, da je za njihovo pretvorbo v tekočino potrebno različne količine toplina. Na primer, za taljenje enega kilograma ledu morate porabiti 332 J energije, za taljenje 1 kg svinca pa 25 kJ.
Količina toplote, ki jo sprosti telo, se šteje za negativno. Zato pri izračunu količine toplote, ki se sprosti med kristalizacijo snovi z maso m, morate uporabiti isto formulo, vendar z znakom minus:
Toplota zgorevanja.
Toplota zgorevanja(oz kalorična vrednost, vsebnost kalorij) je količina toplote, ki se sprosti, ko popolno zgorevanje goriva.
Za ogrevanje teles se pogosto uporablja energija, ki se sprosti pri zgorevanju goriva. Konvencionalno gorivo (premog, nafta, bencin) vsebuje ogljik. Med zgorevanjem se atomi ogljika združijo z atomi kisika v zraku in tvorijo molekule ogljikovega dioksida. Izkaže se, da je kinetična energija teh molekul večja od energije prvotnih delcev. Porast kinetična energija molekule med zgorevanjem imenujemo sproščanje energije. Energija, ki se sprosti pri popolnem zgorevanju goriva, je toplota zgorevanja tega goriva.
Toplota zgorevanja goriva je odvisna od vrste goriva in njegove mase. kako več mase gorivo, torej več količine toplota, ki se sprosti med njegovim popolnim zgorevanjem.
Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote se sprosti pri popolnem zgorevanju goriva, ki tehta 1 kg, se imenuje specifična toplota zgorevanja goriva.Specifična zgorevalna toplota je označena s črkoqin se meri v joulih na kilogram (J/kg).
Količina toplote Q ki se sprošča med zgorevanjem m kg goriva se določi po formuli:
Če želite ugotoviti količino toplote, ki se sprosti med popolnim zgorevanjem goriva poljubne mase, potrebujete Specifična toplota zgorevanje tega goriva, pomnoženo z njegovo maso.
Kot že vemo, lahko snov obstaja v treh agregatnih stanjih: plinasto, težko in tekočina. Kisik, ki je v normalnih pogojih v plinastem stanju, se pri temperaturi -194 °C spremeni v modrikasto tekočino, pri temperaturi -218,8 °C pa v snežno maso z modrimi kristali.
Temperaturno območje obstoja snovi v trdnem stanju je določeno z vreliščem in tališčem. Trdne snovi obstajajo kristalni in amorfen.
U amorfne snovi ni določenega tališča – pri segrevanju se postopoma zmehčajo in preidejo v tekoče stanje. V tem stanju se na primer nahajajo različne smole in plastelin.
Kristalne snovi Odlikuje jih pravilna razporeditev delcev, iz katerih so sestavljeni: atomov, molekul in ionov, na strogo določenih točkah v prostoru. Ko te točke povežemo z ravnimi črtami, nastane prostorski okvir, imenujemo ga kristalna mreža. Točke, v katerih se nahajajo kristalni delci, imenujemo vozlišča mreže.
Vozlišča mreže, ki si jih predstavljamo, lahko vsebujejo ione, atome in molekule. Ti delci tvorijo oscilatorna gibanja. Z zvišanjem temperature se poveča tudi obseg teh nihanj, kar privede do toplotno raztezanje tel.
Glede na vrsto delcev, ki se nahajajo na vozliščih kristalne mreže, in naravo povezave med njimi ločimo štiri vrste kristalnih mrež: ionski, atomski, molekularni in kovina.
Ionski Imenujejo se kristalne mreže, v katerih se ioni nahajajo na vozliščih. Tvorijo jih snovi z ionskimi vezmi, ki lahko vežejo tako enostavne ione Na+, Cl- kot kompleksne SO24-, OH-. Tako imajo ionske kristalne mreže soli, nekateri oksidi in hidroksili kovin, tj. tiste snovi, v katerih obstaja ionska kemična vez. Razmislite o kristalu natrijevega klorida; sestavljen je iz pozitivno izmenjujočih se ionov Na+ in negativnih CL- ionov, ki skupaj tvorijo mrežo v obliki kocke. Vezi med ioni v takem kristalu so izjemno stabilne. Zaradi tega imajo snovi z ionsko mrežo relativno visoko trdnost in trdoto, so ognjevarne in nehlapne.
Atomsko Kristalne mreže so tiste kristalne mreže, katerih vozlišča vsebujejo posamezne atome. V takih mrežah so atomi med seboj zelo močno povezani kovalentne vezi. Na primer, diamant je eden od alotropske modifikacije ogljik.
Snovi z atomsko kristalno mrežo v naravi niso zelo pogoste. Sem spadajo kristalni bor, silicij in germanij ter kompleksne snovi, na primer tiste, ki vsebujejo silicijev oksid (IV) - SiO 2: silicijev dioksid, kremen, pesek, kameni kristal.
Velika večina snovi z atomsko kristalno mrežo ima zelo visoka tališča (za diamant presega 3500 ° C), takšne snovi so močne in trde, praktično netopne.
Molekularno Imenujejo se kristalne mreže, v katerih se molekule nahajajo na vozliščih. Kemijske vezi v teh molekulah so lahko tudi polarne (HCl, H 2 0) ali nepolarne (N 2, O 3). In čeprav so atomi znotraj molekul povezani z zelo močnimi kovalentnimi vezmi, med samimi molekulami obstaja šibke sile medmolekularna privlačnost. Zato so za snovi z molekularno kristalno mrežo značilne nizka trdota, nizko tališče in hlapnost.
Primeri takih snovi vključujejo trda voda– led, trdni ogljikov monoksid (IV) – „suhi led“, trdni vodikov klorid in vodikov sulfid, trdne enostavne snovi tvorijo eno - ( žlahtni plini), dve - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), tri - (O 3), štiri - (P 4), osem-atomske (S 8) molekule. Velika večina trdnih organske spojine imajo molekularne kristalne mreže (naftalen, glukoza, sladkor).
blog.site, pri celotnem ali delnem kopiranju gradiva je obvezna povezava do izvirnega vira.
IN kemične interakcije Ne vstopajo posamezni atomi ali molekule, temveč snovi. Snovi so razvrščene glede na vrsto vezi molekularne in nemolekularne zgradbe.
To so snovi, sestavljene iz molekul. Vezi med molekulami v takšnih snoveh so zelo šibke, veliko šibkejše kot med atomi znotraj molekule in celo pri relativno nizke temperature počijo – snov se spremeni v tekočino in nato v plin (sublimacija joda). Tališča in vrelišča snovi, sestavljenih iz molekul, naraščajo z naraščanjem molekularna teža. TO molekularne snovi vključujejo snovi z atomsko strukturo (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), med njimi so kovine in nekovine.
Nemolekularna zgradba snovi
Do snovi nemolekularni strukture vključujejo ionske spojine. Večina spojin kovin z nekovinami ima to zgradbo: vse soli (NaCl, K 2 S0 4), nekateri hidridi (LiH) in oksidi (CaO, MgO, FeO), baze (NaOH, KOH). Ionske (nemolekularne) snovi imajo visoka tališča in vrelišča.
Trdne snovi: kristalne in amorfne
Amorfne snovi nimajo jasnega tališča - pri segrevanju se postopoma zmehčajo in preidejo v tekoče stanje. Na primer, plastelin in različne smole so v amorfnem stanju.
Kristalne snovi so značilni pravilno lokacijo tisti delci, iz katerih so sestavljeni: atomi, molekule in ioni - na strogo določenih točkah v prostoru. Ko so te točke povezane z ravnimi črtami, se oblikuje prostorski okvir, imenovan kristalna mreža. Točke, v katerih se nahajajo kristalni delci, imenujemo vozlišča mreže.
Glede na vrsto delcev, ki se nahajajo na vozliščih kristalne mreže, in naravo povezave med njimi ločimo štiri vrste kristalnih mrež: ionske, atomske, molekularne in kovinske .
Ionske kristalne mreže
Ionski imenujemo kristalne mreže, v vozliščih katerih so ioni. Tvorijo jih snovi z ionskimi vezmi, ki lahko vežejo tako enostavne ione Na +, Cl - kot kompleksne S0 4 2-, OH -. Posledično imajo soli ter nekateri oksidi in hidroksidi kovin ionske kristalne mreže. Na primer, kristal natrijevega klorida je zgrajen iz izmeničnega pozitivnih ionov Na + in negativni Cl - , ki tvorijo mrežo v obliki kocke.
Ionska kristalna mreža kuhinjske soli
Vezi med ioni v takem kristalu so zelo stabilne. Zato je za snovi z ionsko mrežo značilna relativno visoka trdota in trdnost, so ognjevzdržne in nehlapne.
Atomske kristalne mreže
Atomsko imenujemo kristalne mreže, v vozliščih katerih so posamezni atomi. V takih mrežah so atomi med seboj povezani z zelo močnimi kovalentnimi vezmi. Primer snovi s to vrsto kristalne mreže je diamant, ena od alotropskih modifikacij ogljika.
Atomska kristalna mreža diamanta
Večina snovi z atomsko kristalno mrežo ima zelo visoka tališča (na primer za diamant je več kot 3500 ° C), so močne in trde ter praktično netopne.
Molekularne kristalne mreže
Molekularno imenujemo kristalne mreže, v vozliščih katerih se nahajajo molekule.
Molekularna kristalna mreža joda
Kemične vezi v teh molekulah so lahko polarne (HCl, H 2 O) in nepolarne (N 2, O 2). Kljub temu, da so atomi znotraj molekul povezani z zelo močnimi kovalentnimi vezmi, med samimi molekulami delujejo šibke medmolekularne sile privlačnosti. Zato imajo snovi z molekularno kristalno mrežo nizko trdoto, nizka tališča in so hlapne. Večina trdnih organskih spojin ima molekularne kristalne mreže (naftalen, glukoza, sladkor).
Kovinske kristalne rešetke
Snovi s kovinskimi vezmi imajo kovina kristalne mreže.
Na mestih takšnih mrež so atomi in ioni (bodisi atomi ali ioni, v katere se kovinski atomi zlahka preoblikujejo in opustijo svojo zunanji elektroni"V običajna uporaba"). Ta notranja struktura kovin določa njihove značilnosti fizične lastnosti: kovnost, plastičnost, električna in toplotna prevodnost, značilen kovinski lesk.
Struktura snovi ni določena le z relativno razporeditvijo atomov v kemičnih delcih, temveč tudi z lokacijo teh kemičnih delcev v prostoru. Najbolj urejena razporeditev atomov, molekul in ionov je v kristali(iz grščine " kristali" - led), kjer so kemični delci (atomi, molekule, ioni) razporejeni v določenem vrstnem redu in tvorijo kristalno mrežo v prostoru. Pod določenimi pogoji nastanka lahko imajo naravna oblika pravilno simetrični poliedri. Za kristalno stanje je značilna prisotnost dolgega reda v razporeditvi delcev in simetrija kristalne mreže.
Za amorfno stanje za katero je značilna prisotnost le reda kratkega dosega. Strukture amorfnih snovi so podobne tekočinam, vendar imajo veliko manjšo fluidnost. Amorfno stanje je običajno nestabilno. Pod vplivom mehanskih obremenitev ali temperaturnih sprememb lahko amorfna telesa kristalizirajo. Reaktivnost snovi v amorfnem stanju bistveno višje kot v kristalnem stanju.
Amorfne snovi
Glavni znak amorfen(iz grščine " amorfos“ – brezoblično) agregatno stanje – odsotnost atomskega oz molekularna mreža, to je tridimenzionalna periodičnost strukture, ki je značilna za kristalno stanje.
Pri ohlajanju tekoča snov kristalizacija ne pride vedno. pod določenimi pogoji lahko nastane neravnovesno trdno amorfno (steklasto) stanje. Steklasto stanje lahko vsebuje preproste snovi (ogljik, fosfor, arzen, žveplo, selen), okside (na primer bor, silicij, fosfor), halide, halkogenide in številne organske polimere.
V tem stanju je lahko snov dolgo časa stabilna, na primer starost nekaterih vulkanskih stekel je ocenjena na milijone let. Fizično in Kemijske lastnosti snovi v steklastem amorfnem stanju se lahko bistveno razlikujejo od lastnosti kristalinične snovi. Steklasti germanijev dioksid je na primer kemično aktivnejši od kristalnega. Razlike v lastnostih tekočega in trdnega amorfnega stanja so določene z naravo toplotnega gibanja delcev: v amorfnem stanju so delci sposobni le oscilatornih in rotacijskih gibanj, ne morejo pa se premikati skozi debelino snovi.
Obstajajo snovi, ki lahko obstajajo samo v trdni obliki v amorfnem stanju. To se nanaša na polimere z nepravilnim zaporedjem enot.
Amorfna telesa izotropno, to pomeni, da njihove mehanske, optične, električne in druge lastnosti niso odvisne od smeri. Amorfna telesa nimajo določenega tališča: taljenje poteka v določenem temperaturnem območju. Prehod amorfna snov iz trdnega v tekoče stanje ne spremlja nenadna sprememba lastnosti. Fizični model amorfno stanje še ni ustvarjeno.
Kristalne snovi
Trdna kristali- tridimenzionalne tvorbe, za katere je značilna stroga ponovljivost istega strukturnega elementa ( enota celice) v vse smeri. Enotna celica je najmanjša prostornina kristala v obliki paralelepipeda, ki se ponavlja v kristalu neskončno število enkrat.
Geometrično pravilna oblika kristalov je predvsem posledica njihove strogo naravne notranja struktura. Če namesto atomov, ionov ali molekul v kristalu kot težišča teh delcev upodobimo točke, dobimo tridimenzionalno pravilno porazdelitev takih točk, ki jo imenujemo kristalna mreža. Same točke se imenujejo vozlišča kristalna mreža.
Vrste kristalnih mrež
Glede na delce, iz katerih je kristalna mreža in kakšna je narava kemične vezi med njimi, obstajajo Različne vrste kristali.
Ionske kristale tvorijo kationi in anioni (na primer soli in hidroksidi večine kovin). V njih je med delci ionska vez.
Ionski kristali so lahko sestavljeni iz enoatomsko ioni. Tako nastanejo kristali natrijev klorid, kalijev jodid, kalcijev fluorid.
Enoatomski kovinski kationi in poliatomski anioni, na primer nitratni ion NO 3 −, sulfatni ion SO 4 2−, karbonatni ion CO 3 2−, sodelujejo pri tvorbi ionskih kristalov številnih soli.
V ionskem kristalu je nemogoče izolirati posamezne molekule. Vsak kation privlači vsak anion, drugi kationi pa ga odbijajo. Celoten kristal lahko štejemo za ogromno molekulo. Velikost takšne molekule ni omejena, saj lahko raste z dodajanjem novih kationov in anionov.
Večina ionske spojine kristalizira v enem od strukturnih tipov, ki se med seboj razlikujejo po vrednosti koordinacijskega števila, to je po številu sosedov okoli določenega iona (4, 6 ali 8). Za ionske spojine z enako število kationov in anionov so znani štirje glavni tipi kristalnih mrež: natrijev klorid (koordinacijsko število obeh ionov je 6), cezijev klorid (koordinacijsko število obeh ionov je 8), sfalerit in wurtzit (za oba strukturna tipa je značilna koordinacijsko število kationa in aniona enako 4). Če se število kationov podvoji manjše število anionov, potem mora biti koordinacijsko število kationov dvakrat večje od koordinacijskega števila anionov. V tem primeru se izvajajo strukturne vrste fluorit ( koordinacijske številke 8 in 4), rutil (koordinacijski števili 6 in 3), kristobalit (koordinacijski števili 4 in 2).
Običajno so ionski kristali trdi, a krhki. Njihova krhkost je posledica dejstva, da se kationi in anioni že pri majhni deformaciji kristala premaknejo tako, da odbojne sile med ioni z istim imenom začnejo prevladovati privlačne sile med kationi in anioni in kristal se sesede.
Ionski kristali imajo visoka tališča. V staljenem stanju so snovi, ki tvorijo ionske kristale, električno prevodne. Ko se te snovi raztopijo v vodi, disociirajo na katione in anione, nastale raztopine pa prevajajo električni tok.
Visoka topnost v polarnih topilih, ki jo spremlja elektrolitska disociacija je posledica dejstva, da se v okolju topila z visoko dielektrično konstanto ε energija privlačnosti med ioni zmanjša. Dielektrična konstanta voda je 82-krat večja od vakuuma (pogojno obstaja v ionskem kristalu), privlačnost med ioni v vodna raztopina. Učinek se poveča s solvatacijo ionov.
Atomski kristali so sestavljeni iz posamezne atome, ki jih povezujejo kovalentne vezi. Od enostavnih snovi imajo takšne kristalne mreže le bor in elementi skupine IVA. Pogosto tudi spojine nekovin med seboj (na primer silicijev dioksid) tvorijo atomske kristale.
Tako kot ionske kristale lahko tudi atomske kristale štejemo za velikanske molekule. So zelo trpežni in trdi ter slabo prevajajo toploto in elektriko. Snovi, ki imajo atomsko kristalno mrežo, se talijo pri visokih temperaturah. Praktično so netopni v nobenem topilu. Zanje je značilna nizka reaktivnost.
Molekularni kristali so zgrajeni iz posameznih molekul, znotraj katerih so atomi povezani s kovalentnimi vezmi. Med molekulami delujejo šibkejše medmolekulske sile. Z lahkoto se uničijo, zato imajo molekularni kristali nizka tališča, nizko trdoto in visoko hlapnost. Snovi, ki tvorijo molekularne kristalne mreže, nimajo električna prevodnost, njihove raztopine in taline tudi ne prevajajo električnega toka.
Medmolekulske sile nastanejo zaradi elektrostatične interakcije negativno nabitih elektronov ene molekule s pozitivno nabitimi jedri sosednjih molekul. Na moč medmolekulskih interakcij vpliva veliko dejavnikov. Najpomembnejša med njimi je prisotnost polarne vezi, to je premik elektronske gostote z enega atoma na drugega. Poleg tega medmolekulsko interakcijo se močneje manifestira med molekulami z veliko število elektroni.
Večina nekovin v obliki preprostih snovi (npr. jod I 2 , argon Ar, žveplo S 8) in spojine med seboj (na primer voda, ogljikov dioksid, vodikov klorid), kot tudi skoraj vse trdne snovi organska snov tvorijo molekularne kristale.
Za kovine je značilna kovinska kristalna mreža. Vsebuje kovinska povezava med atomi. V kovinskih kristalih so jedra atomov razporejena tako, da je njihovo pakiranje čim bolj gosto. Vez v takšnih kristalih je delokalizirana in se razteza po celotnem kristalu. Kovinski kristali imajo visoko električno in toplotno prevodnost, kovinski sijaj in motnost ter lahko deformabilnost.
Razvrstitev kristalnih mrež ustreza mejnim primerom. Večina kristalov anorganske snovi spada v vmesne tipe - kovalentno-ionske, molekularno-kovalentne itd. Na primer v kristalu grafit Znotraj vsake plasti so vezi kovalentno-kovinske, med plastmi pa medmolekularne.
Izomorfizem in polimorfizem
veliko kristalne snovi imajo enake strukture. Istočasno lahko ista snov tvori različne kristalne strukture. To se odraža v pojavih izomorfizem in polimorfizem.
Izomorfizem leži v sposobnosti atomov, ionov ali molekul, da se zamenjajo v kristalnih strukturah. Ta izraz (iz grščine " isos" - enako in " morphe" - oblika) je predlagal E. Mitscherlich leta 1819. E. Mitscherlich je leta 1821 formuliral zakon izomorfizma, kot sledi: »Enako število atomov, povezanih na enak način, daje enake kristalne oblike; kristalna oblika ni odvisna od kemična narava atomov, vendar je določen le z njihovim številom in relativnim položajem."
Delo v kemijski laboratorij Univerza v Berlinu Mitscherlich je opozoril na popolno podobnost kristalov svinčevih, barijevih in stroncijevih sulfatov ter podobnost kristalnih oblik mnogih drugih snovi. Njegova opažanja so pritegnila pozornost slavnega švedskega kemika J.-Ya. Berzelius, ki je predlagal, da Mitscherlich potrdi opažene vzorce na primeru spojin fosforne in arzenove kisline. Kot rezultat študije je bilo ugotovljeno, da se »obe vrsti soli razlikujeta le po tem, da ena vsebuje arzen kot kislinski radikal, druga pa fosfor«. Mitscherlichevo odkritje je zelo kmalu pritegnilo pozornost mineralogov, ki so začeli raziskovati problem izomorfne zamenjave elementov v mineralih.
Med skupno kristalizacijo snovi, ki so nagnjene k izomorfizmu ( izomorfen snovi), nastanejo mešani kristali (izomorfne zmesi). To je mogoče le, če se delci, ki se zamenjujejo, malo razlikujejo po velikosti (ne več kot 15%). Poleg tega morajo imeti izomorfne snovi podobno prostorsko razporeditev atomov ali ionov in s tem podobne kristale po zunanji obliki. Takšne snovi vključujejo na primer galun. V kristalih kalijevega galuna KAl(SO 4) 2 . Kalijeve katione 12H 2 O lahko delno ali v celoti nadomestimo z rubidijevimi ali amonijevimi kationi, aluminijeve katione pa s kromovimi(III) ali železovimi(III) kationi.
Izomorfizem je v naravi zelo razširjen. Večina mineralov je izomorfnih mešanic kompleksov spremenljiva sestava. Na primer, v mineralu sfaleritu ZnS je lahko do 20% atomov cinka nadomeščenih z atomi železa (medtem ko imata ZnS in FeS različno kristalno strukturo). Izomorfizem je povezan z geokemičnim obnašanjem redkih elementov in elementov v sledovih, njihovo porazdelitvijo v skale in rude, kjer so vsebovane v obliki izomorfnih primesi.
Izomorfna substitucija določa mnoge koristne lastnosti umetni materiali sodobna tehnologija- polprevodniki, feromagneti, laserski materiali.
Mnoge snovi lahko tvorijo kristalne oblike, ki imajo drugačna struktura in lastnosti, vendar enaka sestava ( polimorfna modifikacije). Polimorfizem- sposobnost trdnih snovi in tekoči kristali obstajajo v dveh ali več oblikah z različnimi kristalnimi strukturami in lastnostmi z enako kemično sestavo. Ta beseda prihaja iz grščine " polimorfos" - raznolik. Pojav polimorfizma je odkril M. Klaproth, ki je leta 1798 odkril, da imata dva različna minerala - kalcit in aragonit - enako kemična sestava CaCO 3 .
Polimorfizem enostavnih snovi običajno imenujemo alotropija, hkrati pa pojem polimorfizem ne velja za nekristalne. alotropne oblike(na primer plinasta O 2 in O 3). Tipičen primer polimorfne oblike - modifikacije ogljika (diamant, lonsdaleit, grafit, karbini in fulereni), ki se močno razlikujejo po lastnostih. Najbolj stabilna oblika obstoja ogljika je grafit, vendar lahko njegove druge modifikacije v normalnih pogojih obstajajo neomejeno dolgo. Pri visokih temperaturah se spremenijo v grafit. V primeru diamanta se to zgodi pri segrevanju nad 1000 o C v odsotnosti kisika. Povratni prehod je veliko težje doseči. Potrebna je ne le visoka temperatura (1200-1600 o C), ampak tudi ogromen pritisk - do 100 tisoč atmosfer. Pretvorba grafita v diamant je lažja v prisotnosti staljenih kovin (železo, kobalt, krom in druge).
Pri molekularnih kristalih se polimorfizem kaže v drugačnem pakiranju molekul v kristalu ali v spremembi oblike molekul in v ionski kristali- v različnih relativni položaj kationi in anioni. Nekatere preproste in kompleksne snovi imajo več kot dva polimorfa. Na primer, silicijev dioksid ima deset modifikacij, kalcijev fluorid - šest, amonijev nitrat - štiri. Običajno so označene polimorfne modifikacije grške črkeα, β, γ, δ, ε,... začenši z modifikacijami, ki so stabilne pri nizkih temperaturah.
Pri kristalizaciji iz pare, raztopine ali taline snovi, ki ima več polimorfnih modifikacij, najprej nastane v danih pogojih manj stabilna modifikacija, ki se nato spremeni v stabilnejšo. Na primer, ko fosforjeva para kondenzira, nastane beli fosfor, ki se v normalnih pogojih počasi, a pri segrevanju hitro spremeni v rdeči fosfor. Pri dehidraciji svinčevega hidroksida nastane najprej (približno 70 o C) rumeni β-PbO, ki je pri nizkih temperaturah manj stabilen, pri približno 100 o C pa se spremeni v rdeč α-PbO, pri 540 o C pa se spremeni; nazaj v β-PbO.
Prehod iz enega polimorfa v drugega imenujemo polimorfna transformacija. Ti prehodi se pojavijo ob spremembi temperature ali tlaka in jih spremlja nenadna sprememba lastnosti.
Proces prehoda iz ene modifikacije v drugo je lahko reverzibilen ali nepovraten. Tako, ko se bela mehka grafitu podobna snov sestave BN (borov nitrid) segreje pri 1500-1800 o C in tlaku nekaj deset atmosfer, nastane njena visokotemperaturna modifikacija - Borazon, po trdoti blizu diamanta. Ko se temperatura in tlak znižata na vrednosti, ki ustrezajo normalnim pogojem, borazon ohrani svojo strukturo. Primer reverzibilnega prehoda so medsebojne transformacije dveh modifikacij žvepla (ortorombske in monoklinične) pri 95 o C.
Polimorfne transformacije se lahko pojavijo brez bistvenih sprememb v strukturi. Včasih se spremeni kristalna struktura popolnoma odsoten, na primer pri prehodu α-Fe v β-Fe pri 769 o C se struktura železa ne spremeni, vendar njegove feromagnetne lastnosti izginejo.
