Rrjetat kristalore atomike dhe jonike janë të zakonshme. Rrjeta kristalore: përkufizimi, llojet kryesore të saj

Struktura e materies përcaktohet jo vetëm nga rregullimi relativ i atomeve në grimcat kimike, por edhe nga vendndodhja e këtyre grimcave kimike në hapësirë. Rregullimi më i renditur i atomeve, molekulave dhe joneve është në kristalet(nga greqishtja" kristale" - akull), ku grimcat kimike (atomet, molekulat, jonet) janë të renditura në një rend të caktuar, duke formuar një rrjetë kristalore në hapësirë. Në kushte të caktuara formimi, ato mund të kenë formën natyrale të poliedrave të rregullta simetrike. Gjendja kristalore është karakterizohet nga prania e rendit me rreze të gjatë në rregullimin e grimcave dhe simetria e rrjetës kristalore.

Gjendja amorfe karakterizohet nga prania e vetëm rendit me rreze të shkurtër. Strukturat e substancave amorfe i ngjajnë lëngjeve, por kanë shumë më pak rrjedhshmëri. Gjendja amorfe zakonisht është e paqëndrueshme. Nën ndikimin e ngarkesave mekanike ose ndryshimeve të temperaturës, trupat amorfë mund të kristalizohen. Reaktiviteti i substancave në gjendje amorfe është shumë më i lartë se në gjendjen kristalore.

Substancat amorfe

Shenja kryesore amorfe(nga greqishtja" amorfos" - pa formë) gjendja e materies - mungesa e një rrjete atomike ose molekulare, domethënë periodiciteti tredimensional i strukturës karakteristike të gjendjes kristalore.

Kur një substancë e lëngshme ftohet, ajo nuk kristalizohet gjithmonë. në kushte të caktuara, mund të formohet një gjendje e ngurtë amorfe (qelqtë) jo ekuilibër. Gjendja e qelqtë mund të përmbajë substanca të thjeshta (karbon, fosfor, arsenik, squfur, selen), okside (për shembull, bor, silikon, fosfor), halide, kalkogjenide dhe shumë polimere organike.

Në këtë gjendje, substanca mund të jetë e qëndrueshme për një periudhë të gjatë kohore, për shembull, mosha e disa gotave vullkanike vlerësohet në miliona vjet. Vetitë fizike dhe kimike të një substance në një gjendje amorfe qelqi mund të ndryshojnë ndjeshëm nga vetitë e një substance kristalore. Për shembull, dioksidi i qelqtë i germaniumit është kimikisht më aktiv se ai kristalor. Dallimet në vetitë e gjendjes amorfe të lëngshme dhe të ngurtë përcaktohen nga natyra e lëvizjes termike të grimcave: në gjendjen amorfe, grimcat janë të afta vetëm për lëvizje oshiluese dhe rrotulluese, por nuk mund të lëvizin brenda substancës.

Ka substanca që mund të ekzistojnë vetëm në formë të ngurtë në një gjendje amorfe. Kjo i referohet polimereve me një sekuencë të parregullt njësive.

Trupa amorfë izotropike, pra, vetitë e tyre mekanike, optike, elektrike dhe të tjera nuk varen nga drejtimi. Trupat amorfë nuk kanë një pikë shkrirjeje fikse: shkrirja ndodh në një interval të caktuar temperaturash. Kalimi i një lënde amorfe nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme nuk shoqërohet me një ndryshim të menjëhershëm të vetive. Një model fizik i gjendjes amorfe nuk është krijuar ende.

Substancat kristalore

Të ngurta kristalet- formacione tre-dimensionale të karakterizuara nga përsëritshmëri e rreptë e të njëjtit element strukturor ( qelizë njësi) në të gjitha drejtimet. Qeliza njësi është vëllimi më i vogël i një kristali në formën e një paralelipipedi, që përsëritet një numër të pafundëm herë në kristal.

Forma e saktë gjeometrikisht e kristaleve përcaktohet, para së gjithash, nga struktura e tyre e brendshme rreptësisht e rregullt. Nëse, në vend të atomeve, joneve ose molekulave në një kristal, ne përshkruajmë pika si qendrat e gravitetit të këtyre grimcave, marrim një shpërndarje të rregullt tredimensionale të pikave të tilla, të quajtur një rrjetë kristalore. Quhen vetë pikat nyjet rrjetë kristali.

Llojet e rrjetave kristalore

Varësisht se nga çfarë grimcash përbëhet rrjeta kristalore dhe cila është natyra e lidhjes kimike ndërmjet tyre, dallohen lloje të ndryshme kristalesh.

Kristalet jonike formohen nga kationet dhe anionet (për shembull, kripërat dhe hidroksidet e shumicës së metaleve). Në to ekziston një lidhje jonike midis grimcave.

Kristalet jonike mund të përbëhen nga monatomike jonet. Kështu ndërtohen kristalet klorur natriumi, jodur kaliumi, fluor kalciumi.
Kationet e metaleve monoatomike dhe anionet poliatomike, për shembull, joni nitrat NO 3 -, joni sulfat SO 4 2-, joni karbonat CO 3 2-, marrin pjesë në formimin e kristaleve jonike të shumë kripërave.

Është e pamundur të izolohen molekula të vetme në një kristal jonik. Çdo kation tërhiqet nga secili anion dhe zmbrapset nga kationet e tjera. I gjithë kristali mund të konsiderohet një molekulë e madhe. Madhësia e një molekule të tillë nuk është e kufizuar, pasi ajo mund të rritet duke shtuar katione dhe anione të reja.

Shumica e komponimeve jonike kristalizohen në një nga llojet strukturore, të cilat ndryshojnë nga njëri-tjetri për nga vlera e numrit të koordinimit, domethënë numri i fqinjëve rreth një joni të caktuar (4, 6 ose 8). Për komponimet jonike me numër të barabartë kationesh dhe anionesh, njihen katër lloje kryesore të rrjetave kristalore: klorur natriumi (numri i koordinimit të të dy joneve është 6), klorur ceziumi (numri i koordinimit të të dy joneve është 8), sfaleriti dhe wurtziti. (të dy llojet strukturore karakterizohen nga numri i koordinimit të kationit dhe anionit të barabartë me 4). Nëse numri i kationeve është sa gjysma e numrit të anioneve, atëherë numri koordinues i kationeve duhet të jetë dyfishi i numrit të koordinimit të anioneve. Në këtë rast realizohen llojet strukturore të fluoritit (numrat e koordinimit 8 dhe 4), rutilit (numrat e koordinimit 6 dhe 3), dhe kristobalitit (numrat e koordinimit 4 dhe 2).

Zakonisht kristalet jonike janë të forta, por të brishtë. Brishtësia e tyre është për faktin se edhe me deformim të lehtë të kristalit, kationet dhe anionet zhvendosen në atë mënyrë që forcat refuzuese midis joneve të ngjashme fillojnë të mbizotërojnë mbi forcat tërheqëse midis kationeve dhe anioneve, dhe kristali shkatërrohet.

Kristalet jonike kanë pika të larta shkrirjeje. Në gjendje të shkrirë, substancat që formojnë kristale jonike janë përçuese elektrike. Kur treten në ujë, këto substanca shpërndahen në katione dhe anione, dhe tretësirat që rezultojnë përçojnë rrymë elektrike.

Tretshmëria e lartë në tretës polare, e shoqëruar me disociim elektrolitik, është për faktin se në një mjedis tretës me konstante të lartë dielektrike ε, energjia e tërheqjes midis joneve zvogëlohet. Konstanta dielektrike e ujit është 82 herë më e lartë se ajo e vakumit (që ekziston me kusht në një kristal jonik), dhe tërheqja midis joneve në një tretësirë ​​ujore zvogëlohet me të njëjtën sasi. Efekti përmirësohet nga tretja e joneve.

Kristalet atomike përbëhen nga atome individuale të mbajtura së bashku nga lidhje kovalente. Nga substancat e thjeshta, vetëm elementët e borit dhe grupit IVA kanë rrjeta të tilla kristalore. Shpesh, komponimet e jometaleve me njëri-tjetrin (për shembull, dioksidi i silikonit) gjithashtu formojnë kristale atomike.

Ashtu si kristalet jonike, kristalet atomike mund të konsiderohen molekula gjigante. Ato janë shumë të qëndrueshme dhe të forta dhe nuk e përcjellin mirë nxehtësinë dhe rrymën elektrike. Substancat që kanë rrjeta atomike kristalore shkrihen në temperatura të larta. Ata janë praktikisht të pazgjidhshëm në asnjë tretës. Ato karakterizohen nga reaktivitet i ulët.

Kristalet molekulare janë ndërtuar nga molekula individuale, brenda të cilave atomet janë të lidhur me lidhje kovalente. Forca më të dobëta ndërmolekulare veprojnë ndërmjet molekulave. Ato shkatërrohen lehtësisht, kështu që kristalet molekulare kanë pika të ulëta shkrirjeje, fortësi të ulët dhe paqëndrueshmëri të lartë. Substancat që formojnë rrjeta kristalore molekulare nuk kanë përçueshmëri elektrike, dhe zgjidhjet dhe shkrirjet e tyre gjithashtu nuk përçojnë rrymë elektrike.

Forcat ndërmolekulare lindin për shkak të bashkëveprimit elektrostatik të elektroneve të ngarkuar negativisht të një molekule me bërthamat e ngarkuara pozitivisht të molekulave fqinje. Forca e ndërveprimeve ndërmolekulare ndikohet nga shumë faktorë. Më e rëndësishmja prej tyre është prania e lidhjeve polare, domethënë një zhvendosje në densitetin e elektroneve nga një atom në tjetrin. Përveç kësaj, ndërveprimet ndërmolekulare janë më të forta midis molekulave me një numër më të madh elektronesh.

Shumica e jometaleve në formën e substancave të thjeshta (për shembull, jodit I 2, argoni Ar, squfuri S 8) dhe komponimet me njëri-tjetrin (për shembull, uji, dioksidi i karbonit, kloruri i hidrogjenit), si dhe pothuajse të gjitha substancat organike të ngurta formojnë kristale molekulare.

Metalet karakterizohen nga një rrjetë kristalore metalike. Ai përmban një lidhje metalike midis atomeve. Në kristalet metalike, bërthamat e atomeve janë të rregulluara në atë mënyrë që paketimi i tyre të jetë sa më i dendur. Lidhja në kristale të tilla është e delokalizuar dhe shtrihet në të gjithë kristalin. Kristalet metalike kanë përçueshmëri të lartë elektrike dhe termike, shkëlqim dhe errësirë ​​metalike dhe deformueshmëri të lehtë.

Klasifikimi i rrjetave kristalore korrespondon me rastet kufizuese. Shumica e kristaleve të substancave inorganike i përkasin llojeve të ndërmjetme - kovalente-jonike, molekulare-kovalente, etj. Për shembull, në një kristal grafit Brenda çdo shtrese, lidhjet janë kovalente-metalike, dhe midis shtresave ato janë ndërmolekulare.

Izomorfizmi dhe polimorfizmi

Shumë substanca kristalore kanë të njëjtën strukturë. Në të njëjtën kohë, e njëjta substancë mund të formojë struktura të ndryshme kristalore. Kjo reflektohet në fenomene izomorfizmi Dhe polimorfizëm.

Izomorfizmi qëndron në aftësinë e atomeve, joneve ose molekulave për të zëvendësuar njëra-tjetrën në strukturat kristalore. Ky term (nga greqishtja " isos" - e barabartë dhe " morfë" - forma) u propozua nga E. Mitscherlich në 1819. Ligji i izomorfizmit u formulua nga E. Mitscherlich në 1821 në këtë mënyrë: "Të njëjtat numra atomesh, të lidhur në të njëjtën mënyrë, japin të njëjtat forma kristalore; Për më tepër, forma kristalore nuk varet nga natyra kimike e atomeve, por përcaktohet vetëm nga numri dhe pozicioni i tyre relativ."

Duke punuar në laboratorin kimik të Universitetit të Berlinit, Mitscherlich tërhoqi vëmendjen për ngjashmërinë e plotë të kristaleve të sulfateve të plumbit, bariumit dhe stronciumit dhe ngjashmërinë e formave kristalore të shumë substancave të tjera. Vëzhgimet e tij tërhoqën vëmendjen e kimistit të famshëm suedez J.-Ya. Berzelius, i cili sugjeroi që Mitscherlich të konfirmonte modelet e vëzhguara duke përdorur shembullin e përbërjeve të acideve fosforike dhe arsenikut. Si rezultat i studimit, u arrit në përfundimin se "dy seritë e kripërave ndryshojnë vetëm në atë që njëra përmban arsenik si një radikal acid, dhe tjetra përmban fosfor". Zbulimi i Mitscherlich tërhoqi shumë shpejt vëmendjen e mineralogistëve, të cilët filluan kërkimet mbi problemin e zëvendësimit izomorfik të elementeve në minerale.

Gjatë kristalizimit të përbashkët të substancave të prirura për izomorfizëm ( izomorfike substanca), formohen kristale të përziera (përzierje izomorfe). Kjo është e mundur vetëm nëse grimcat që zëvendësojnë njëra-tjetrën ndryshojnë pak në madhësi (jo më shumë se 15%). Përveç kësaj, substancat izomorfike duhet të kenë një rregullim të ngjashëm hapësinor të atomeve ose joneve dhe, për rrjedhojë, kristalet e ngjashme në formë të jashtme. Substanca të tilla përfshijnë, për shembull, shap. Në kristalet e shap kaliumit KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O kationet e kaliumit mund të zëvendësohen pjesërisht ose plotësisht nga kationet rubidium ose amonium, dhe kationet e aluminit nga kationet e kromit (III) ose hekurit (III).

Izomorfizmi është i përhapur në natyrë. Shumica e mineraleve janë përzierje izomorfike me përbërje komplekse, të ndryshueshme. Për shembull, në mineralin sphalerit ZnS, deri në 20% të atomeve të zinkut mund të zëvendësohen nga atomet e hekurit (ndërsa ZnS dhe FeS kanë struktura kristalore të ndryshme). Izomorfizmi lidhet me sjelljen gjeokimike të elementëve të rrallë dhe gjurmë, shpërndarjen e tyre në shkëmbinj dhe xehe, ku ato përmbahen në formën e papastërtive izomorfike.

Zëvendësimi izomorfik përcakton shumë veti të dobishme të materialeve artificiale të teknologjisë moderne - gjysmëpërçuesit, ferromagnetët, materialet lazer.

Shumë substanca mund të formojnë forma kristalore që kanë struktura dhe veti të ndryshme, por të njëjtën përbërje ( polimorfike modifikime). Polimorfizmi- aftësia e trupave të ngurtë dhe kristaleve të lëngëta për të ekzistuar në dy ose më shumë forma me struktura dhe veti të ndryshme kristalore me të njëjtën përbërje kimike. Kjo fjalë vjen nga greqishtja " polimorfos"- i larmishëm. Fenomeni i polimorfizmit u zbulua nga M. Klaproth, i cili në 1798 zbuloi se dy minerale të ndryshme - kalciti dhe aragoniti - kanë të njëjtën përbërje kimike CaCO 3.

Polimorfizmi i substancave të thjeshta zakonisht quhet alotropi, ndërsa koncepti i polimorfizmit nuk vlen për format alotropike jo kristalore (për shembull, O 2 dhe O 3 të gaztë). Një shembull tipik i formave polimorfike janë modifikimet e karbonit (diamanti, lonsdaleite, grafiti, karabina dhe fullerenet), të cilat ndryshojnë ndjeshëm në veti. Forma më e qëndrueshme e ekzistencës së karbonit është grafiti, megjithatë, modifikimet e tjera të tij në kushte normale mund të vazhdojnë pafundësisht. Në temperatura të larta ato kthehen në grafit. Në rastin e diamantit, kjo ndodh kur nxehet mbi 1000 o C në mungesë të oksigjenit. Tranzicioni i kundërt është shumë më i vështirë për t'u arritur. Kërkohet jo vetëm temperaturë e lartë (1200-1600 o C), por edhe presion i madh - deri në 100 mijë atmosfera. Shndërrimi i grafitit në diamant është më i lehtë në prani të metaleve të shkrirë (hekur, kobalt, krom dhe të tjerë).

Në rastin e kristaleve molekulare, polimorfizmi manifestohet në paketim të ndryshëm të molekulave në kristal ose në ndryshime në formën e molekulave, dhe në kristalet jonike - në pozicione të ndryshme relative të kationeve dhe anioneve. Disa substanca të thjeshta dhe komplekse kanë më shumë se dy polimorfe. Për shembull, dioksidi i silikonit ka dhjetë modifikime, fluori i kalciumit - gjashtë, nitrat amonit - katër. Modifikimet polimorfike zakonisht shënohen me shkronjat greke α, β, γ, δ, ε,... duke filluar me modifikimet që janë të qëndrueshme në temperatura të ulëta.

Kur kristalizohet nga avulli, tretësira ose shkrihet një substancë që ka disa modifikime polimorfike, fillimisht formohet një modifikim që është më pak i qëndrueshëm në kushte të caktuara, i cili më pas kthehet në një më të qëndrueshëm. Për shembull, kur avulli i fosforit kondensohet, formohet fosfor i bardhë, i cili në kushte normale shndërrohet ngadalë në fosfor të kuq kur nxehet. Kur hidroksidi i plumbit dehidratohet, në fillim (rreth 70 o C) formohet β-PbO i verdhë, më pak i qëndrueshëm në temperatura të ulëta, në rreth 100 o C kthehet në α-PbO të kuq dhe në 540 o C kthehet. përsëri në β-PbO.

Kalimi nga një polimorf në tjetrin quhet transformim polimorfik. Këto kalime ndodhin kur temperatura ose presioni ndryshon dhe shoqërohen me një ndryshim të menjëhershëm të vetive.

Procesi i kalimit nga një modifikim në tjetrin mund të jetë i kthyeshëm ose i pakthyeshëm. Kështu, kur një substancë e bardhë e butë e ngjashme me grafitin e përbërjes BN (nitrit bor) nxehet në 1500-1800 o C dhe një presion prej disa dhjetëra atmosferash, formohet modifikimi i tij në temperaturë të lartë - borazoni, afër diamantit në fortësi. Kur temperatura dhe presioni ulen në vlera që korrespondojnë me kushtet normale, borazoni ruan strukturën e tij. Një shembull i një tranzicioni të kthyeshëm është transformimi i ndërsjellë i dy modifikimeve të squfurit (orthorhombik dhe monoklinik) në 95 o C.

Transformimet polimorfike mund të ndodhin pa ndryshime të rëndësishme në strukturë. Ndonjëherë nuk ka fare ndryshim në strukturën kristalore, për shembull, gjatë kalimit të α-Fe në β-Fe në 769 o C, struktura e hekurit nuk ndryshon, por vetitë e tij ferromagnetike zhduken.

Një nga materialet më të zakonshme me të cilat njerëzit kanë preferuar gjithmonë të punojnë ka qenë metali. Në çdo epokë, preferenca iu dha llojeve të ndryshme të këtyre substancave të mahnitshme. Kështu, mijëvjeçari IV-III para Krishtit konsiderohet si epoka kalkolitike, ose epoka e bakrit. Më vonë ai zëvendësohet nga bronzi, dhe më pas hyn në fuqi ai që është ende i rëndësishëm sot - hekuri.

Sot është përgjithësisht e vështirë të imagjinohet se dikur ishte e mundur të bëhej pa produkte metalike, sepse pothuajse gjithçka, nga sendet shtëpiake, instrumentet mjekësore deri te pajisjet e rënda dhe të lehta, përbëhet nga ky material ose përfshin pjesë individuale prej tij. Pse metalet arritën të fitonin një popullaritet të tillë? Le të përpiqemi të kuptojmë se cilat janë veçoritë dhe se si kjo është e natyrshme në strukturën e tyre.

Koncepti i përgjithshëm i metaleve

"Kimia. Klasa e 9-të" është një tekst shkollor i përdorur nga nxënësit e shkollës. Është këtu që metalet studiohen në detaje. Një kapitull i madh i kushtohet shqyrtimit të vetive të tyre fizike dhe kimike, sepse diversiteti i tyre është jashtëzakonisht i madh.

Është nga kjo moshë që rekomandohet t'u jepet fëmijëve një ide për këto atome dhe vetitë e tyre, sepse adoleshentët tashmë mund ta vlerësojnë plotësisht rëndësinë e një njohurie të tillë. Ata e shohin shumë mirë se shumëllojshmëria e objekteve, makinerive dhe gjërave të tjera rreth tyre bazohet në një natyrë metalike.

Çfarë është metali? Nga pikëpamja e kimisë, këto atome zakonisht klasifikohen si ato që kanë:

• i vogël në nivelin e jashtëm;
• shfaqin veti të forta restauruese;
• kanë një rreze të madhe atomike;
• Si substanca të thjeshta, ato kanë një sërë vetive fizike specifike.

Baza e njohurive për këto substanca mund të merret duke marrë parasysh strukturën atomiko-kristaline të metaleve. Është kjo që shpjegon të gjitha tiparet dhe vetitë e këtyre përbërjeve.

Në tabelën periodike, pjesa më e madhe e të gjithë tabelës u ndahet metaleve, sepse ato formojnë të gjitha nëngrupet dytësore dhe ato kryesore nga grupi i parë në të tretën. Prandaj, epërsia e tyre numerike është e dukshme. Më të zakonshmet janë:

• kalcium;
• natriumi;
• titan;
• hekuri;
• magnez;
• alumini;
• kaliumi.

Të gjitha metalet kanë një numër karakteristikash që i lejojnë ato të kombinohen në një grup të madh substancash. Nga ana tjetër, këto veti shpjegohen pikërisht nga struktura kristalore e metaleve.

Vetitë e metaleve

Vetitë specifike të substancave në fjalë përfshijnë si më poshtë.

1. Shkëlqim metalik. Të gjithë përfaqësuesit e substancave të thjeshta e kanë atë, dhe shumica janë të njëjtë. Vetëm disa (ari, bakri, lidhjet) janë të ndryshme.
2. Shkathtësia dhe plasticiteti - aftësia për të deformuar dhe rikuperuar mjaft lehtë. Shprehet në shkallë të ndryshme në përfaqësues të ndryshëm.
3. Përçueshmëria elektrike dhe termike janë një nga vetitë kryesore që përcaktojnë fushat e aplikimit të metalit dhe lidhjeve të tij.

Struktura kristalore e metaleve dhe lidhjeve shpjegon arsyen e secilës prej vetive të treguara dhe flet për ashpërsinë e tyre në secilin përfaqësues specifik. Nëse i njihni tiparet e një strukture të tillë, mund të ndikoni në vetitë e kampionit dhe ta rregulloni atë në parametrat e dëshiruar, gjë që njerëzit kanë bërë për shumë dekada.

Struktura kristalore atomike e metaleve

Çfarë është kjo strukturë, nga çfarë karakterizohet? Vetë emri sugjeron që të gjitha metalet janë kristale në gjendje të ngurtë, domethënë në kushte normale (përveç merkurit, i cili është një lëng). Çfarë është një kristal?

Ky është një imazh grafik konvencional i ndërtuar nga kryqëzimi i linjave imagjinare përmes atomeve që rreshtojnë trupin. Me fjalë të tjera, çdo metal përbëhet nga atome. Ato janë të vendosura në të jo në mënyrë kaotike, por shumë korrekte dhe të vazhdueshme. Pra, nëse i kombinoni mendërisht të gjitha këto grimca në një strukturë, do të merrni një imazh të bukur në formën e një trupi të rregullt gjeometrik të një farë forme.

Kjo është ajo që zakonisht quhet rrjetë kristalore e një metali. Është shumë kompleks dhe voluminoz nga ana hapësinore, prandaj, për thjeshtësi, nuk tregohet e gjitha, por vetëm një pjesë, një qelizë elementare. Një grup qelizash të tilla, të mbledhura së bashku dhe të pasqyruara në dhe formon rrjeta kristalore. Kimia, fizika dhe metalurgjia janë shkenca që studiojnë veçoritë strukturore të strukturave të tilla.

Vetë është një grup atomesh që ndodhen në një distancë të caktuar nga njëri-tjetri dhe koordinojnë një numër rreptësisht të caktuar të grimcave të tjera rreth vetes. Karakterizohet nga dendësia e paketimit, distanca midis strukturave përbërëse dhe numri i koordinimit. Në përgjithësi, të gjithë këta parametra janë karakteristika të të gjithë kristalit, dhe për këtë arsye pasqyrojnë vetitë e shfaqura nga metali.

Ka disa lloje Ata të gjithë kanë një veçori të përbashkët - nyjet përmbajnë atome, dhe brenda ka një re të gazit elektronik, i cili formohet nga lëvizja e lirë e elektroneve brenda kristalit.

Llojet e rrjetave kristalore

Katërmbëdhjetë variante të strukturës së grilës zakonisht kombinohen në tre lloje kryesore. Ato janë si më poshtë:

1. Kub me qendër trupin.
2. Gjashtëkëndore e mbyllur.
3. Kub në qendër të fytyrës.

Struktura kristalore e metaleve u studiua vetëm kur u bë e mundur të merreshin imazhe me zmadhim të lartë. Dhe klasifikimi i llojeve të grilave u dha për herë të parë nga shkencëtari francez Bravais, me emrin e të cilit quhen ndonjëherë.

Grilë në qendër të trupit

Struktura e rrjetës kristalore të metaleve të këtij lloji është struktura e mëposhtme. Ky është një kub me tetë atome në nyjet e tij. Një tjetër ndodhet në qendër të hapësirës së brendshme të lirë të qelizës, gjë që shpjegon emrin "e përqëndruar në trupin".

Kjo është një nga opsionet për strukturën më të thjeshtë të qelizës së njësisë, dhe për këtë arsye të gjithë rrjetën në tërësi. Metalet e mëposhtme kanë këtë lloj:

• molibden;
• vanadium;
• krom;
• mangan;
• hekur alfa;
• hekuri beta dhe të tjerët.

Karakteristikat kryesore të përfaqësuesve të tillë janë një shkallë e lartë e lakueshmërisë dhe duktilitetit, ngurtësisë dhe forcës.

Grilë në qendër të fytyrës

Struktura kristalore e metaleve që kanë një rrjetë kub të përqendruar në fytyrë është struktura e mëposhtme. Ky është një kub që përfshin katërmbëdhjetë atome. Tetë prej tyre formojnë nyje grilë, dhe gjashtë të tjera janë të vendosura, një në secilën faqe.

Ata kanë një strukturë të ngjashme:

• alumini;
• nikel;
• plumbi;
• gama hekuri;
• bakri.

Karakteristikat kryesore dalluese janë shkëlqimi i ngjyrave të ndryshme, butësia, forca, lakueshmëria, rritja e rezistencës ndaj korrozionit.

Grilë gjashtëkëndore

Struktura kristalore e metaleve me grila është si më poshtë. Qeliza njësi bazohet në një prizëm gjashtëkëndor. Ka 12 atome në nyjet e saj, dy të tjera në bazat dhe tre atome shtrihen lirshëm brenda hapësirës në qendër të strukturës. Gjithsej janë shtatëmbëdhjetë atome.

Metalet si:

• alfa titan;
• magnez;
• alfa kobalt;
• zinku.

Karakteristikat kryesore janë një shkallë e lartë e forcës, shkëlqim i fortë argjendi.

Defekte në strukturën kristalore të metaleve

Megjithatë, të gjitha llojet e qelizave të konsideruara mund të kenë gjithashtu mangësi natyrore, ose të ashtuquajturat defekte. Kjo mund të jetë për shkak të arsyeve të ndryshme: atome të huaja dhe papastërti në metale, ndikime të jashtme, etj.

Prandaj, ekziston një klasifikim që pasqyron defektet që mund të kenë grilat kristalore. Kimia si shkencë studion secilën prej tyre për të identifikuar shkakun dhe mënyrën e eliminimit në mënyrë që të mos ndryshohen vetitë e materialit. Pra, defektet janë si më poshtë.

1. Vend. Ato vijnë në tre lloje kryesore: boshllëqe, papastërti ose atome të dislokuara. Ato çojnë në përkeqësimin e vetive magnetike të metalit, përçueshmërinë e tij elektrike dhe termike.
2. Linear ose dislokues. Ka buzë dhe vida. Ata përkeqësojnë forcën dhe cilësinë e materialit.
3. Defektet sipërfaqësore. Ndikon në pamjen dhe strukturën e metaleve.

Aktualisht, janë zhvilluar metoda për të eliminuar defektet dhe për të marrë kristale të pastra. Megjithatë, nuk është e mundur që ato të zhduken plotësisht;

Rëndësia e njohurive për strukturën kristalore të metaleve

Nga materiali i mësipërm, është e qartë se njohuritë për strukturën dhe strukturën e imët bëjnë të mundur parashikimin e vetive të materialit dhe ndikimin e tyre. Dhe shkenca e kimisë ju lejon ta bëni këtë. Klasa e 9-të e një shkolle të arsimit të përgjithshëm vë theksin në procesin mësimor në zhvillimin e nxënësve të një kuptimi të qartë të rëndësisë së zinxhirit themelor logjik: përbërje - strukturë - veti - zbatim.

Informacioni në lidhje me strukturën kristalore të metaleve është ilustruar shumë qartë dhe i lejon mësuesit të shpjegojë qartë dhe t'u tregojë fëmijëve se sa e rëndësishme është të njohësh strukturën e imët për të përdorur saktë dhe me kompetencë të gjitha vetitë.

Struktura e materies.

Nuk janë atome ose molekula individuale që hyjnë në ndërveprime kimike, por substanca.
Detyra jonë është të njihemi me strukturën e materies.

Në temperatura të ulëta, substancat janë në një gjendje të qëndrueshme të ngurtë.

☼ Substanca më e fortë në natyrë është diamanti. Ai konsiderohet si mbreti i të gjithë gurëve të çmuar dhe të çmuar. Dhe vetë emri i tij do të thotë "i pathyeshëm" në greqisht. Diamantet janë konsideruar prej kohësh si gurë të mrekullueshëm. Besohej se një person i veshur me diamante nuk i njeh sëmundjet e stomakut, nuk preket nga helmi, ruan kujtesën dhe disponimin e tij të gëzuar deri në pleqëri dhe gëzon favorin mbretëror.

☼ Një diamant që i është nënshtruar përpunimit të bizhuterive - prerje, lustrim - quhet diamant.

Gjatë shkrirjes, si pasojë e lëkundjeve termike, prishet rendi i grimcave, ato bëhen të lëvizshme, ndërsa natyra e lidhjes kimike nuk prishet. Kështu, nuk ka dallime thelbësore midis gjendjeve të ngurta dhe të lëngshme.
Lëngu fiton rrjedhshmëri (d.m.th., aftësinë për të marrë formën e një ene).

Kristale të lëngëta.

Kristalet e lëngëta u zbuluan në fund të shekullit të 19-të, por janë studiuar në 20-25 vitet e fundit. Shumë pajisje ekrani të teknologjisë moderne, për shembull, disa orë elektronike dhe mini-kompjutera, funksionojnë me kristale të lëngshme.

Në përgjithësi, fjalët "kristale të lëngshme" tingëllojnë jo më pak të pazakonta sesa "akulli i nxehtë". Megjithatë, në realitet, akulli mund të jetë edhe i nxehtë, sepse... në një presion prej më shumë se 10,000 atm. akulli i ujit shkrihet në temperatura mbi 2000 C. E pazakonta e kombinimit të "kristaleve të lëngëta" është se gjendja e lëngshme tregon lëvizshmërinë e strukturës, dhe kristali nënkupton rend të rreptë.

Nëse një substancë përbëhet nga molekula poliatomike të një forme të zgjatur ose lamelare dhe që ka një strukturë asimetrike, atëherë kur ajo shkrihet, këto molekula orientohen në një mënyrë të caktuar në lidhje me njëra-tjetrën (boshtet e tyre të gjata janë paralele). Në këtë rast, molekulat mund të lëvizin lirisht paralelisht me vetveten, d.m.th. sistemi fiton vetinë e rrjedhshmërisë karakteristike të një lëngu. Në të njëjtën kohë, sistemi ruan një strukturë të renditur, e cila përcakton vetitë karakteristike të kristaleve.

Lëvizshmëria e lartë e një strukture të tillë bën të mundur kontrollin e saj nëpërmjet ndikimeve shumë të dobëta (termike, elektrike, etj.), d.m.th. të ndryshojë me qëllim vetitë e një substance, duke përfshirë ato optike, me shpenzime shumë të vogla të energjisë, që është ajo që përdoret në teknologjinë moderne.

Llojet e rrjetave kristalore.

Çdo substancë kimike formohet nga një numër i madh grimcash identike që janë të ndërlidhura.
Në temperatura të ulëta, kur lëvizja termike është e vështirë, grimcat janë të orientuara rreptësisht në hapësirë ​​dhe formojnë një rrjetë kristalore.

Rrjetë kristali është një strukturë me një rregullim të saktë gjeometrik të grimcave në hapësirë.

Në vetë rrjetën kristalore dallohen nyjet dhe hapësira ndërnyjore.
E njëjta substancë, në varësi të kushteve (p, t,...), ekziston në forma të ndryshme kristalore (d.m.th., ato kanë rrjeta kristalore të ndryshme) - modifikime alotropike që ndryshojnë në veti.
Për shembull, njihen katër modifikime të karbonit: grafiti, diamanti, karbini dhe lonsdaleite.

☼ Shumëllojshmëria e katërt e karbonit kristalor, "lonsdaleite", është pak e njohur. Ai u zbulua në meteorite dhe u mor artificialisht, dhe struktura e tij është ende duke u studiuar.

☼ Bloza, koksi dhe qymyri u klasifikuan si polimere amorfe të karbonit. Megjithatë, tashmë është bërë e ditur se edhe këto janë substanca kristalore.

☼ Nga rruga, në blozë u gjetën grimca të zeza me shkëlqim, të cilat u quajtën "karboni i pasqyrës". Karboni i pasqyrës është kimikisht inert, rezistent ndaj nxehtësisë, i papërshkueshëm nga gazrat dhe lëngjet, ka një sipërfaqe të lëmuar dhe është absolutisht i pajtueshëm me indet e gjalla.

☼ Emri grafit vjen nga italishtja "graffito" - shkruaj, vizatoj. Grafiti është kristale gri të errët me një shkëlqim të dobët metalik dhe ka një grilë të shtresuar. Shtresat individuale të atomeve në një kristal grafiti, të lidhura me njëra-tjetrën relativisht dobët, ndahen lehtësisht nga njëra-tjetra.

LLOJET E RRLITAVE KRISTALE

Vetitë e substancave me rrjeta të ndryshme kristalore (tabela)

Nëse shpejtësia e rritjes së kristalit është e ulët pas ftohjes, formohet një gjendje qelqi (amorfe).

Marrëdhënia midis pozicionit të një elementi në tabelën periodike dhe rrjetës kristalore të substancës së tij të thjeshtë.

Ekziston një marrëdhënie e ngushtë midis pozicionit të një elementi në tabelën periodike dhe rrjetës kristalore të substancës së tij elementare përkatëse.

Substancat e thjeshta të elementeve të mbetur kanë një rrjetë kristalore metalike.

FIKSIMI

Studioni materialin e leksionit dhe përgjigjuni pyetjeve të mëposhtme me shkrim në fletoren tuaj:
- Çfarë është një rrjetë kristali?
- Cilat lloje të grilave kristal ekzistojnë?
- Përshkruani çdo lloj rrjete kristalore sipas planit:

Çfarë është në nyjet e rrjetës kristalore, njësia strukturore → Lloji i lidhjes kimike midis grimcave të nyjës → Forcat e ndërveprimit ndërmjet grimcave të kristalit → Vetitë fizike për shkak të rrjetës kristalore → Gjendja agregate e substancës në kushte normale → Shembuj

Përfundoni detyrat për këtë temë:

- Çfarë lloj rrjete kristalore kanë substancat e mëposhtme që përdoren gjerësisht në jetën e përditshme: ujë, acid acetik (CH3COOH), sheqer (C12 H22 O11), pleh kaliumi (KCl), rërë lumi (SiO2) - pika e shkrirjes 1710 0C, amoniak (NH3) , kripë gjelle? Bëni një përfundim të përgjithshëm: nga cilat veti të një lënde mund të përcaktohet lloji i rrjetës së saj kristalore?
Duke përdorur formulat e substancave të dhëna: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - përcaktoni llojin e rrjetës kristalore (jonike, molekulare) të secilit përbërës dhe, bazuar në këtë, përshkruani vetitë fizike të secilës prej katër substancave.
Trajneri nr. 1. "Rrjeta kristalore"
Trajneri nr. 2. "Detyrat e testimit"
Testi (vetëkontrolli):

1) Substancat që kanë një rrjetë kristalore molekulare, si rregull:
a). zjarrdurues dhe shumë i tretshëm në ujë
b). i shkrirë dhe i paqëndrueshëm
V). E ngurtë dhe përçuese elektrike
G). Përçues termik dhe plastik

2) Koncepti i "molekulës" nuk është i zbatueshëm për njësinë strukturore të një substance:

b). oksigjen

V). diamanti

3) Rrjeta atomike kristalore është karakteristike për:

a). alumini dhe grafiti

b). squfurit dhe jodit

V). oksid silikoni dhe klorur natriumi

G). diamant dhe bor

4) Nëse një substancë është shumë e tretshme në ujë, ka një pikë të lartë shkrirjeje dhe është elektrikisht përçuese, atëherë rrjeta e saj kristal është:

A). molekulare

b). atomike

V). jonike

G). metalike

Që nga kohërat e lashta, metalet kanë luajtur një rol të madh në zhvillimin e njerëzimit. Futja e tyre në jetën e përditshme ka prodhuar një revolucion të vërtetë si në metodat e përpunimit të materialeve ashtu edhe në perceptimin njerëzor të realitetit përreth. Industria dhe bujqësia moderne, transporti dhe infrastruktura janë të pamundura pa përdorimin e metaleve dhe përdorimin e cilësive dhe vetive të tyre të dobishme. Këto cilësi, nga ana tjetër, përcaktohen nga struktura e brendshme e një klase të caktuar të përbërjeve kimike, e cila bazohet në një rrjetë kristali.

Koncepti dhe thelbi i rrjetës kristalore

Nga pikëpamja e strukturës së brendshme, çdo substancë mund të jetë në një nga tre gjendjet - e lëngshme, e gaztë dhe e ngurtë. Për më tepër, është kjo e fundit që karakterizohet nga qëndrueshmëria më e madhe, e cila është për faktin se rrjeta kristalore nënkupton jo vetëm një rregullim të qartë të atomeve ose molekulave në vende të përcaktuara rreptësisht, por edhe nevojën për të aplikuar një forcë mjaft të madhe për të. thyejnë lidhjet midis këtyre grimcave elementare.

Karakteristikat e rrjetës jonike

Struktura e çdo substance në gjendje të ngurtë përfshin domosdoshmërisht përsëritjen periodike të molekulave dhe atomeve në tre dimensione njëherësh. Për më tepër, në varësi të asaj që ndodhet në pikat nyjore, rrjeta kristalore mund të jetë jonike, atomike, molekulare dhe metalike. Për sa i përket llojit të parë, këtu përbërësit bazë janë jonet me ngarkesë të kundërt, ndërmjet të cilëve lindin dhe veprojnë të ashtuquajturat forca Kulombi. Në këtë rast, forca e bashkëveprimit varet drejtpërdrejt nga rrezet e grimcave të ngarkuara.

Një grilë e tillë është një sistem kompleks i përbërë nga katione metalike, në hapësirën ndërmjet të cilave lëvizin elektronet e ngarkuara negativisht. Është prania e këtyre grimcave elementare që i jep rrjetës qëndrueshmëri dhe fortësi, sepse ato shërbejnë si një lloj kompensuesi për kationet e ngarkuar pozitivisht.

Forca dhe dobësia e rrjetës atomike

Rrjeta kristalore atomike është mjaft interesante nga pikëpamja e strukturës. Tashmë nga emri mund të konkludojmë se nyjet e tij përmbajnë atome të mbajtura së bashku nga lidhje kovalente. Vitet e fundit, shumë shkencëtarë ia atribuojnë këtë lloj ndërveprimi familjes së polimereve inorganike, pasi struktura e një molekule të caktuar përcaktohet kryesisht nga valenca e atomeve të saj përbërëse.

Karakteristikat kryesore të një rrjete molekulare

Rrjeta molekulare kristalore është më pak e qëndrueshme nga të gjitha ato të paraqitura. Gjë është se niveli i ndërveprimit midis molekulave të vendosura në nyjet e tij është jashtëzakonisht i ulët, dhe potenciali i energjisë përcaktohet nga një numër faktorësh, rolin kryesor në të cilin luajnë forcat e shpërndarjes, induksionit dhe orientimit.

Ndikimi i rrjetës kristalore në vetitë e objekteve

Kështu, rrjeta kristalore përcakton kryesisht vetitë e një substance të veçantë. Për shembull, kristalet atomike shkrihen në temperatura jashtëzakonisht të larta dhe kanë fortësi të shtuar, dhe substancat me një rrjetë metalike janë përçues të shkëlqyeshëm

Shumica e lëndëve të ngurta kanë kristalore struktura, e cila karakterizohet rregullimi i përcaktuar rreptësisht i grimcave. Nëse i lidhni grimcat me linja konvencionale, ju merrni një kornizë hapësinore të quajtur rrjetë kristali. Pikat në të cilat ndodhen grimcat kristalore quhen nyje grilë. Nyjet e një rrjete imagjinare mund të përmbajnë atome, jone ose molekula.

Në varësi të natyrës së grimcave të vendosura në nyjet dhe natyrës së lidhjes ndërmjet tyre, dallohen katër lloje të grilave kristalore: jonike, metalike, atomike dhe molekulare.

Jonike quhen rrjeta në nyjet e të cilave ka jone.

Ato formohen nga substanca me lidhje jonike. Në nyjet e një grilë të tillë ka jone pozitive dhe negative të lidhura me njëri-tjetrin me ndërveprim elektrostatik.

Rrjetat jonike kristalore kanë kripëra, alkale, oksidet aktive të metaleve. Jonet mund të jenë të thjeshtë ose kompleks. Për shembull, në vendet e rrjetës së klorurit të natriumit ka jone të thjeshta natriumi Na dhe klor Cl-, dhe në vendet e rrjetës së sulfatit të kaliumit, jonet e thjeshta të kaliumit K dhe jonet komplekse të sulfatit S O 4 2 - alternojnë.

Lidhjet midis joneve në kristale të tilla janë të forta. Prandaj, substancat jonike janë të ngurta, zjarrduruese, jo të paqëndrueshme. Substancat e tilla janë të mira tretet në ujë.

Rrjetë kristalore e klorurit të natriumit

Kristal klorur natriumi

Metal të quajtura grilë, të cilat përbëhen nga jone pozitive dhe atome metalike dhe elektrone të lira.

Ato formohen nga substanca me lidhje metalike. Në nyjet e një grilë metalike ka atome dhe jone (ose atome ose jone, në të cilat atomet kthehen lehtësisht, duke hequr dorë nga elektronet e tyre të jashtme për përdorim të përbashkët).

Rrjeta të tilla kristalore janë karakteristike për substancat e thjeshta të metaleve dhe lidhjeve.

Pikat e shkrirjes së metaleve mund të jenë të ndryshme (nga \(–37\) °C për merkurin deri në dy deri në tre mijë gradë). Por të gjitha metalet kanë një karakteristikë shkëlqim metalik, lakueshmëria, duktiliteti, përçojnë mirë elektricitetin dhe ngrohtësi.

Rrjetë kristalore metalike

Hardware

Grilat atomike quhen rrjeta kristalore, në nyjet e të cilave ka atome individuale të lidhura me lidhje kovalente.

Diamanti ka këtë lloj grilë - një nga modifikimet alotropike të karbonit. Substancat me një rrjetë kristal atomike përfshijnë grafit, silic, bor dhe germanium, si dhe substanca komplekse, për shembull karborund SiC dhe silicë, kuarc, kristal shkëmbi, rërë, të cilat përfshijnë oksid silikoni (\(IV\)) Si O 2.

Substancat e tilla karakterizohen forcë të lartë dhe fortësi. Kështu, diamanti është substanca më e fortë natyrore. Substancat me një rrjetë kristal atomike kanë shumë pika të larta të shkrirjes dhe zierje. Për shembull, pika e shkrirjes së silicës është \(1728\) °C, ndërsa për grafitin është më e lartë - \(4000\) °C. Kristalet atomike janë praktikisht të pazgjidhshëm.

Grilë kristal diamanti

Diamanti

molekulare quhen grila, në nyjet e të cilave ka molekula të lidhura me ndërveprime të dobëta ndërmolekulare.

Përkundër faktit se atomet brenda molekulave janë të lidhur me lidhje kovalente shumë të forta, forcat e dobëta të tërheqjes ndërmolekulare veprojnë midis vetë molekulave. Prandaj, kristalet molekulare kanë forca e ulët dhe fortësia, pika të ulëta të shkrirjes dhe zierje. Shumë substanca molekulare janë lëngje dhe gazra në temperaturën e dhomës. Substancat e tilla janë të paqëndrueshme. Për shembull, jodi kristalor dhe monoksidi i ngurtë i karbonit (\(IV\)) ("akulli i thatë") avullohen pa u kthyer në një gjendje të lëngshme. Disa substanca molekulare kanë erë .

Ky lloj rrjete ka substanca të thjeshta në gjendje të ngurtë grumbullimi: gaze fisnike me molekula monotomike (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), si dhe jometalet me dy- dhe molekulat poliatomike (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Ata kanë një rrjetë kristalore molekulare gjithashtu substanca me lidhje polare kovalente: ujë - akull, amoniak i ngurtë, acide, oksidet jometale. Shumica komponimet organike janë edhe kristale molekulare (naftalinë, sheqer, glukozë).