Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine denir erime. Katı kristal bir gövdeyi eritmek için belirli bir sıcaklığa ısıtılması, yani ısı sağlanması gerekir.Bir maddenin eridiği sıcaklığa denirmaddenin erime noktası.
Ters süreç, geçiştir sıvı hal katıya dönüşme - sıcaklık düştüğünde, yani ısı uzaklaştırıldığında meydana gelir. Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine denirsertleşme , veya kristallizasyon . Bir maddenin kristalleştiği sıcaklığa denirkristal sıcaklığıdüşünceler .
Deneyimler, herhangi bir maddenin aynı sıcaklıkta kristalleştiğini ve eridiğini göstermektedir.
Şekil sıcaklık bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir kristal gövde(buz) ısıtma süresinden (noktadan) A asıl noktaya D) ve soğuma süresi (noktadan D asıl noktaya k). Üzerinde yatay eksen zaman çizilir ve sıcaklık dikey olarak çizilir.
Grafik, sürecin gözlemlenmesinin buz sıcaklığının -40 °C olduğu veya dedikleri gibi sıcaklığın 40°C olduğu andan itibaren başladığını gösteriyor. başlangıç anı zaman Tbaşlangıç= -40 °C (nokta A grafikte). Daha fazla ısıtmayla buzun sıcaklığı artar (grafikte bu bölüm AB). Sıcaklık 0 °C'ye (buzun erime sıcaklığı) yükselir. 0°C'de buz erimeye başlar ve sıcaklığının yükselmesi durur. Tüm erime süresi boyunca (yani buzun tamamı eriyene kadar), brülör yanmaya devam etmesine ve dolayısıyla ısı sağlanmasına rağmen buzun sıcaklığı değişmez. Erime işlemi grafiğin yatay bölümüne karşılık gelir Güneş . Ancak buzun tamamı eriyip suya dönüştükten sonra sıcaklık yeniden yükselmeye başlar (bölüm CD). Su sıcaklığı +40 °C'ye ulaştıktan sonra brülör söndürülür ve su soğumaya başlar, yani ısı uzaklaştırılır (bunu yapmak için, suyla dolu bir kabı buzlu daha büyük başka bir kaba yerleştirebilirsiniz). Su sıcaklığı düşmeye başlar (bölüm Almanya). Sıcaklık 0 °C'ye ulaştığında, ısının ortadan kalkmasına rağmen su sıcaklığının düşmesi durur. Bu, suyun kristalleşmesi sürecidir - buz oluşumu (yatay bölüm) E.F.). Suyun tamamı buza dönüşene kadar sıcaklık değişmeyecektir. Ancak bundan sonra buz sıcaklığı düşmeye başlar (bölüm FK).
Ele alınan grafiğin görünümü aşağıdaki şekilde açıklanmaktadır. Sitede AB Sağlanan ısı nedeniyle buz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar ve sıcaklığı artar. Sitede GüneşŞişenin içeriği tarafından alınan tüm enerji, buz kristali kafesinin yok edilmesi için harcanır: moleküllerinin düzenli uzamsal düzeninin yerini düzensiz bir düzenleme alır, moleküller arasındaki mesafe değişir, yani. Moleküller, madde sıvı hale gelecek şekilde yeniden düzenlenir. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi değişmez, dolayısıyla sıcaklık değişmeden kalır. Erimiş buzlu suyun sıcaklığında daha fazla artış (bölgede) CD) brülörün sağladığı ısı nedeniyle su moleküllerinin kinetik enerjisinin artması anlamına gelir.
Suyu soğuturken (bölüm Almanya) enerjinin bir kısmı ondan alınır, su molekülleri daha düşük hızlarda hareket eder, ortalama kinetik enerjileri düşer - sıcaklık düşer, su soğur. 0°C'de (yatay kesit) E.F.) moleküller sıraya girmeye başlar belli bir sırayla, bir kristal kafes oluşturuyor. Bu işlem tamamlanıncaya kadar, ısının alınmasına rağmen maddenin sıcaklığı değişmeyecektir, yani katılaşırken sıvı (su) enerji açığa çıkarır. Bu tam olarak buzun emdiği, sıvıya dönüştüğü enerjidir (bölüm Güneş). Sıvının iç enerjisi sıvınınkinden büyüktür sağlam. Erime (ve kristalleşme) üzerine iç enerji bedenler aniden değişir.
1650 ºС'nin üzerindeki sıcaklıklarda eriyen metallere denir refrakter(titanyum, krom, molibden vb.). En çok yüksek sıcaklık Tungstenin erime noktası yaklaşık 3400 °C'dir. Refrakter metaller ve bunların bileşikleri, uçak yapımında, roket üretiminde ve sanayide ısıya dayanıklı malzemeler olarak kullanılır. uzay teknolojisi, nükleer enerji.
Bir maddenin erirken enerji emdiğini bir kez daha vurgulayalım. Kristalleşme sırasında ise tam tersine onu açığa çıkarır. çevre. Kristalleşme sırasında açığa çıkan belirli miktarda ısıyı alan ortam ısınır. Bu birçok kuş tarafından iyi bilinmektedir. Kışın soğuk havalarda nehirleri ve gölleri kaplayan buzun üzerinde otururken görülmeleri şaşılacak bir şey değil. Buz oluştuğunda açığa çıkan enerji nedeniyle üzerindeki hava, ormandaki ağaçlara göre birkaç derece daha sıcak olur ve kuşlar bundan yararlanır.
Amorf maddelerin erimesi.
Belirli bir varlığın kullanılabilirliği erime noktaları- Bu önemli işaret kristal maddeler. Bu özelliği sayesinde kolayca ayırt edilebilirler. amorf cisimler Bunlar aynı zamanda katılar olarak da sınıflandırılır. Bunlar arasında özellikle cam, çok viskoz reçineler ve plastikler bulunur.
Amorf maddeler(kristalin olanların aksine) belirli bir erime noktasına sahip değildirler - erimezler, yumuşarlar. Örneğin bir cam parçası ısıtıldığında önce sertten yumuşak hale gelir, kolaylıkla bükülebilir veya gerilebilir; daha yüksek sıcaklıkta parça kendi yerçekiminin etkisi altında şekil değiştirmeye başlar. Isındıkça kalın viskoz kütle, içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Bu kütle önce bal gibi kalın, sonra ekşi krema gibi ve sonunda neredeyse su ile aynı düşük viskoziteli sıvı haline gelir. Ancak burada katının sıvıya geçişinin belirli bir sıcaklığını belirtmek mümkün değildir çünkü mevcut değildir.
Bunun nedenleri, amorf cisimlerin yapısındaki kristalin yapılardan temel farklılıkta yatmaktadır. Amorf cisimlerdeki atomlar rastgele düzenlenir. Amorf cisimler yapıları itibariyle sıvılara benzerler. Zaten katı camda atomlar rastgele düzenlenmiştir. Bu, camın sıcaklığının arttırılmasının yalnızca moleküllerinin titreşim aralığını arttırdığı ve onları giderek daha büyük hale getirdiği anlamına gelir. daha fazla özgürlük hareket. Bu nedenle cam yavaş yavaş yumuşar ve moleküllerin diziliminden geçişin özelliği olan keskin bir "katı-sıvı" geçişi sergilemez. sıkı düzen düzensiz olanlara.
Füzyon ısısı.
Erime Isısı bir maddeye verilmesi gereken ısı miktarıdır sabit basınç Ve sabit sıcaklık, eşit sıcaklık katı kristal halinden tamamen sıvıya dönüştürmek için eritilir. Erime ısısı, bir maddenin sıvı halden kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarına eşittir. Erime sırasında bir maddeye verilen ısının tamamı moleküllerinin potansiyel enerjisini artırmaya gider. Erime sabit sıcaklıkta gerçekleştiğinden kinetik enerji değişmez.
Aynı kütledeki çeşitli maddelerin erimesini deneysel olarak inceleyerek, bunları sıvıya dönüştürmek için gerekli olduğu fark edilebilir. farklı miktarlar sıcaklık. Örneğin, bir kilogram buzu eritmek için 332 J enerji, 1 kg kurşunu eritmek için ise 25 kJ enerji harcamanız gerekir.
Vücut tarafından salınan ısı miktarı negatif kabul edilir. Bu nedenle kütleli bir maddenin kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarını hesaplarken M, aynı formülü kullanmalısınız ancak eksi işaretiyle:
Yanma ısısı.
Yanma ısısı(veya kalorifik değer, kalori içeriği) şu anda açığa çıkan ısı miktarıdır tam yanma yakıt.
Cesetleri ısıtmak için genellikle yakıtın yanması sırasında açığa çıkan enerji kullanılır. Geleneksel yakıt (kömür, petrol, benzin) karbon içerir. Yanma sırasında karbon atomları havadaki oksijen atomlarıyla birleşerek karbondioksit moleküllerini oluşturur. Bu moleküllerin kinetik enerjisinin orijinal parçacıklarınkinden daha büyük olduğu ortaya çıkar. Arttırmak kinetik enerji Yanma sırasında moleküllerin açığa çıkmasına enerji salınımı denir. Yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan enerji, bu yakıtın yanma ısısıdır.
Yakıtın yanma ısısı yakıtın türüne ve kütlesine bağlıdır. Nasıl daha fazla kütle yakıt yani daha fazla miktar tam yanması sırasında açığa çıkan ısı.
1 kg ağırlığındaki yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarını gösteren fiziksel niceliğe denir. yakıtın yanma özgül ısısı.Özgül yanma ısısı harfle gösterilirQve kilogram başına joule (J/kg) cinsinden ölçülür.
Isı miktarı Q Yanma sırasında açığa çıkan M kg yakıt aşağıdaki formülle belirlenir:
Rastgele bir kütlenin yakıtının tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarını bulmak için ihtiyacınız olan özgül ısı bu yakıtın yanması kütlesiyle çarpılır.
Zaten bildiğimiz gibi, bir madde üç toplanma durumunda mevcut olabilir: gazlı, zor Ve sıvı. Normal şartlarda gaz halinde olan oksijen, -194°C sıcaklıkta mavimsi bir sıvıya, -218,8°C sıcaklıkta ise mavi kristalli kar benzeri bir kütleye dönüşür.
Katı haldeki bir maddenin varlığına ilişkin sıcaklık aralığı kaynama ve erime noktalarına göre belirlenir. Katılar var kristalimsi Ve amorf.
sen amorf maddeler Sabit bir erime noktası yoktur; ısıtıldıklarında yavaş yavaş yumuşarlar ve sıvı bir duruma dönüşürler. Bu durumda örneğin çeşitli reçineler ve hamuru bulunur.
Kristal maddeler Bunlar, kendilerini oluşturan parçacıkların (atomlar, moleküller ve iyonlar) uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalardaki düzenli düzeniyle ayırt edilirler. Bu noktalar düz çizgilerle birleştirildiğinde uzaysal bir çerçeve oluşturulur, buna kristal kafes denir. Kristal parçacıklarının bulunduğu noktalara denir kafes düğümleri.
Kafesin hayal ettiğimiz düğümleri iyonları, atomları ve molekülleri içerebilir. Bu parçacıklar salınım hareketleri. Sıcaklık arttığında bu dalgalanmaların aralığı da artar, bu da termal genleşme tel.
Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların türüne ve aralarındaki bağlantının niteliğine bağlı olarak dört tip kristal kafes ayırt edilir: iyonik, atomik, moleküler Ve maden.
İyonik Bunlara iyonların düğümlerde yer aldığı kristal kafesler denir. Hem basit Na+, Cl- iyonlarını, hem de kompleks SO24-, OH-'yi bağlayabilen iyonik bağlı maddelerden oluşurlar. Bu nedenle, iyonik kristal kafesler metallerin tuzlarına, bazı oksitlerine ve hidroksillerine sahiptir; iyonik bir kimyasal bağın mevcut olduğu maddeler. Bir sodyum klorür kristali düşünün; pozitif olarak değişen Na+ ve negatif CL- iyonlarından oluşur ve birlikte küp şeklinde bir kafes oluştururlar. Böyle bir kristaldeki iyonlar arasındaki bağlar son derece kararlıdır. Bu nedenle iyonik kafese sahip maddeler nispeten yüksek dayanıma ve sertliğe sahiptirler; refrakterdirler ve uçucu değildirler.
atomik Kristal kafesler, düğümleri ayrı ayrı atomlar içeren kristal kafeslerdir. Bu tür kafeslerde atomlar birbirine çok güçlü bir şekilde bağlanır kovalent bağlar. Örneğin elmas bunlardan biridir. allotropik modifikasyonlar karbon.
Atomik kristal kafese sahip maddeler doğada çok yaygın değildir. Bunlar arasında kristal bor, silikon ve germanyumun yanı sıra karmaşık maddelerörneğin silikon oksit (IV) - Si02 içerenler: silika, kuvars, kum, kaya kristali.
Atomik kristal kafesli maddelerin büyük çoğunluğu çok yüksek erime noktalarına sahiptir (elmas için 3500 ° C'yi aşar), bu tür maddeler güçlü ve serttir, pratik olarak çözünmez.
Moleküler Bunlara moleküllerin düğümlerde yer aldığı kristal kafesler denir. Bu moleküllerdeki kimyasal bağlar ayrıca polar (HCl, H 2 0) veya polar olmayan (N 2, O 3) olabilir. Ve moleküllerin içindeki atomlar çok güçlü kovalent bağlarla bağlı olmasına rağmen, moleküllerin kendi aralarında bir bağ vardır. zayıf kuvvetler moleküller arası çekim. Moleküler kristal kafeslere sahip maddelerin düşük sertlik, düşük erime noktası ve uçuculuk ile karakterize edilmesinin nedeni budur.
Bu tür maddelerin örnekleri şunları içerir: sert su– buz, katı karbon monoksit (IV) – “kuru buz”, katı hidrojen klorür ve hidrojen sülfür, katı basit maddelerden oluşan - ( soy gazlar), iki - (H2, O2, CL2, N2, I2), üç - (O3), dört - (P4), sekiz atomlu (S8) molekül. Büyük çoğunluğu katı organik bileşikler moleküler kristal kafeslere (naftalin, glikoz, şeker) sahiptir.
blog.site, materyalin tamamını veya bir kısmını kopyalarken, orijinal kaynağa bir bağlantı gereklidir.
İÇİNDE kimyasal etkileşimlerİçeri giren tek tek atomlar veya moleküller değil, maddelerdir. Maddeler bağ türlerine göre sınıflandırılır moleküler ve moleküler olmayan binalar.
Bunlar moleküllerden oluşan maddelerdir. Bu tür maddelerde moleküller arasındaki bağlar çok zayıftır, molekül içindeki atomlar arasındaki bağlara göre çok daha zayıftır ve hatta göreceli olarak daha düşük düzeydedir. düşük sıcaklıklar parçalanırlar - madde önce sıvıya, sonra gaza dönüşür (iyotun süblimleşmesi). Moleküllerden oluşan maddelerin erime ve kaynama noktaları arttıkça artar. moleküler ağırlık. İLE moleküler maddeler atomik yapıya sahip maddeleri (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W) içerir, aralarında metaller ve metal olmayanlar bulunur.
Maddelerin moleküler olmayan yapısı
Maddelere moleküler olmayan yapılar iyonik bileşikleri içerir. Metal olmayan metallerin çoğu bileşiği şu yapıya sahiptir: tüm tuzlar (NaCl, K2S04), bazı hidritler (LiH) ve oksitler (CaO, MgO, FeO), bazlar (NaOH, KOH). İyonik (moleküler olmayan) maddelerin erime ve kaynama noktaları yüksektir.
Katılar: kristal ve amorf
Amorf maddeler net bir erime noktasına sahip değiller - ısıtıldıklarında yavaş yavaş yumuşarlar ve sıvı bir duruma dönüşürler. Örneğin hamuru ve çeşitli reçineler amorf bir durumdadır.
Kristal maddeler karakterize edilir doğru konum oluştukları parçacıklar: uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalarda atomlar, moleküller ve iyonlar. Bu noktalar düz çizgilerle birleştirildiğinde uzaysal bir çerçeve oluşur. kristal kafes. Kristal parçacıklarının bulunduğu noktalara denir kafes düğümleri.
Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların türüne ve aralarındaki bağlantının niteliğine bağlı olarak dört tip kristal kafes ayırt edilir: iyonik, atomik, moleküler ve metalik .
İyonik kristal kafesler
İyonik düğümlerinde iyonların bulunduğu kristal kafesler denir. Hem basit Na +, Cl iyonlarını hem de S0 4 2-, OH - kompleks iyonlarını bağlayabilen iyonik bağları olan maddelerden oluşurlar. Sonuç olarak, metallerin tuzları ve bazı oksitleri ve hidroksitleri iyonik kristal kafeslere sahiptir. Örneğin, bir sodyum klorür kristali dönüşümlü olarak oluşturulur. pozitif iyonlar Na + ve negatif Cl - küp şeklinde bir kafes oluşturur.
Sofra tuzunun iyonik kristal kafesi
Böyle bir kristaldeki iyonlar arasındaki bağlar çok kararlıdır. Bu nedenle iyonik kafesli maddeler nispeten yüksek sertlik ve mukavemet ile karakterize edilir, refrakterdir ve uçucu değildir.
Atomik kristal kafesler
atomik düğümlerinde ayrı ayrı atomların bulunduğu kristal kafesler denir. Bu tür kafeslerde atomlar birbirine çok güçlü kovalent bağlarla bağlanır. Bu tür kristal kafeslere sahip maddelerin bir örneği, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri olan elmastır.
Elmasın atomik kristal kafesi
Atomik kristal kafesli çoğu maddenin erime noktaları çok yüksektir (örneğin elmas için 3500 ° C'nin üzerindedir), güçlü ve serttirler ve pratik olarak çözünmezler.
Moleküler kristal kafesler
Moleküler düğümlerinde moleküllerin bulunduğu kristal kafesler denir.
İyotun moleküler kristal kafesi
Bu moleküllerdeki kimyasal bağlar hem polar (HCl, H2O) hem de polar olmayan (N2, O2) olabilir. Moleküllerin içindeki atomlar çok güçlü kovalent bağlarla bağlı olmasına rağmen, moleküllerin kendi aralarında zayıf moleküller arası çekim kuvvetleri etki eder. Bu nedenle moleküler kristal kafeslere sahip maddeler düşük sertliğe, düşük erime noktalarına sahiptir ve uçucudur. Çoğu katı organik bileşiğin moleküler kristal kafesleri vardır (naftalin, glikoz, şeker).
Metal kristal kafesler
Metalik bağı olan maddeler maden kristal kafesler.
Bu tür kafeslerin yerlerinde atomlar ve iyonlar bulunur (metal atomlarının kolayca dönüştüğü atomlar veya iyonlar, dış elektronlar"V ortak kullanım"). Metallerin bu iç yapısı onların özelliklerini belirler. fiziksel özellikler: dövülebilirlik, plastisite, elektriksel ve termal iletkenlik, karakteristik metalik parlaklık.
Maddenin yapısı yalnızca kimyasal parçacıklardaki atomların göreceli düzeniyle değil, aynı zamanda bu kimyasal parçacıkların uzaydaki konumuyla da belirlenir. Atomların, moleküllerin ve iyonların en düzenli düzeni kristaller(Yunanca'dan " kristaller" - buz), burada kimyasal parçacıklar (atomlar, moleküller, iyonlar) belirli bir sırayla düzenlenerek uzayda bir kristal kafes oluşturur. Belirli oluşum koşulları altında, sahip olabilirler doğal şekil doğru simetrik çokyüzlüler. Kristalin durum, parçacıkların düzenlenmesinde uzun menzilli düzenin varlığı ve kristal kafesin simetrisi ile karakterize edilir.
İçin amorf durum yalnızca kısa menzilli düzenin varlığıyla karakterize edilir. Amorf maddelerin yapıları sıvılara benzer ancak akışkanlığı çok daha azdır. Amorf durum genellikle kararsızdır. Mekanik yüklerin veya sıcaklık değişimlerinin etkisi altında amorf cisimler kristalleşebilir. Reaktivite amorf durumdaki maddelerin kristal durumuna göre önemli ölçüde daha yüksektir.
Amorf maddeler
Ana işaret amorf(Yunanca'dan " şekilsiz" - biçimsiz) maddenin durumu - atomun yokluğu veya moleküler kafes yani kristal halin yapı karakteristiğinin üç boyutlu periyodikliği.
Soğurken sıvı madde kristalleşme her zaman gerçekleşmez. belirli koşullar altında dengesiz bir katı amorf (camsı) durum oluşabilir. Camsı hal, basit maddeler (karbon, fosfor, arsenik, kükürt, selenyum), oksitler (örneğin bor, silikon, fosfor), halojenürler, kalkojenitler ve birçok organik polimer içerebilir.
Bu durumda madde uzun süre stabil kalabilir; örneğin bazı volkanik camların yaşının milyonlarca yıl olduğu tahmin edilmektedir. Fiziksel ve kimyasal özellikler camsı amorf durumdaki maddeler, kristalli bir maddenin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Örneğin camsı germanyum dioksit kimyasal olarak kristal olandan daha aktiftir. Sıvı ve katı amorf halin özelliklerindeki farklılıklar, parçacıkların termal hareketinin doğası ile belirlenir: amorf durumda, parçacıklar yalnızca salınım ve dönme hareketleri yapabilir, ancak maddenin kalınlığı boyunca hareket edemezler.
Amorf bir durumda yalnızca katı halde bulunabilen maddeler vardır. Bu, düzensiz birim dizisine sahip polimerleri ifade eder.
Amorf cisimler izotropik yani mekanik, optik, elektriksel ve diğer özellikleri yöne bağlı değildir. Amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur; erime belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelir. Geçiş amorf madde Katıdan sıvı duruma geçişte özelliklerde ani bir değişiklik olmaz. Fiziksel model amorf durum henüz yaratılmamıştır.
Kristal maddeler
Sağlam kristaller- aynı yapısal elemanın kesin tekrarlanabilirliği ile karakterize edilen üç boyutlu oluşumlar ( birim hücre) her yöne. Birim hücre, kristal içinde tekrarlanan paralel yüzlü formdaki en küçük kristal hacmidir. sonsuz sayı bir kere.
geometrik olarak doğru biçim Kristaller her şeyden önce kesinlikle doğal olmalarından kaynaklanmaktadır. iç yapı. Bir kristaldeki atomlar, iyonlar veya moleküller yerine, bu parçacıkların ağırlık merkezleri olarak noktaları gösterirsek, kristal kafes adı verilen bu tür noktaların üç boyutlu düzenli dağılımını elde ederiz. Noktaların kendilerine denir düğümler kristal kafes.
Kristal kafes türleri
Kristal kafesin hangi parçacıklardan yapıldığına ve aralarındaki kimyasal bağın niteliğine bağlı olarak, çeşitli türler kristaller.
İyonik kristaller katyonlar ve anyonlar (örneğin çoğu metalin tuzları ve hidroksitleri) tarafından oluşturulur. İçlerinde parçacıklar arasında iyonik bir bağ vardır.
İyonik kristaller şunlardan oluşabilir: tek atomlu iyonlar. Kristaller bu şekilde inşa edilir sodyum klorür, potasyum iyodür, kalsiyum florür.
Tek atomlu metal katyonları ve çok atomlu anyonlar, örneğin nitrat iyonu NO 3 -, sülfat iyonu SO 4 2−, karbonat iyonu CO 3 2−, birçok tuzun iyonik kristallerinin oluşumuna katılır.
İyonik bir kristalde tek molekülleri izole etmek imkansızdır. Her katyon, her anyon tarafından çekilir ve diğer katyonlar tarafından itilir. Kristalin tamamı devasa bir molekül olarak düşünülebilir. Böyle bir molekülün boyutu sınırlı değildir çünkü yeni katyonlar ve anyonlar eklenerek büyüyebilir.
Çoğunluk iyonik bileşikler Koordinasyon sayısının değeri, yani belirli bir iyonun etrafındaki komşuların sayısı (4, 6 veya 8) bakımından birbirinden farklı olan yapısal tiplerden birinde kristalleşir. İyonik bileşikler için eşit sayı Katyonlar ve anyonlar için dört ana kristal kafes türü bilinmektedir: sodyum klorür (her iki iyonun koordinasyon sayısı 6'dır), sezyum klorür (her iki iyonun koordinasyon sayısı 8'dir), sfalerit ve wurtzit (her iki yapısal tür de şu şekilde karakterize edilir: katyon ve anyonun koordinasyon sayısı 4'e eşittir). Katyon sayısı iki katına çıkarılırsa daha az sayı Anyonlar varsa katyonların koordinasyon sayısı anyonların koordinasyon sayısının iki katı olmalıdır. Bu durumda uygulanırlar yapısal tipler florit ( koordinasyon numaraları 8 ve 4), rutil (koordinasyon numarası 6 ve 3), kristobalit (koordinasyon numarası 4 ve 2).
Tipik olarak iyonik kristaller sert fakat kırılgandır. Kırılganlıkları, kristalin hafif bir deformasyonuyla bile katyonların ve anyonların aralarındaki itici kuvvetlerin değişeceği şekilde yer değiştirmesinden kaynaklanmaktadır. aynı isimli iyonlar katyonlar ve anyonlar arasındaki çekici kuvvetler hakim olmaya başlar ve kristal çöker.
İyonik kristallerin erime noktaları yüksektir. Erimiş halde iyonik kristalleri oluşturan maddeler elektriksel olarak iletkendir. Bu maddeler suda çözündüğünde katyonlara ve anyonlara ayrışır ve ortaya çıkan çözeltiler elektrik akımını iletir.
Polar solventlerde yüksek çözünürlük, elektrolitik ayrışma bunun nedeni yüksek dielektrik sabiti ε olan bir solvent ortamında iyonlar arasındaki çekim enerjisinin azalmasıdır. geçirgenlik su, vakumdan 82 kat daha yüksektir (şartlı olarak iyonik bir kristalde bulunur), iyonlar arasındaki çekim sulu çözelti. Etki iyonların çözülmesiyle arttırılır.
Atom kristalleri oluşur bireysel atomlar, kovalent bağlarla birleştirilir. Basit maddelerden yalnızca bor ve grup IVA elementleri bu tür kristal kafeslere sahiptir. Çoğu zaman, metal olmayan bileşiklerin (örneğin silikon dioksit) birbirleriyle olan bileşikleri de atomik kristaller oluşturur.
İyonik kristaller gibi atomik kristaller de dev moleküller olarak kabul edilebilir. Çok dayanıklı ve serttirler, ısıyı ve elektriği iyi iletmezler. Atomik kristal kafeslere sahip maddeler yüksek sıcaklıklarda erir. Pratik olarak herhangi bir çözücüde çözünmezler. Düşük reaktivite ile karakterize edilirler.
Moleküler kristaller, atomların kovalent bağlarla bağlandığı ayrı moleküllerden oluşur. Moleküller arasında daha zayıf moleküller arası kuvvetler etki eder. Kolayca yok edilirler, bu nedenle moleküler kristaller düşük erime noktalarına, düşük sertliğe ve yüksek uçuculuğa sahiptir. Moleküler kristal kafesleri oluşturan maddelerin elektriksel iletkenlikçözeltileri ve eriyikleri de elektrik akımını iletmez.
Moleküller arası kuvvetler, bir molekülün negatif yüklü elektronlarının komşu moleküllerin pozitif yüklü çekirdekleriyle elektrostatik etkileşimi nedeniyle ortaya çıkar. Moleküller arası etkileşimlerin gücü birçok faktörden etkilenir. Bunlardan en önemlisi varlığıdır. kutupsal bağlar yani elektron yoğunluğunun bir atomdan diğerine kayması. Ayrıca, moleküller arası etkileşim molekülleri arasında daha güçlü bir şekilde kendini gösterir. çok sayıda elektronlar.
Basit maddeler formundaki metal olmayanların çoğu (örneğin, iyot I 2, argon Ar, kükürt S 8) ve birbirleriyle bileşikler (örneğin, su, karbon dioksit, hidrojen klorür) ve hemen hemen tüm katılar organik madde moleküler kristaller oluşturur.
Metaller metalik bir kristal kafes ile karakterize edilir. İçerir metal bağlantı atomlar arasında. Metal kristallerinde atom çekirdekleri, paketlenmeleri mümkün olduğu kadar yoğun olacak şekilde düzenlenmiştir. Bu tür kristallerdeki bağlanma delokalizedir ve tüm kristal boyunca uzanır. Metal kristalleri yüksek elektriksel ve termal iletkenliğe, metalik parlaklığa ve opaklığa ve kolay deforme olabilirliğe sahiptir.
Kristal kafeslerin sınıflandırılması sınırlayıcı durumlara karşılık gelir. Çoğu kristal inorganik maddeler ara tiplere aittir - kovalent-iyonik, moleküler-kovalent, vb. Örneğin bir kristalde grafit Her katmanın içindeki bağlar kovalent-metaliktir ve katmanlar arasında moleküller arasıdır.
İzomorfizm ve polimorfizm
Birçok kristal maddeler aynı yapılara sahiptir. Aynı zamanda aynı madde farklı kristal yapılar oluşturabilir. Bu, olaylara yansıyor izomorfizm Ve polimorfizm.
izomorfizm kristal yapılarda atomların, iyonların veya moleküllerin birbirini değiştirme yeteneğinde yatmaktadır. Bu terim (Yunancadan " ISO'lar" - eşittir ve " morfe" - form) E. tarafından önerildi. Mitscherlichİzomorfizm Yasası, 1821'de E. Mitscherlich tarafından şu şekilde formüle edildi: “Aynı şekilde bağlanan aynı sayıda atom, aynı kristal formları verir ve kristal form, kristal formlara bağlı değildir; kimyasal doğa atomlar, ancak yalnızca sayıları ve göreceli konumları ile belirlenir."
Çalışmak kimya laboratuvarı Berlin Üniversitesi Mitscherlich, kurşun, baryum ve stronsiyum sülfat kristallerinin tamamen benzerliğine ve diğer birçok maddenin kristal formlarının benzerliğine dikkat çekti. Gözlemleri ünlü İsveçli kimyager J.-Ya'nın dikkatini çekti. Berzelius Mitscherlich'in, fosforik ve arsenik asit bileşikleri örneğini kullanarak gözlemlenen modelleri doğruladığını öne sürdü. Çalışma sonucunda "iki seri tuzun yalnızca birinin asit radikali olarak arsenik içermesi, diğerinin ise fosfor içermesi bakımından farklılık gösterdiği" sonucuna varıldı. Mitscherlich'in keşfi çok geçmeden mineralogların dikkatini çekti ve minerallerdeki elementlerin izomorfik yer değiştirmesi sorunu üzerine araştırmaya başladı.
İzomorfizme eğilimli maddelerin ortak kristalizasyonu sırasında ( izomorfik maddeler), karışık kristaller (izomorfik karışımlar) oluşur. Bu ancak birbirini değiştiren parçacıkların boyutlarının çok az (%15'ten fazla olmaması) farklı olması durumunda mümkündür. Ek olarak, izomorfik maddelerin atom veya iyonların benzer bir uzaysal düzenlemesine ve dolayısıyla dış şekli benzer kristallere sahip olması gerekir. Bu tür maddeler örneğin şapı içerir. Potasyum şap kristallerinde KAl(SO 4) 2 . 12H20 potasyum katyonları kısmen veya tamamen rubidyum veya amonyum katyonları ile ve alüminyum katyonları krom(III) veya demir(III) katyonları ile değiştirilebilir.
İzomorfizm doğada yaygındır. Minerallerin çoğu komplekslerin izomorfik karışımlarıdır. değişken kompozisyon. Örneğin, sfalerit ZnS mineralinde çinko atomlarının %20'ye kadarı demir atomları ile değiştirilebilir (ZnS ve FeS farklı kristal yapılara sahipken). İzomorfizm, nadir ve iz elementlerin jeokimyasal davranışları, bunların dağılımları ile ilişkilidir. kayalar ve izomorfik safsızlıklar formunda bulundukları cevherler.
İzomorfik ikame birçok şeyi belirler faydalı özellikler yapay malzemeler modern teknoloji- yarı iletkenler, ferromıknatıslar, lazer malzemeleri.
Birçok madde kristalin formlar oluşturabilir. farklı yapı ve özellikleri, ancak aynı bileşim ( polimorfik değişiklikler). Polimorfizm- katıların yeteneği ve sıvı kristaller Aynı kimyasal bileşimde, farklı kristal yapı ve özelliklere sahip iki veya daha fazla formda bulunur. Bu kelime Yunancadan geliyor" polimorflar" - çeşitli. Polimorfizm olgusu M. Klaproth 1798'de iki farklı mineralin (kalsit ve aragonit) aynı minerallere sahip olduğunu keşfetti. kimyasal bileşim CaCO3.
Basit maddelerin polimorfizmi genellikle allotropi olarak adlandırılırken, polimorfizm kavramı kristal olmayan maddeler için geçerli değildir. allotropik formlar(örneğin gaz halindeki O2 ve O3). Tipik örnek polimorfik formlar - özellikleri bakımından keskin bir şekilde farklılık gösteren karbon modifikasyonları (elmas, lonsdaleit, grafit, karbinler ve fullerenler). Karbonun en kararlı varoluş şekli grafittir, ancak normal koşullar altında diğer modifikasyonları süresiz olarak devam edebilir. Yüksek sıcaklıklarda grafite dönüşürler. Elmas durumunda bu durum, oksijen yokluğunda 1000 o C'nin üzerine ısıtıldığında meydana gelir. Tersine geçişin başarılması çok daha zordur. Sadece yüksek sıcaklık (1200-1600 o C) değil, aynı zamanda 100 bin atmosfere kadar muazzam bir basınç da gereklidir. Grafitin elmasa dönüşümü, erimiş metallerin (demir, kobalt, krom ve diğerleri) varlığında daha kolaydır.
Moleküler kristaller söz konusu olduğunda polimorfizm, kristaldeki moleküllerin farklı paketlenmesinde veya moleküllerin şeklindeki değişikliklerde kendini gösterir. iyonik kristaller- çeşitli göreceli konum katyonlar ve anyonlar. Bazı basit ve karmaşık maddelerin ikiden fazla polimorfu vardır. Örneğin silikon dioksitin on modifikasyonu vardır, kalsiyum florürün altı, amonyum nitratın dört modifikasyonu vardır. Polimorfik modifikasyonlar genellikle belirtilir Yunan harfleriα, β, γ, δ, ε,... düşük sıcaklıklarda kararlı olan modifikasyonlardan başlayarak.
Birkaç polimorfik modifikasyona sahip bir madde buhardan, çözeltiden veya eriyikten kristalleştirildiğinde, ilk önce belirli koşullar altında daha az stabil olan bir modifikasyon oluşur ve bu daha sonra daha stabil bir modifikasyona dönüşür. Örneğin fosfor buharı yoğunlaştığında beyaz fosfor Normal koşullar altında yavaşça, ancak ısıtıldığında hızla kırmızı fosfora dönüşen. Kurşun hidroksit dehidre edildiğinde ilk önce (yaklaşık 70 o C) düşük sıcaklıklarda daha az kararlı olan sarı β-PbO oluşur, yaklaşık 100 o C'de kırmızı α-PbO'ya dönüşür, 540 o C'de ise kırmızı α-PbO'ya dönüşür. β-PbO'ya geri dönün.
Bir polimorftan diğerine geçişe polimorfik dönüşüm denir. Bu geçişler sıcaklık veya basınç değiştiğinde meydana gelir ve özelliklerde ani bir değişiklik eşlik eder.
Bir değişiklikten diğerine geçiş süreci geri döndürülebilir veya geri döndürülemez olabilir. Böylece, BN (bor nitrür) bileşimine sahip beyaz yumuşak grafit benzeri bir madde 1500-1800 o C'de ısıtıldığında ve onlarca atmosfer basıncında yüksek sıcaklık modifikasyonu oluşur - borazon Sertlik bakımından elmasa yakındır. Sıcaklık ve basınç normal şartlara karşılık gelen değerlere düştüğünde borazon yapısını korur. Tersine çevrilebilir bir geçiş örneği, 95 o C'de iki kükürt modifikasyonunun (ortorombik ve monoklinik) karşılıklı dönüşümleridir.
Polimorfik dönüşümler yapıda önemli değişiklikler olmadan gerçekleşebilir. Bazen değişir kristal yapısı tamamen yoktur, örneğin 769 o C'de α-Fe'nin β-Fe'ye geçişi sırasında demirin yapısı değişmez, ancak ferromanyetik özellikleri kaybolur.
