Struktura materije.
U hemijske interakcije ne ulaze pojedinačni atomi ili molekuli, već supstance.
Naš zadatak je da se upoznamo sa strukturom materije.
Na niskim temperaturama tvari su u stabilnom čvrstom stanju.
☼ Najčvršća supstanca u prirodi je dijamant. Smatra se kraljem svih dragulja i dragog kamenja. I samo njegovo ime na grčkom znači „neuništivo“. Na dijamante se dugo gledalo kao na čudesno kamenje. Vjerovalo se da osoba koja nosi dijamante ne poznaje želučane bolesti, nije pod utjecajem otrova, zadržava pamćenje i veselo raspoloženje do starosti i uživa kraljevsku naklonost.
☼ Dijamant koji je podvrgnut obradi nakita - rezanju, poliranju - naziva se dijamant.
Prilikom topljenja kao rezultat termičkih vibracija, redosled čestica se poremeti, one postaju pokretne, a priroda hemijske veze nije narušena. Dakle, ne postoje fundamentalne razlike između čvrstog i tečnog stanja.
Tečnost dobija tečnost (tj. sposobnost da poprimi oblik posude).
Tečni kristali.
Tečni kristali su otkriveni krajem 19. veka, ali su proučavani u poslednjih 20-25 godina. Mnogi uređaji za prikaz moderne tehnologije, na primjer, neki elektronski satovi i mini-računari, rade na tekućim kristalima.
Općenito, riječi "tečni kristali" ne zvuče ništa manje neobično od "vrućeg leda". Međutim, u stvarnosti, led može biti vruć, jer... pri pritisku većem od 10.000 atm. vodeni led se topi na temperaturama iznad 2000 C. Neobičnost kombinacije "tečni kristali" je u tome što tečno stanje ukazuje na pokretljivost strukture, a kristal implicira strogi red.
Ako se tvar sastoji od poliatomskih molekula izduženog ili lamelarnog oblika i asimetrične strukture, onda kada se topi, ovi molekuli su orijentirani na određeni način u odnosu jedan prema drugom (njihove dugačke osi su paralelne). U tom slučaju, molekuli se mogu slobodno kretati paralelno sa sobom, tj. sistem dobija svojstvo fluidnosti karakteristično za tečnost. Istovremeno, sistem zadržava uređenu strukturu, koja određuje svojstva karakteristična za kristale.
Velika pokretljivost takve konstrukcije omogućava njeno upravljanje kroz vrlo slabe utjecaje (toplinske, električne, itd.), tj. namjerno mijenjati svojstva tvari, uključujući i optička, uz vrlo mali utrošak energije, što se koristi u modernoj tehnologiji.
Vrste kristalnih rešetki.
Bilo koja hemijska supstanca je formirana od velikog broja identičnih čestica koje su međusobno povezane.
Na niskim temperaturama, kada je toplotno kretanje teško, čestice su striktno orijentisane u prostoru i formiraju kristalnu rešetku.
Kristalna ćelija je struktura sa geometrijski ispravnim rasporedom čestica u prostoru.
U samoj kristalnoj rešetki razlikuju se čvorovi i internodalni prostor.
Ista supstanca, zavisno od uslova (p, t,...), postoji u različitim kristalnim oblicima (tj. imaju različite kristalne rešetke) - alotropske modifikacije koje se razlikuju po svojstvima.
Na primjer, poznate su četiri modifikacije ugljika: grafit, dijamant, karbin i lonsdaleit.
☼ Četvrta vrsta kristalnog ugljika, "lonsdaleite", malo je poznata. Otkriven je u meteoritima i dobijen umjetno, a njegova struktura se još uvijek proučava.
☼ Čađ, koks i drveni ugalj klasifikovani su kao amorfni polimeri ugljika. Međutim, sada je postalo poznato da su to i kristalne supstance.
☼ Inače, u čađi su pronađene sjajne crne čestice koje su nazvane "ogledalasti ugljenik". Ugljik ogledala je hemijski inertan, otporan na toplotu, nepropustan za gasove i tečnosti, ima glatku površinu i apsolutno je kompatibilan sa živim tkivima.
☼ Naziv grafit dolazi od italijanskog “graffito” - pišem, crtam. Grafit je tamno sivi kristal sa slabim metalnim sjajem i ima slojevitu rešetku. Pojedinačni slojevi atoma u kristalu grafita, međusobno relativno slabo povezani, lako se odvajaju jedan od drugog.
VRSTE KRISTALNIH REŠETKI
Svojstva tvari s različitim kristalnim rešetkama (tabela)
Ako je stopa rasta kristala niska nakon hlađenja, formira se staklasto stanje (amorfno).
Odnos između položaja elementa u periodnom sistemu i kristalne rešetke njegove jednostavne supstance.
Postoji bliska veza između položaja elementa u periodnom sistemu i kristalne rešetke njegove odgovarajuće elementarne supstance.
Jednostavne supstance preostalih elemenata imaju metalnu kristalnu rešetku.
POPRAVLJATI
Proučite materijal sa predavanja i pismeno odgovorite na sljedeća pitanja u svojoj bilježnici:
- Šta je kristalna rešetka?
- Koje vrste kristalnih rešetki postoje?
- Opišite svaku vrstu kristalne rešetke prema planu:
Šta se nalazi u čvorovima kristalne rešetke, strukturna jedinica → Vrsta hemijske veze između čestica čvora → Sile interakcije između čestica kristala → Fizička svojstva određena kristalnom rešetkom → Agregatno stanje supstance u normalnim uslovima → Primjeri
Izvršite zadatke na ovu temu:
- Koju vrstu kristalne rešetke imaju sledeće supstance koje se široko koriste u svakodnevnom životu: voda, sirćetna kiselina (CH3 COOH), šećer (C12 H22 O11), kalijumovo đubrivo (KCl), rečni pesak (SiO2) - tačka topljenja 1710 0C, amonijak (NH3) , sol? Donesite opći zaključak: po kojim svojstvima tvari se može odrediti tip njene kristalne rešetke?
Koristeći formule datih supstanci: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - odredite vrstu kristalne rešetke (jonske, molekularne) svakog jedinjenja i na osnovu toga opišite fizička svojstva svake od četiri supstance.
Trener br. 1. "kristalne rešetke"
Trener br. 2. "Probni zadaci"
Test (samokontrola):
1) Supstance koje imaju molekularnu kristalnu rešetku, po pravilu:
a). vatrostalna i vrlo topljiva u vodi
b). topljiv i hlapljiv
V). Čvrsta i električno provodljiva
G). Toplotno provodljiv i plastičan
2) Koncept "molekula" nije primenljiv na strukturnu jedinicu supstance:
b). kiseonik
V). dijamant
3) Atomska kristalna rešetka je karakteristična za:
a). aluminijum i grafit
b). sumpora i joda
V). silicijum oksid i natrijum hlorid
G). dijamant i bor
4) Ako je supstanca visoko rastvorljiva u vodi, ima visoku tačku topljenja i električno provodljiva, tada je njena kristalna rešetka:
A). molekularni
b). atomski
V). jonski
G). metal
Instrukcije
Kao što možete lako pretpostaviti iz samog imena, metalni tip rešetke se nalazi u metalima. Ove supstance se obično odlikuju visokom tačkom topljenja, metalnim sjajem, tvrdoćom i dobri su provodnici električne struje. Zapamtite da mjesta rešetke ovog tipa sadrže ili neutralne atome ili pozitivno nabijene ione. U prostorima između čvorova nalaze se elektroni, čija migracija osigurava visoku električnu provodljivost takvih tvari.
Jonski tip kristalne rešetke. Treba imati na umu da je također svojstven solima. Karakteristika - kristali poznate kuhinjske soli, natrijum hlorida. Pozitivno i negativno nabijeni ioni naizmjenično se izmjenjuju na mjestima takvih rešetki. Takve tvari su obično vatrostalne i imaju nisku isparljivost. Kao što možete pretpostaviti, oni su jonskog tipa.
Atomski tip kristalne rešetke svojstven je jednostavnim supstancama - nemetalima, koji su u normalnim uvjetima čvrste tvari. Na primjer, sumpor, fosfor,... Na mjestima takvih rešetki nalaze se neutralni atomi međusobno povezani kovalentnim kemijskim vezama. Takve tvari karakteriziraju vatrostalnost i nerastvorljivost u vodi. Neki (na primjer, ugljenik u obliku) imaju izuzetno visoku tvrdoću.
Konačno, posljednja vrsta rešetke je molekularna. Nalazi se u supstancama koje su u normalnim uslovima u tečnom ili gasovitom obliku. Kao što se opet može lako razumjeti iz, u čvorovima takvih rešetki postoje molekuli. Mogu biti ili nepolarni (za jednostavne plinove kao što su Cl2, O2) ili polarni (najpoznatiji primjer je voda H2O). Supstance sa ovom vrstom rešetke ne provode struju, isparljive su i imaju niske tačke topljenja.
Izvori:
- vrsta rešetke
Temperatura topljenječvrste supstance se meri da bi se utvrdila njena čistoća. Nečistoće u čistoj tvari obično snižavaju temperaturu topljenje ili povećati interval tokom kojeg se jedinjenje topi. Kapilarna metoda je klasična metoda za kontrolu nečistoća.
Trebaće ti
- - ispitivana supstanca;
- - staklena kapilara, zatvorena na jednom kraju (prečnik 1 mm);
- - staklena cijev prečnika 6-8 mm i dužine najmanje 50 cm;
- - grijani blok.
Instrukcije
Stavite staklenu epruvetu okomito na tvrdu površinu i nekoliko puta upustite kapilaru kroz nju, zatvorenim krajem nadole. To pomaže kompaktiranju tvari. Da bi se odredila temperatura, stupac tvari u kapilari trebao bi biti oko 2-5 mm.
Stavite kapilarni termometar u zagrijani blok i promatrajte promjene u ispitivanoj tvari kako temperatura raste. Prije i za vrijeme grijanja, termometar ne smije dodirivati zidove bloka ili druge vrlo vruće površine, inače može puknuti.
Obratite pažnju na temperaturu na kojoj se pojavljuju prve kapi u kapilari (početak topljenje), i temperaturu na kojoj nestaju posljednje tvari (kraj topljenje). U tom intervalu tvar počinje opadati sve dok se potpuno ne pretvori u tekuće stanje. Prilikom obavljanja analize, također potražite promjene ili raspadanje tvari.
Ponovite mjerenja još 1-2 puta. Rezultate svakog mjerenja predstaviti u obliku odgovarajućeg temperaturnog intervala tokom kojeg supstanca prelazi iz čvrstog u tečnost. Na kraju analize donijeti zaključak o čistoći ispitivane tvari.
Video na temu
U kristalima su hemijske čestice (molekule, atomi i joni) raspoređene u određenom redosledu, pod određenim uslovima formiraju pravilne simetrične poliedre. Postoje četiri vrste kristalnih rešetki - jonske, atomske, molekularne i metalne.
Kristali
Kristalno stanje karakterizira prisustvo dalekosežnog reda u rasporedu čestica, kao i simetrija kristalne rešetke. Čvrsti kristali su trodimenzionalne formacije u kojima se isti strukturni element ponavlja u svim smjerovima.
Ispravan oblik kristala je određen njihovom unutrašnjom strukturom. Ako molekule, atome i ione u njima zamijenite tačkama umjesto težišta ovih čestica, dobićete trodimenzionalnu pravilnu raspodjelu - . Ponavljajući elementi njegove strukture nazivaju se elementarne ćelije, a tačke se nazivaju čvorovi kristalne rešetke. Postoji nekoliko vrsta kristala u zavisnosti od čestica koje ih formiraju, kao i od prirode hemijske veze između njih.
Jonske kristalne rešetke
Jonski kristali formiraju anione i katione, između kojih se nalaze. Ova vrsta kristala uključuje soli većine metala. Svaki kation privlači anion i odbija ga drugi kationi, tako da je nemoguće izolovati pojedinačne molekule u ionskom kristalu. Kristal se može smatrati jednim ogromnim, a njegova veličina nije ograničena;
Atomske kristalne rešetke
U atomskim kristalima pojedinačni atomi su ujedinjeni kovalentnim vezama. Poput jonskih kristala, oni se također mogu smatrati ogromnim molekulima. U isto vrijeme, atomski kristali su vrlo tvrdi i izdržljivi, te slabo provode električnu energiju i toplinu. Praktično su nerastvorljivi i karakteriše ih niska reaktivnost. Supstance sa atomskim rešetkama se tope na veoma visokim temperaturama.
Molekularni kristali
Molekularne kristalne rešetke formiraju se od molekula čiji su atomi ujedinjeni kovalentnim vezama. Zbog toga slabe molekularne sile djeluju između molekula. Takve kristale karakteriše niska tvrdoća, niska tačka topljenja i visoka fluidnost. Tvari koje tvore, kao i njihove taline i otopine, ne provode dobro električnu struju.
Metalne kristalne rešetke
U metalnim kristalnim rešetkama atomi su raspoređeni sa maksimalnom gustinom, njihove veze su delokalizovane i prostiru se kroz ceo kristal. Takvi kristali su neprozirni, imaju metalni sjaj, lako se deformišu i dobri su provodnici struje i toplote.
Ova klasifikacija opisuje samo granične slučajeve većina kristala neorganskih supstanci pripada međutipovima - molekularno-kovalentnim, kovalentnim itd. Primjer je grafitni kristal, unutar svakog sloja ima kovalentno-metalne veze, a između slojeva postoje molekularne; .
Izvori:
- alhimik.ru, Solids
Dijamant je mineral koji pripada jednoj od alotropskih modifikacija ugljika. Posebnost mu je visoka tvrdoća, što mu s pravom donosi titulu najtvrđe supstance. Dijamant je prilično rijedak mineral, ali je istovremeno i najrašireniji. Njegova izuzetna tvrdoća nalazi svoju primenu u mašinstvu i industriji.
Instrukcije
Dijamant ima atomsku kristalnu rešetku. Atomi ugljika koji čine osnovu molekule raspoređeni su u obliku tetraedra, zbog čega dijamant ima tako veliku čvrstoću. Svi atomi su povezani jakim kovalentnim vezama, koje se formiraju na osnovu elektronske strukture molekula.
Atom ugljenika ima sp3 hibridizovane orbitale koje su pod uglom od 109 stepeni i 28 minuta. Preklapanje hibridnih orbitala se dešava u pravoj liniji u horizontalnoj ravni.
Dakle, kada se orbitale preklapaju pod takvim uglom, formira se centrirana, koja pripada kubičnom sistemu, pa možemo reći da dijamant ima kubičnu strukturu. Ova struktura se smatra jednom od najjačih u prirodi. Svi tetraedri formiraju trodimenzionalnu mrežu slojeva šesteročlanih prstenova atoma. Ovakva stabilna mreža kovalentnih veza i njihova trodimenzionalna distribucija dovodi do dodatne čvrstoće kristalne rešetke.
Molekularna i nemolekularna struktura tvari. Struktura materije
U hemijske interakcije ne ulaze pojedinačni atomi ili molekuli, već supstance. Supstance se klasifikuju prema vrsti veze molekularni I nemolekularna struktura. Tvari sastavljene od molekula nazivaju se molekularne supstance. Veze između molekula u takvim supstancama su vrlo slabe, mnogo slabije nego između atoma unutar molekula, pa čak i na relativno niskim temperaturama pucaju - tvar se pretvara u tekućinu, a zatim u plin (sublimacija joda). Točke topljenja i ključanja tvari koje se sastoje od molekula povećavaju se s povećanjem molekularne težine. TO molekularne supstance uključuju tvari s atomskom strukturom (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), među njima ima metala i nemetala. Na supstance nemolekularna struktura uključuju jonska jedinjenja. Većina spojeva metala sa nemetalima ima ovu strukturu: sve soli (NaCl, K 2 SO 4), neki hidridi (LiH) i oksidi (CaO, MgO, FeO), baze (NaOH, KOH). Jonske (nemolekularne) supstance imaju visoke tačke topljenja i ključanja.
Čvrste tvari: amorfne i kristalne
Čvrste materije se dele na kristalno i amorfno.
Amorfne supstance nemaju jasnu tačku topljenja - kada se zagreju, postepeno omekšaju i prelaze u tečno stanje. Na primjer, plastelin i razne smole su u amorfnom stanju.
Kristalne supstance karakteriše pravilan raspored čestica od kojih se sastoje: atoma, molekula i jona - na strogo određenim tačkama u prostoru. Kada su ove tačke povezane pravim linijama, formira se prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka. Tačke na kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se čvorovi rešetke. Ovisno o vrsti čestica koje se nalaze na čvorovima kristalne rešetke i prirodi veze između njih, razlikuju se četiri tipa kristalnih rešetki: ionske, atomske, molekularne i metalne.
Kristalne rešetke nazivaju se jonskim, na čijim čvorovima se nalaze joni. Nastaju od tvari s jonskim vezama, koje mogu vezati i jednostavne ione Na+, Cl - i složene SO 4 2-, OH -. Posljedično, soli i neki oksidi i hidroksidi metala imaju ionske kristalne rešetke. Na primjer, kristal natrijevog klorida izgrađen je od naizmjeničnih pozitivnih Na + i negativnih Cl - iona, formirajući rešetku u obliku kocke. Veze između jona u takvom kristalu su vrlo stabilne. Stoga se tvari s ionskom rešetkom odlikuju relativno visokom tvrdoćom i čvrstoćom, vatrostalne su i neisparljive.
Kristalna rešetka - a) i amorfna rešetka - b).
Kristalna rešetka - a) i amorfna rešetka - b). Atomske kristalne rešetke
Atomic nazivaju se kristalne rešetke, u čijim se čvorovima nalaze pojedinačni atomi. U takvim rešetkama atomi su međusobno povezani veoma jake kovalentne veze. Primjer tvari s ovom vrstom kristalnih rešetki je dijamant, jedna od alotropnih modifikacija ugljika. Većina supstanci s atomskom kristalnom rešetkom ima vrlo visoke tačke topljenja (na primjer, za dijamant je preko 3500°C), jake su i tvrde i praktički netopive.
Molekularne kristalne rešetke
Molekularno nazvane kristalne rešetke, u čijim se čvorovima nalaze molekuli. Hemijske veze u ovim molekulima mogu biti i polarne (HCl, H 2 O) i nepolarne (N 2, O 2). Uprkos činjenici da su atomi unutar molekula povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, između samih molekula djeluju slabe sile međumolekularne privlačnosti. Stoga tvari s molekularnom kristalnom rešetkom imaju nisku tvrdoću, niske točke topljenja i isparljive su. Većina čvrstih organskih jedinjenja ima molekularne kristalne rešetke (naftalen, glukoza, šećer).
Molekularna kristalna rešetka (ugljični dioksid) Metalne kristalne rešetke
Supstance sa metalna veza imaju metalne kristalne rešetke. Na čvorovima takvih rešetki postoje atoma i jona(bilo atomi ili ioni u koje se atomi metala lako transformiraju, dajući svoje vanjske elektrone "za uobičajenu upotrebu"). Ova unutrašnja struktura metala određuje njihova karakteristična fizička svojstva: savitljivost, duktilnost, električnu i toplotnu provodljivost, karakterističan metalni sjaj.
Cheat sheets
Većina čvrstih materija ima kristalna struktura, u kojem su čestice od kojih je „sagrađena“ u određenom redoslijedu, stvarajući tako kristalna rešetka. Građena je od ponavljajućih identičnih strukturnih jedinica - jedinične ćelije, koji komunicira sa susjednim ćelijama, formirajući dodatne čvorove. Kao rezultat, postoji 14 različitih kristalnih rešetki.
Vrste kristalnih rešetki.
Ovisno o česticama koje stoje na čvorovima rešetke, razlikuju se:
- metalna kristalna rešetka;
- ionska kristalna rešetka;
- molekularna kristalna rešetka;
- makromolekularna (atomska) kristalna rešetka.
Metalna veza u kristalnim rešetkama.
Jonski kristali imaju povećanu krhkost, jer pomak u kristalnoj rešetki (čak i neznatan) dovodi do činjenice da se slično nabijeni ioni počinju međusobno odbijati, a veze pucaju, pucaju i cijepaju se.
Molekularno vezivanje kristalnih rešetki.
Glavna karakteristika intermolekularne veze je njena "slabost" (van der Waals, vodonik).
Ovo je struktura leda. Svaki molekul vode povezan je vodoničnim vezama sa 4 molekula koji ga okružuju, što rezultira tetraedarskom strukturom.
Vodikova veza objašnjava visoku tačku ključanja, tačku topljenja i nisku gustinu;
Makromolekularna veza kristalnih rešetki.
Postoje atomi na čvorovima kristalne rešetke. Ovi kristali se dijele na 3 vrste:
- okvir;
- lanac;
- slojevitih struktura.
Struktura okvira dijamant je jedna od najtvrđih supstanci u prirodi. Atom ugljika formira 4 identične kovalentne veze, što ukazuje na oblik pravilnog tetraedra ( sp 3 - hibridizacija). Svaki atom ima usamljeni par elektrona, koji se takođe može povezati sa susjednim atomima. Kao rezultat toga, formira se trodimenzionalna rešetka u čijim čvorovima postoje samo atomi ugljika.
Potrebno je mnogo energije da se uništi takva struktura, tačka topljenja takvih jedinjenja je visoka (za dijamant je 3500°C).
Slojevite strukture govore o prisutnosti kovalentnih veza unutar svakog sloja i slabih van der Waalsovih veza između slojeva.
Pogledajmo primjer: grafit. Svaki atom ugljika je unutra sp 2 - hibridizacija. Četvrti nespareni elektron formira van der Waalsovu vezu između slojeva. Stoga je 4. sloj vrlo mobilan:
Veze su slabe, pa se lako raskidaju, što se može uočiti u olovci - "svojstvo pisanja" - 4. sloj ostaje na papiru.
Grafit je odličan provodnik električne struje (elektroni se mogu kretati duž ravnine sloja).
Lančane strukture imaju okside (npr. SO 3 ), koji se kristalizira u obliku sjajnih iglica, polimera, nekih amorfnih tvari, silikata (azbest).
Prilikom izvođenja mnogih fizičkih i kemijskih reakcija, tvar prelazi u čvrsto agregacijsko stanje. U ovom slučaju, molekule i atomi teže da se rasporede u takav prostorni red u kojem bi sile interakcije između čestica materije bile maksimalno izbalansirane. Tako se postiže čvrstoća čvrste supstance. Atomi, kada jednom zauzmu određenu poziciju, vrše mala oscilatorna kretanja čija amplituda zavisi od temperature, ali njihov položaj u prostoru ostaje fiksan. Sile privlačenja i odbijanja uravnotežuju jedna drugu na određenoj udaljenosti.
Moderne ideje o strukturi materije
Moderna nauka tvrdi da se atom sastoji od nabijenog jezgra, koje nosi pozitivan naboj, i elektrona koji nose negativan naboj. Brzinom od nekoliko hiljada triliona okretaja u sekundi, elektroni rotiraju u svojim orbitama, stvarajući elektronski oblak oko jezgra. Pozitivni naboj jezgra numerički je jednak negativnom naboju elektrona. Dakle, atom tvari ostaje električno neutralan. Moguće interakcije s drugim atomima nastaju kada se elektroni odvoje od svog matičnog atoma, čime se poremeti električna ravnoteža. U jednom slučaju, atomi su raspoređeni u određenom redu, koji se naziva kristalna rešetka. U drugom, zbog složene interakcije jezgara i elektrona, oni se kombinuju u molekule različitih vrsta i složenosti.
Definicija kristalne rešetke
Uzeti zajedno, različite vrste kristalnih rešetki supstanci su mreže različitih prostornih orijentacija, na čijim čvorovima se nalaze ioni, molekuli ili atomi. Ova stabilna geometrijska prostorna pozicija naziva se kristalna rešetka supstance. Udaljenost između čvorova jedne kristalne ćelije naziva se period identiteta. Prostorni uglovi pod kojima se nalaze čvorovi ćelije nazivaju se parametri. Prema metodi konstruisanja veza, kristalne rešetke mogu biti jednostavne, bazično-centrirane, lice-centrirane i tijelo-centrirane. Ako se čestice materije nalaze samo u uglovima paralelepipeda, takva se rešetka naziva jednostavnom. Primjer takve rešetke prikazan je u nastavku:
Ako se, pored čvorova, čestice supstance nalaze u sredini prostornih dijagonala, tada se ovaj raspored čestica u supstanci naziva kristalna rešetka usredsređena na tijelo. Ovaj tip je jasno prikazan na slici.
Ako, pored čvorova na vrhovima rešetke, postoji i čvor na mjestu gdje se sijeku zamišljene dijagonale paralelepipeda, onda imate tip rešetke usmjeren na lice.
Vrste kristalnih rešetki
Različite mikročestice koje čine supstancu određuju različite vrste kristalnih rešetki. Oni mogu odrediti princip izgradnje veza između mikročestica unutar kristala. Fizičke vrste kristalnih rešetki su jonske, atomske i molekularne. Ovo također uključuje različite vrste metalnih kristalnih rešetki. Hemija proučava principe unutrašnje strukture elemenata. Vrste kristalnih rešetki su detaljnije predstavljene u nastavku.
Jonske kristalne rešetke
Ove vrste kristalnih rešetki prisutne su u jedinjenjima sa jonskim tipom veze. U ovom slučaju, mjesta rešetke sadrže ione sa suprotnim električnim nabojem. Zahvaljujući elektromagnetnom polju, sile međuionske interakcije su prilično jake, a to određuje fizička svojstva tvari. Zajedničke karakteristike su vatrostalnost, gustina, tvrdoća i sposobnost provođenja električne struje. Jonske vrste kristalnih rešetki nalaze se u supstancama poput kuhinjske soli, kalijum nitrata i drugih.
Atomske kristalne rešetke
Ova vrsta strukture materije svojstvena je elementima čija je struktura određena kovalentnim hemijskim vezama. Tipovi kristalnih rešetki ove vrste sadrže pojedinačne atome na čvorovima, međusobno povezane jakim kovalentnim vezama. Ova vrsta veze nastaje kada dva identična atoma "dijele" elektrone, formirajući na taj način zajednički par elektrona za susjedne atome. Zahvaljujući ovoj interakciji, kovalentne veze vezuju atome ravnomjerno i snažno određenim redoslijedom. Hemijski elementi koji sadrže atomske tipove kristalnih rešetki su tvrdi, imaju visoku tačku topljenja, loši su provodnici električne energije i hemijski su neaktivni. Klasični primjeri elemenata sa sličnom unutrašnjom strukturom uključuju dijamant, silicijum, germanij i bor.
Molekularne kristalne rešetke
Supstance koje imaju molekularni tip kristalne rešetke su sistem stabilnih, međusobno upakovanih molekula koji se nalaze u čvorovima kristalne rešetke. U takvim spojevima, molekuli zadržavaju svoj prostorni položaj u plinovitoj, tečnoj i čvrstoj fazi. U čvorovima kristala, molekule zajedno drže slabe van der Waalsove sile, koje su desetine puta slabije od sila jonske interakcije.
Molekuli koji formiraju kristal mogu biti polarni ili nepolarni. Zbog spontanog kretanja elektrona i vibracija jezgara u molekulima, električna ravnoteža se može pomjeriti - tako nastaje trenutni električni dipolni moment. Odgovarajuće orijentirani dipoli stvaraju privlačne sile u rešetki. Ugljični dioksid i parafin tipični su primjeri elemenata s molekularnom kristalnom rešetkom.
Metalne kristalne rešetke
Metalna veza je fleksibilnija i duktilnija od jonske veze, iako se može činiti da se obje temelje na istom principu. Tipovi kristalnih rešetki metala objašnjavaju njihova tipična svojstva - kao što su mehanička čvrstoća, toplinska i električna provodljivost i taljivost.
Posebnost metalne kristalne rešetke je prisustvo pozitivno nabijenih metalnih jona (katjona) na mjestima ove rešetke. Između čvorova nalaze se elektroni koji su direktno uključeni u stvaranje električnog polja oko rešetke. Broj elektrona koji se kreću unutar ove kristalne rešetke naziva se elektronski plin.
U nedostatku električnog polja, slobodni elektroni izvode haotično kretanje, nasumično u interakciji s ionima rešetke. Svaka takva interakcija mijenja zamah i smjer kretanja negativno nabijene čestice. Svojim električnim poljem, elektroni privlače katione k sebi, balansirajući njihovo međusobno odbijanje. Iako se elektroni smatraju slobodnim, njihova energija nije dovoljna da napuste kristalnu rešetku, pa su te nabijene čestice stalno unutar njenih granica.
Prisustvo električnog polja daje elektronskom plinu dodatnu energiju. Veza sa ionima u kristalnoj rešetki metala nije jaka, pa elektroni lako napuštaju njene granice. Elektroni se kreću duž linija sile, ostavljajući za sobom pozitivno nabijene ione.
zaključci
Hemija pridaje veliku važnost proučavanju unutrašnje strukture materije. Vrste kristalnih rešetki različitih elemenata određuju gotovo cijeli raspon njihovih svojstava. Utjecanjem na kristale i promjenom njihove unutrašnje strukture moguće je poboljšati željena svojstva tvari i ukloniti neželjene i transformirati kemijske elemente. Dakle, proučavanje unutrašnje strukture okolnog svijeta može pomoći u razumijevanju suštine i principa strukture svemira.
