Кристалічна будова речовини

25.09.2015

Кристалічну будову речовини
Кристалічні речовини

Тверді кристали — тривимірні освіти, характеризуються суворої повторюваністю одного і того ж елементу структури (елементарної комірки) у всіх напрямках. Елементарна комірка являє собою найменший обсяг кристала у вигляді паралелепіпеда, повторюваного в кристалі нескінченне число разів.

Геометрично правильна форма кристалів обумовлена, насамперед, їх строго закономірним внутрішньою будовою. Якщо замість атомів, іонів або молекул в кристалі зобразити точки як центри тяжіння цих частинок, то вийде тривимірне регулярне розподіл таких точок, зване кристалічною решіткою. Самі точки називають вузлами кристалічної решітки.

Типи кристалічних решіток

В залежності від того, з яких частинки побудована кристалічна решітка і який характер хімічного зв’язку між ними, виділяють різні типи кристалів:

іонні,

ковалентні,

металеві,

молекулярні

Іонні кристали утворені катіонами і аніонами (наприклад, солі та гідроксиди більшості металів). У них між частинками є іонна зв’язок.

Кристалічна будова речовини

Іонні кристали можуть складатися з одноатомних іонів. Так побудовані кристали хлориду натрію, иодида калію, фториду кальцію.

В утворенні іонних кристалів багатьох солей беруть участь одноатомні катіони металів і багатоатомні аніони, наприклад, нітрат-іон NO3 -. сульфат-іон SO4 2-. карбонат-іон CO3 2- .

В іонному кристалі неможливо виділити одиночні молекули. Кожен катіон притягається до кожного аніону і відштовхується від інших катіонів. Весь кристал можна вважати великою молекулою. Розміри такої молекули не обмежені, оскільки вона може зростати, приєднуючи нові катіони і аніони.

Більшість іонних сполук кристалізується по одному із структурних типів, які відрізняються один від одного значення координаційного числа, тобто числом сусідів навколо даного іона (4, 6 або 8). Для іонних сполук з однаковою кількістю катіонів і аніонів відомо чотири основні типи кристалічних решіток: хлориду натрію (координаційне число обох іонів одно 6), хлориду цезію (координаційне число обох іонів дорівнює 8), сфалерита і вюрциту (обидва структурних типу характеризуються координаційній числом катіона і аніона, рівним 4). Якщо число катіонів вдвічі менше числа аніонів, то координаційне число катіонів має бути вдвічі більше координаційного числа аніонів. В цьому випадку реалізуються структурні типи флюориту (координаційні числа 8 і 4), рутилу (координаційні числа 6 і 3), кристобалита (координаційні числа 4 і 2).

Зазвичай іонні кристали тверді, але крихкі. Їх крихкість обумовлена тим, що навіть при невеликій деформації кристала катіони і аніони зміщуються таким чином, що сили відштовхування між однойменними іонами починають переважати над силами притягання між катіонами і аніонами, і кристал руйнується.

Іонні кристали відрізняються високими температурами плавлення. У розплавленому стані речовини, що утворюють іонні кристали, електропровідні. При розчиненні у воді ці речовини дисоціюють на катіони і аніони, і утворюються розчини проводять електричний струм.

Висока розчинність в полярних розчинниках, супроводжується електролітичної дисоціацією обумовлена тим, що в середовищі розчинника з високою діелектричною проникністю ε зменшується енергія притягання між іонами. Діелектрична проникність води в 82 рази вище, ніж вакууму (умовно існуючого в іонному кристалі), у стільки ж разів зменшується притягання між іонами в водному розчині. Ефект посилюється за рахунок сольватації іонів.

Атомні кристали складаються з окремих атомів, об’єднаних ковалентными зв’язками. З простих речовин тільки бор і елементи IVA-групи мають такі кристалічні решітки. Нерідко сполуки неметалів один з одним (наприклад, діоксид кремнію) також утворюють атомні кристали.

Так само як і іонні, атомні кристали можна вважати гігантськими молекулами. Вони дуже міцні і тверді, погано проводять теплоту і електрику. Речовини, що мають атомні кристалічні гратки, плавляться при високих температурах. Вони практично нерозчинні у будь-яких розчинниках. Для них характерна низька реакційна здатність.

Молекулярні кристали побудовані з окремих молекул, всередині яких атоми з’єднані ковалентными зв’язками. Між молекулами діють більш слабкі міжмолекулярні сили. Вони легко руйнуються, тому молекулярні кристали мають низькі температури плавлення, малу твердість, високу летючість. Речовини, що утворюють молекулярні кристалічні гратки, не мають електричної провідністю, їх розчини і розплави також не проводять електричний струм.

Міжмолекулярні сили виникають за рахунок електростатичної взаємодії з негативно заряджених електронів однієї молекули з позитивно зарядженими ядрами сусідніх молекул. Сили міжмолекулярної взаємодії впливає багато факторів. Найважливішими серед них є наявність полярних зв’язків, тобто зміщення електронної густини від одних атомів до іншим. Крім того, міжмолекулярне взаємодія проявляється сильніше між молекулами з великим числом електронів.

Кристалічна будова речовини

Більшість неметалів у вигляді простих речовин (наприклад, йод I2. аргон Ar, сірка S8 ) і з’єднань один з одним (наприклад, вода, діоксид вуглецю, хлороводород), а також практично всі тверді органічні речовини утворюють молекулярні кристали.

Для металів характерна металічна кристалічна решітка. У ній є металева зв’язок між атомами. У металевих кристалах ядра атомів розташовані таким чином, щоб їх упаковка була як можна більш щільною. Зв’язок в таких кристалах є делокализованной і поширюється на весь кристал. Металеві кристали володіють високою електричною провідністю і теплопровідністю, металевим блиском і прозорістю, легкої деформування.

Кристалічна будова речовини

Класифікація кристалічних решіток відповідає граничним випадків. Більшість кристалів неорганічних речовин належить до проміжних типів — ковалентно-іонним, молекулярно-ковалентним і т. д. Наприклад, в кристалі графіту всередині кожного шару зв’язку ковалентно-металеві, а між шарами — міжмолекулярні.

Короткий опис статті: будова речовини

Джерело: Кристалічну будову речовини

Також ви можете прочитати