Vrsta kristalne rešetke postojećih supstanci. Atomska, molekularna, jonska i metalna kristalna rešetka

Teme USE kodifikatora: Supstance molekularne i nemolekularne strukture. Vrsta kristalne rešetke. Ovisnost svojstava tvari o njihovom sastavu i strukturi.

Teorija molekularne kinetike

Sve molekule se sastoje od sitnih čestica koje se nazivaju atomi. Svi trenutno otkriveni atomi sakupljeni su u periodnom sistemu.

Atom je najmanja, hemijski nedjeljiva čestica supstance koja zadržava svoja hemijska svojstva. Atomi se međusobno povezuju hemijske veze. Ranije smo razmatrali a. Obavezno proučite teoriju na temu: Vrste kemijskih veza prije nego što proučite ovaj članak!

Pogledajmo sada kako se čestice mogu kombinovati u materiji.

Ovisno o položaju čestica jedna u odnosu na drugu, svojstva tvari koje formiraju mogu se jako razlikovati. Dakle, ako se čestice nalaze jedna od druge daleko(razdaljina između čestica je mnogo veća od veličine samih čestica), one praktički ne stupaju u interakciju jedna s drugom, kreću se nasumično i kontinuirano u prostoru, tada imamo posla sa gas .

Ako se čestice nalaze zatvori jedni drugima, ali haotično, više međusobno komuniciraju, prave intenzivne oscilatorne pokrete u jednom položaju, ali mogu skočiti u drugi položaj, onda je ovo model strukture tečnosti .

Ako su čestice locirane zatvori jedni drugima, ali više uredno, i više komunicirati između sebe, ali se kreću samo unutar jednog ravnotežnog položaja, praktično bez prelaska u drugi poziciju sa kojom se bavimo solidan .

Većina poznatih hemikalija i smeša može postojati u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Najjednostavniji primjer je vode. U normalnim uslovima, to tečnost, na 0 o C se smrzava - prelazi iz tečnog stanja u solidan, a na 100°C ključa - ulazi gasna faza- vodena para. Istovremeno, mnoge supstance u normalnim uslovima su gasovi, tečnosti ili čvrste materije. Na primer, vazduh, mešavina azota i kiseonika, je gas u normalnim uslovima. Ali pri visokom pritisku i niskoj temperaturi, azot i kiseonik se kondenzuju i prelaze u tečnu fazu. Tečni dušik se aktivno koristi u industriji. Ponekad izolovani plazma, kao i tečni kristali, kao zasebne faze.

Mnoga svojstva pojedinih supstanci i smeša su objašnjena međusobni raspored čestica u prostoru jedna u odnosu na drugu!

Ovaj članak razmatra svojstva čvrstih materija, u zavisnosti od njihove strukture. Osnovna fizička svojstva čvrstih materija: tačka topljenja, električna provodljivost, toplotna provodljivost, mehanička čvrstoća, plastičnost itd.

Temperatura topljenja je temperatura na kojoj supstanca prelazi iz čvrstog u tečno i obrnuto.

je sposobnost tvari da se deformira bez lomljenja.

Električna provodljivost je sposobnost tvari da provodi struju.

Struja je uređeno kretanje nabijenih čestica. Dakle, struju mogu provesti samo supstance u kojima se nalaze pokretne naelektrisane čestice. Prema sposobnosti provođenja struje, tvari se dijele na provodnike i dielektrike. Provodniki su tvari koje mogu provoditi struju (tj. sadrže pokretne nabijene čestice). Dielektrici su tvari koje praktički ne provode struju.

U čvrstoj tvari mogu se locirati čestice tvari haotično, ili urednije o. Ako se čestice čvrste tvari nalaze u prostoru haotično, supstanca se zove amorfna. Primjeri amorfnih supstanci - ugalj, liskun staklo.

Ako su čestice čvrste tvari raspoređene u prostoru na uredan način, tj. formiraju ponavljajuće trodimenzionalne geometrijske strukture, takva supstanca se zove kristal, i sama struktura kristalna rešetka . Većina nama poznatih supstanci su kristali. Same čestice se nalaze u čvorovi kristalna rešetka.

Kristalne tvari se posebno razlikuju po vrsta hemijske veze između čestica u kristalu - atomski, molekularni, metalni, jonski; prema geometrijskom obliku najjednostavnije ćelije kristalne rešetke - kubične, heksagonalne itd.

U zavisnosti od vrsta čestica koje formiraju kristalnu rešetku , razlikovati atomska, molekularna, ionska i metalna kristalna struktura .

Atomska kristalna rešetka

Atomska kristalna rešetka se formira kada postoje atomi. Atomi su međusobno povezani kovalentne hemijske veze. U skladu s tim, takva kristalna rešetka će biti vrlo izdržljiv, nije ga lako uništiti. Atomsku kristalnu rešetku mogu formirati atomi visoke valencije, tj. sa velikim brojem veza sa susjednim atomima (4 ili više). U pravilu, to su nemetali: jednostavne tvari - silicijum, bor, ugljenik (alotropne modifikacije dijamanta, grafita) i njihovi spojevi (borougljik, silicijum (IV) oksid itd..). Budući da se između nemetala javlja pretežno kovalentna hemijska veza, slobodnih elektrona(kao i druge nabijene čestice) u tvarima s atomskom kristalnom rešetkom u većini slučajeva ne. Stoga su ove tvari obično vrlo slabo provode struju, tj. su dielektrici. Ovo su opšti obrasci, od kojih postoji niz izuzetaka.

Komunikacija između čestica u atomskim kristalima: .

Na čvorovima kristala sa uređenom atomskom kristalnom strukturom atomi.

Fazno stanje atomski kristali u normalnim uslovima: po pravilu, čvrste materije.

Supstance, koji formiraju atomske kristale u čvrstom stanju:

1. Jednostavne supstance visoka valencija (nalazi se u sredini periodnog sistema): bor, ugljenik, silicijum itd.
2. Složene supstance koje formiraju ovi nemetali: silicijum (silicijum oksid, kvarcni pesak) SiO 2 ; silicijum karbid (korund) SiC; bor karbid, bor nitrid itd.

Fizička svojstva tvari s atomskom kristalnom rešetkom:

— snaga;

- vatrostalnost (visoka tačka topljenja);

- niska električna provodljivost;

- niska toplotna provodljivost;

— hemijska inertnost (neaktivne supstance);

- nerastvorljivost u rastvaračima.

Molekularna kristalna rešetka je rešetka čiji su čvorovi molekule. drže molekule u kristalu slabe sile međumolekularne privlačnosti (van der Waalsove snage, vodonične veze ili elektrostatičko privlačenje). Shodno tome, takva kristalna rešetka, po pravilu, prilično lako uništiti. Supstance s molekularnom kristalnom rešetkom - slabašan, lomljiv. Što je veća sila privlačenja između molekula, to je viša tačka topljenja supstance. U pravilu, tačke topljenja tvari s molekularnom kristalnom rešetkom nisu veće od 200-300K. Stoga, u normalnim uvjetima, većina tvari s molekularnom kristalnom rešetkom postoji u obliku gasova ili tečnosti. Molekularnu kristalnu rešetku, po pravilu, formiraju u čvrstom obliku kiseline, oksidi nemetala, druga binarna jedinjenja nemetala, jednostavne supstance koje formiraju stabilne molekule (kiseonik O 2, azot N 2, voda H 2 O itd.), organske supstance. U pravilu su to tvari s kovalentnom polarnom (rijetko nepolarnom) vezom. Jer elektroni su uključeni u hemijske veze, supstance sa molekularnom kristalnom rešetkom - dielektrici, loši provodnici toplote.

Komunikacija između čestica u molekularnim kristalima: m intermolekularne, elektrostatičke ili međumolekularne sile privlačenja.

Na čvorovima kristala sa uređenom molekularnom kristalnom strukturom molekule.

Fazno stanje molekularni kristali u normalnim uslovima: gasovi, tečnosti i čvrste materije.

Supstance, formirajući se u čvrstom stanju molekularni kristali:

1. Jednostavne nemetalne supstance koje formiraju male, jake molekule (O 2 , N 2 , H 2 , S 8 i drugi);
2. Složene supstance (spojevi nemetala) sa kovalentnim polarnim vezama (osim oksida silicijuma i bora, spojeva silicijuma i ugljika) - voda H 2 O, sumporov oksid SO 3 itd.
3. Monatomski rijetki plinovi (helijum, neon, argon, kripton i sl.);
4. Većina organskih tvari koje nemaju ionske veze — metan CH 4, benzen C 6 H 6, itd.

Physical Properties tvari s molekularnom kristalnom rešetkom:

- taljivost (niska tačka topljenja):

— visoka kompresibilnost;

- molekularni kristali u čvrstom obliku, kao iu rastvorima i topljenima, ne provode struju;

- fazno stanje u normalnim uslovima - gasovi, tečnosti, čvrste materije;

— visoka volatilnost;

- mala tvrdoća.

Jonska kristalna rešetka

Ako postoje nabijene čestice na čvorovima kristala - joni, možemo razgovarati o tome jonska kristalna rešetka . U pravilu se izmjenjuju ionski kristali pozitivni joni(kationi) i negativni joni(anioni), tako da se čestice u kristalu zadržavaju sile elektrostatičke privlačnosti . Ovisno o vrsti kristala i vrsti iona koji formiraju kristal, takve tvari mogu biti prilično jaka i čvrsta. U čvrstom stanju u ionskim kristalima po pravilu nema pokretnih nabijenih čestica. Ali kada se kristal otopi ili otopi, ioni se oslobađaju i mogu se kretati pod djelovanjem vanjskog električnog polja. One. provode samo otopine ili taline jonski kristali. Jonska kristalna rešetka je karakteristična za supstance sa jonska hemijska veza. Primjeri takve supstance sol NaCl kalcijum karbonat- CaCO 3 itd. Jonska kristalna rešetka, po pravilu, nastaje u čvrstoj fazi soli, baze, kao i metalni oksidi i binarni spojevi metala i nemetala.

Komunikacija između čestica u jonskim kristalima: .

Na čvorovima kristala sa jonskom rešetkom joni.

Fazno stanje jonski kristali u normalnim uslovima: obično čvrste materije.

Hemijske supstance sa ionskom kristalnom rešetkom:

1. Soli (organske i anorganske), uključujući amonijeve soli (na primjer, amonijum hlorid NH4Cl);
2. osnova;
3. metalni oksidi;
4. Binarna jedinjenja koja sadrže metale i nemetale.

Fizička svojstva tvari s ionskom kristalnom strukturom:

- visoka tačka topljenja (vatrostalna);

- rastvori i taline jonskih kristala - strujni provodnici;

- većina jedinjenja je rastvorljiva u polarnim rastvaračima (voda);

- čvrsta faza u većini jedinjenja pod normalnim uslovima.

I, konačno, metale karakteriše posebna vrsta prostorne strukture - metalna kristalna rešetka, što je zbog metalna hemijska veza . Atomi metala prilično slabo drže valentne elektrone. U kristalu formiranom od metala, sljedeći procesi se odvijaju istovremeno: neki atomi doniraju elektrone i postaju pozitivno nabijeni ioni; ove elektroni se nasumično kreću u kristalu; neki od elektrona su privučeni jonima. Ovi procesi se odvijaju istovremeno i nasumično. Na ovaj način, pojavljuju se joni , kao u formiranju jonske veze, i nastaju obični elektroni kao kod formiranja kovalentne veze. Slobodni elektroni se kreću nasumično i kontinuirano po volumenu kristala, poput plina. Stoga se ponekad nazivaju elektronski gas ". Zbog prisustva velikog broja mobilnih nabijenih čestica, metala provode struju, toplotu. Tačka topljenja metala veoma varira. Karakteriziraju se i metali poseban metalni sjaj, savitljivost, tj. sposobnost promjene oblika bez razaranja pod jakim mehaničkim naprezanjem, tk. hemijske veze nisu prekinute.

Komunikacija između čestica : .

Na čvorovima kristala sa metalnom rešetkom metalnih jona i atoma.

Fazno stanje metali u normalnim uslovima: obično čvrste materije(izuzetak - živa, tečnost u normalnim uslovima).

Hemijske supstance sa metalnom kristalnom rešetkom - jednostavne supstance - metali.

Fizička svojstva tvari s metalnom kristalnom rešetkom:

– visoka toplotna i električna provodljivost;

- savitljivost i plastičnost;

- metalni sjaj;

— metali su uglavnom nerastvorljivi u rastvaračima;

Većina metala je čvrsta materija u normalnim uslovima.

Poređenje svojstava tvari s različitim kristalnim rešetkama

Tip kristalne rešetke (ili odsustvo kristalne rešetke) omogućava procjenu osnovnih fizičkih svojstava tvari. Za približno poređenje tipičnih fizičkih svojstava jedinjenja sa različitim kristalnim rešetkama, vrlo je zgodno koristiti hemikalije sa karakteristična svojstva. Za molekularnu rešetku, npr. ugljen-dioksid, za atomsku kristalnu rešetku - dijamant, za metal - bakar, a za ionsku kristalnu rešetku - sol, natrijum hlorida NaCl.

Zbirna tabela o strukturama jednostavnih supstanci formiranih od hemijskih elemenata iz glavnih podgrupa periodnog sistema (elementi sekundarnih podgrupa su metali, dakle imaju metalnu kristalnu rešetku).

Konačna tablica odnosa svojstava tvari sa strukturom:

Jedan od najčešćih materijala s kojim su ljudi oduvijek radije radili bio je metal. U svakoj eri prednost je davana različitim vrstama ovih nevjerovatnih supstanci. Dakle, IV-III milenijume pre nove ere smatraju se dobom halkolita, odnosno bakra. Kasnije ga zamjenjuje bronza, a onda na snagu stupa ono koje je i danas aktuelno - željezo.

Danas je općenito teško zamisliti da se nekada moglo bez metalnih proizvoda, jer se gotovo sve, od predmeta za kućanstvo, medicinskih instrumenata pa do teške i lake opreme, sastoji od ovog materijala ili uključuje zasebne dijelove od njega. Zašto su metali uspjeli steći toliku popularnost? Koje su karakteristike i kako je to svojstveno njihovoj strukturi, pokušajmo to dalje shvatiti.

Opšti koncept metala

"Hemija. 9. razred" je udžbenik koji koriste školarci. U njemu se metali detaljno proučavaju. Razmatranju njihovih fizičkih i hemijskih svojstava posvećeno je veliko poglavlje, jer je njihova raznolikost izuzetno velika.

Od ovog uzrasta preporučuje se djeci dati ideju o ovim atomima i njihovim svojstvima, jer adolescenti već mogu u potpunosti cijeniti vrijednost takvog znanja. Oni savršeno vide da je raznolikost predmeta, mašina i drugih stvari koje ih okružuju zasnovana samo na metalnoj prirodi.

Šta je metal? Sa stanovišta hemije, uobičajeno je da se na ove atome odnose oni koji imaju:

• mali na eksternom nivou;
• pokazuju snažna regenerativna svojstva;
• imaju veliki atomski radijus;
• kako jednostavne supstance imaju niz specifičnih fizičkih svojstava.

Osnova znanja o ovim supstancama može se dobiti razmatranjem atomsko-kristalne strukture metala. Objašnjava sve karakteristike i svojstva ovih spojeva.

U periodnom sistemu najveći dio cjelokupne tablice je raspoređen na metale, jer oni čine sve sekundarne podgrupe i glavne od prve do treće grupe. Stoga je njihova brojčana superiornost očigledna. Najčešći su:

• kalcijum;
• natrijum;
• titanijum;
• željezo;
• magnezijum;
• aluminijum;
• kalijum.

Svi metali imaju niz svojstava koja im omogućavaju da se kombinuju u jednu veliku grupu supstanci. Zauzvrat, ova svojstva se objašnjavaju upravo kristalnom strukturom metala.

Svojstva metala

Specifična svojstva tvari koje se razmatraju uključuju sljedeće.

1. Metalni sjaj. Posjeduju ga svi predstavnici jednostavnih supstanci, a većina ih je ista, samo se neki (zlato, bakar, legure) razlikuju.
2. Savitljivost i plastičnost - sposobnost prilično lakog deformiranja i oporavka. Kod različitih predstavnika to je izraženo u različitoj mjeri.
3. Električna i toplinska provodljivost jedno je od glavnih svojstava koja određuju opseg metala i njegovih legura.

Kristalna struktura metala i legura objašnjava razloge za svako od navedenih svojstava i govori o njihovoj ozbiljnosti kod svakog pojedinog predstavnika. Ako znate karakteristike takve strukture, onda možete utjecati na svojstva uzorka i prilagoditi ga željenim parametrima, što ljudi rade već desetljećima.

Atomsko-kristalna struktura metala

Šta je takva struktura, čime se odlikuje? Sam naziv sugeriše da su svi metali kristali u čvrstom stanju, odnosno u normalnim uslovima (osim žive, koja je tečnost). Šta je kristal?

Ovo je konvencionalna grafička slika konstruisana ukrštanjem zamišljenih linija kroz atome koji se nižu u telu. Drugim riječima, svaki metal se sastoji od atoma. U njemu se nalaze ne nasumično, već vrlo redovno i dosljedno. Dakle, ako mentalno spojite sve ove čestice u jednu strukturu, dobit ćete prekrasnu sliku u obliku pravilnog geometrijskog tijela bilo kojeg oblika.

To se zove kristalna rešetka metala. Vrlo je složena i prostorno obimna, stoga, radi jednostavnosti, nije prikazana sva, već samo dio, elementarna ćelija. Skup takvih ćelija, spojenih i reflektovanih u i formira kristalne rešetke. Hemija, fizika i nauka o metalu su nauke koje proučavaju strukturne karakteristike takvih struktura.

Sama je skup atoma koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog i koordiniraju strogo fiksni broj drugih čestica oko sebe. Karakterizira ga gustina pakiranja, udaljenost između sastavnih struktura i koordinacijski broj. Općenito, svi ovi parametri su karakteristika cijelog kristala, te stoga odražavaju svojstva koja pokazuje metal.

Postoji nekoliko varijanti.Sve ih objedinjuje jedna karakteristika - postoje atomi u čvorovima, a unutra je oblak elektronskog plina koji nastaje slobodnim kretanjem elektrona unutar kristala.

Vrste kristalnih rešetki

Četrnaest opcija za strukturu rešetke obično se kombiniraju u tri glavna tipa. One su sljedeće:

1. Tijelo-centrirana kubika.
2. Heksagonalno zbijeno.
3. Kocka centrirana na lice.

Kristalna struktura metala proučavana je tek kada je postalo moguće dobiti velika uvećanja slika. A klasifikaciju tipova rešetki prvi je uveo francuski naučnik Bravais, po čijem se imenu ponekad nazivaju.

Body Centered Lattice

Struktura kristalne rešetke metala ovog tipa je sljedeća struktura. Ovo je kocka u čijim se čvorovima nalazi osam atoma. Drugi se nalazi u centru slobodnog unutrašnjeg prostora ćelije, što objašnjava naziv "telesno centriran".

Ovo je jedna od varijanti najjednostavnije strukture elementarne ćelije, a time i cijele rešetke u cjelini. Sljedeći metali su ove vrste:

• molibden;
• vanadij;
• hrom;
• mangan;
• alfa gvožđe;
• beta gvožđe i drugi.

Glavna svojstva takvih predstavnika su visoki stupanj savitljivosti i plastičnosti, tvrdoće i čvrstoće.

lice centrirana rešetka

Kristalna struktura metala koji imaju kubičnu rešetku usmjerenu na lice je sljedeća struktura. Ovo je kocka, koja uključuje četrnaest atoma. Osam ih formira čvorove rešetke, a još šest se nalazi po jedan na svakoj strani.

Imaju sličnu strukturu:

• aluminijum;
• nikal;
• olovo;
• gama gvožđe;
• bakar.

Glavna prepoznatljiva svojstva su sjaj različitih boja, lakoća, čvrstoća, savitljivost, povećana otpornost na koroziju.

Heksagonalna rešetka

Kristalna struktura metala sa rešetkama je sljedeća. Osnovna ćelija je zasnovana na heksagonalnoj prizmi. U njegovim čvorovima ima 12 atoma, još dva u bazama i tri atoma slobodno leže unutar prostora u centru strukture. Samo sedamnaest atoma.

Metali kao što su:

• alfa titanijum;
• magnezijum;
• alfa kobalt;
• cink.

Glavna svojstva su visok stepen čvrstoće, jak srebrnasti sjaj.

Defekti u kristalnoj strukturi metala

Međutim, sve razmatrane vrste ćelija mogu imati i prirodne nedostatke, ili takozvane defekte. To može biti zbog različitih razloga: stranih atoma i nečistoća u metalima, vanjskih utjecaja i tako dalje.

Stoga postoji klasifikacija koja odražava defekte koje kristalne rešetke mogu imati. Hemija kao nauka proučava svaku od njih kako bi identificirala uzrok i lijek kako se svojstva materijala ne bi promijenila. Dakle, nedostaci su sljedeći.

1. Poenta. Dolaze u tri glavna tipa: prazna mjesta, nečistoće ili dislocirani atomi. Oni dovode do pogoršanja magnetnih svojstava metala, njegove električne i toplinske provodljivosti.
2. Linearni ili dislokacijski. Odvojite rubni i vijak. Smanjuje snagu i kvalitetu materijala.
3. površinski defekti. Oni utiču na izgled i strukturu metala.

Trenutno su razvijene metode za uklanjanje defekata i dobijanje čistih kristala. Međutim, nije ih moguće potpuno iskorijeniti; idealna kristalna rešetka ne postoji.

Vrijednost znanja o kristalnoj strukturi metala

Iz navedenog materijala vidljivo je da poznavanje fine strukture i strukture omogućava predviđanje svojstava materijala i utjecaj na njih. A to vam omogućava da se bavite naukom o hemiji. 9. razred opšteobrazovne škole fokusira se na podučavanje učenika jasnom razumijevanju važnosti osnovnog logičkog lanca: sastav - struktura - svojstva - primjena.

Informacije o kristalnoj strukturi metala vrlo jasno ilustruju i omogućavaju nastavniku da jasno objasni i pokaže djeci koliko je važno poznavati finu strukturu kako bi se sva svojstva pravilno i kompetentno koristila.

U prirodi postoje dvije vrste čvrstih tvari koje se značajno razlikuju po svojim svojstvima. To su amorfna i kristalna tijela. A amorfna tijela nemaju tačnu tačku topljenja, postepeno omekšaju tokom zagrijavanja, a zatim prelaze u fluidno stanje. Primjer takvih tvari je smola ili obični plastelin. Ali situacija je sasvim drugačija sa kristalnim supstancama. Oni ostaju u čvrstom stanju do određene temperature, a tek kada je dostignu, te se tvari tope.

Sve je u strukturi takvih supstanci. U kristalnim tijelima, čestice od kojih se sastoje nalaze se na određenim tačkama. A ako ih povežete ravnim linijama, dobijate neku vrstu imaginarnog okvira, koji se zove kristalna rešetka. A vrste kristalnih rešetki mogu biti vrlo različite. A prema vrsti čestica od kojih su „sagrađene“, rešetke se dijele na četiri tipa. To su jonski, atomski, molekularni i

A na čvorovima, odnosno, postoje joni, a između njih postoji ionska veza. mogu biti jednostavni (Cl-, Na+) i složeni (OH-, SO2-). I ove vrste kristalnih rešetki mogu sadržavati neke metalne hidrokside i okside, soli i druge slične tvari. Uzmimo, na primjer, obični natrijum hlorid. Izmjenjuje negativne ione klora i pozitivne ione natrija, koji formiraju kubičnu kristalnu rešetku. Jonske veze u takvoj rešetki su vrlo stabilne, a tvari "izgrađene" prema ovom principu imaju dovoljno veliku čvrstoću i tvrdoću.

Postoje i vrste kristalnih rešetki koje se nazivaju atomske. Ovdje se atomi nalaze na čvorovima, između kojih postoji jaka kovalentna veza. Nema mnogo tvari koje imaju atomsku rešetku. To uključuje dijamant, kao i kristalni germanijum, silicijum i bor. Postoje neke složenije supstance koje sadrže i imaju, respektivno, atomsku kristalnu rešetku. To su gorski kristal i silicijum dioksid. I u većini slučajeva, takve tvari su vrlo jake, tvrde i vatrostalne. Oni su takođe praktično nerastvorljivi.

A molekularni tipovi kristalnih rešetki imaju različite supstance. To uključuje smrznutu vodu, odnosno obični led, "suhi led" - očvrsnuti ugljični monoksid, kao i čvrsti vodonik sulfid i klorovodik. Molekularne rešetke takođe imaju mnogo čvrstih organskih jedinjenja. To uključuje šećer, glukozu, naftalen i druge slične tvari. A molekuli koji se nalaze u čvorovima takve rešetke međusobno su povezani polarnim i nepolarnim kemijskim vezama. I uprkos činjenici da postoje jake kovalentne veze između atoma unutar molekula, ovi molekuli se sami zadržavaju u rešetki zbog vrlo slabih međumolekularnih veza. Stoga su takve tvari prilično hlapljive, lako se tope i nemaju veliku tvrdoću.

Pa, metali imaju razne vrste kristalnih rešetki. A njihovi čvorovi mogu sadržavati i atome i ione. Istovremeno, atomi se lako mogu pretvoriti u ione, dajući svoje elektrone u “opću upotrebu”. Na isti način, joni, "hvatajući" slobodni elektron, mogu postati atomi. A takva rešetka određuje svojstva metala kao što su duktilnost, savitljivost, toplinska i električna provodljivost.

Takođe, tipovi kristalnih rešetki metala, i drugih supstanci, podeljeni su u sedam glavnih sistema prema obliku elementarnih ćelija rešetke. Najjednostavnija je kubična ćelija. Postoje i rombične, tetragonalne, heksagonalne, romboedarske, monoklinske i triklinske jedinične ćelije koje određuju oblik cijele kristalne rešetke. Ali u većini slučajeva, kristalne rešetke su složenije od gore navedenih. To je zbog činjenice da se elementarne čestice mogu nalaziti ne samo u čvorovima rešetke, već iu njenom središtu ili na njenim licima. A među metalima, najčešće su tri složene kristalne rešetke: kubična centrirana na lice, kubična centrirana na tijelo i heksagonalno zbijena. Fizičke karakteristike metala takođe zavise ne samo od oblika njihove kristalne rešetke, već i od međuatomske udaljenosti i drugih parametara.

Čvrste tvari postoje u kristalnom i amorfnom stanju i pretežno imaju kristalnu strukturu. Odlikuje se pravilnom lokacijom čestica na tačno određenim tačkama, karakteriše ga periodično ponavljanje zapremine.Ako ove tačke mentalno povežemo pravim linijama, dobijamo prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka. Termin "kristalna rešetka" odnosi se na geometrijsku sliku koja opisuje trodimenzionalnu periodičnost u rasporedu molekula (atoma, jona) u kristalnom prostoru.

Tačke na kojima se nalaze čestice nazivaju se čvorovi rešetke. Internodalne veze rade unutar okvira. Vrsta čestica i priroda veze između njih: molekule, atomi, ioni - određuju Ukupno se razlikuju četiri takve vrste: jonski, atomski, molekularni i metalni.

Ako se ioni (čestice s negativnim ili pozitivnim nabojem) nalaze na čvorovima rešetke, onda je to ionska kristalna rešetka koju karakteriziraju istoimene veze.

Ove veze su veoma jake i stabilne. Stoga tvari s ovom vrstom strukture imaju dovoljno visoku tvrdoću i gustoću, neisparljive i vatrostalne. Na niskim temperaturama ponašaju se kao dielektrici. Međutim, tokom topljenja takvih jedinjenja, geometrijski ispravna ionska kristalna rešetka (raspored jona) se narušava i smanjuje se čvrstoća veza.

Na temperaturi blizu tačke topljenja, kristali sa jonskom vezom već su sposobni da provode električnu struju. Takva jedinjenja su lako rastvorljiva u vodi i drugim tečnostima koje se sastoje od polarnih molekula.

Jonska kristalna rešetka je karakteristična za sve supstance sa jonskim tipom veze - soli, metalni hidroksidi, binarna jedinjenja metala sa nemetalima. nema smjera u prostoru, jer je svaki ion povezan s nekoliko protujona odjednom, čija snaga interakcije ovisi o udaljenosti između njih (Coulombov zakon). Jonski vezana jedinjenja imaju nemolekularnu strukturu, to su čvrste materije sa jonskim rešetkama, visokog polariteta, visoke tačke topljenja i ključanja, koje su električno provodljive u vodenim rastvorima. Jedinjenja s ionskim vezama u svom čistom obliku se gotovo nikada ne nalaze.

Jonska kristalna rešetka je svojstvena nekim hidroksidima i oksidima tipičnih metala, soli, tj. supstance sa jonskim

Pored ionskih veza u kristalima postoje metalne, molekularne i kovalentne veze.

Kristali koji imaju kovalentnu vezu su poluvodiči ili dielektrici. Tipični primjeri atomskih kristala su dijamant, silicijum i germanijum.

Dijamant je mineral, alotropska kubična modifikacija (oblik) ugljika. Kristalna rešetka dijamanta je atomska, vrlo složena. U čvorovima takve rešetke nalaze se atomi međusobno povezani izuzetno jakim kovalentnim vezama. Dijamant se sastoji od pojedinačnih atoma ugljika, jedan po jedan u središtu tetraedra čiji su vrhovi četiri najbliža atoma. Takvu rešetku karakterizira kubik usmjeren na lice, koji određuje maksimalnu tvrdoću dijamanta i prilično visoku točku topljenja. U dijamantskoj rešetki nema molekula - i kristal se može posmatrati kao jedan impozantan molekul.

Osim toga, karakterističan je za silicijum, čvrsti bor, germanijum i spojeve pojedinih elemenata sa silicijumom i ugljenikom (silicijum, kvarc, liskun, rečni pesak, karborund). Generalno, postoji relativno malo predstavnika sa atomskom rešetkom.

U čvrstim tijelima čestice (molekule, atomi i ioni) nalaze se tako blizu jedna drugoj da im sile interakcije ne dozvoljavaju da se razlijete. Ove čestice mogu vršiti samo oscilatorna kretanja oko ravnotežnog položaja. Stoga čvrsta tijela zadržavaju svoj oblik i volumen.

Prema svojoj molekularnoj strukturi, čvrste tvari se dijele na kristalno i amorfna .

Struktura kristalnih tijela

Kristalna ćelija

Takve čvrste tvari nazivaju se kristalnim, u kojima su molekule, atomi ili ioni raspoređeni u strogo definiranom geometrijskom redu, formirajući strukturu u prostoru, koja se naziva kristalna rešetka . Ovaj redoslijed se periodično ponavlja u svim smjerovima u trodimenzionalnom prostoru. Opstaje na velikim udaljenostima i nije ograničen u prostoru. On je zvao narudžba na daljinu .

Vrste kristalnih rešetki

Kristalna rešetka je matematički model koji se može koristiti za predstavljanje kako su čestice raspoređene u kristalu. Mentalno povezujući u prostoru pravim linijama tačke u kojima se te čestice nalaze, dobićemo kristalnu rešetku.

Udaljenost između atoma koji se nalaze u čvorovima ove rešetke naziva se parametar rešetke .

U zavisnosti od toga koje se čestice nalaze na čvorovima, kristalne rešetke su molekularne, atomske, jonske i metalne .

Takva svojstva kristalnih tijela kao što su tačka topljenja, elastičnost i čvrstoća zavise od tipa kristalne rešetke.

Kada temperatura poraste do vrijednosti na kojoj počinje topljenje čvrste tvari, kristalna rešetka je uništena. Molekuli dobijaju više slobode, a čvrsta kristalna supstanca prelazi u tečni stadij. Što su veze između molekula jače, to je viša tačka topljenja.

molekularne rešetke

U molekularnim rešetkama veze između molekula nisu jake. Stoga su u normalnim uslovima takve supstance u tečnom ili gasovitom stanju. Čvrsto stanje za njih je moguće samo na niskim temperaturama. Njihova tačka topljenja (prelazak iz čvrstog u tečno) je takođe niska. I u normalnim uslovima, oni su u gasovitom stanju. Primjeri su jod (I 2), "suhi led" (ugljični dioksid CO 2).

atomska rešetka

U supstancama koje imaju atomsku kristalnu rešetku, veze između atoma su jake. Stoga su same tvari vrlo čvrste. Tope se na visokim temperaturama. Silicijum, germanijum, bor, kvarc, oksidi nekih metala i najteža supstanca u prirodi, dijamant, imaju kristalnu atomsku rešetku.

Jonska rešetka

Supstance s ionskom kristalnom rešetkom uključuju alkalije, većinu soli, okside tipičnih metala. Budući da je privlačna sila jona vrlo velika, ove tvari se mogu topiti samo na vrlo visokim temperaturama. Nazivaju se vatrostalnim. Imaju veliku čvrstoću i tvrdoću.

metalna rešetka

Na čvorovima metalne rešetke, koje imaju svi metali i njihove legure, nalaze se i atomi i ioni. Zbog ove strukture, metali imaju dobru savitljivost i duktilnost, visoku toplinsku i električnu provodljivost.

Najčešće je oblik kristala pravilan poliedar. Lica i rubovi takvih poliedara uvijek ostaju konstantni za određenu supstancu.

Pojedinačni kristal se zove monokristal . Ima pravilan geometrijski oblik, kontinuiranu kristalnu rešetku.

Primjeri prirodnih monokristala su dijamant, rubin, gorski kristal, kamena sol, islandski špart, kvarc. U veštačkim uslovima monokristali se dobijaju u procesu kristalizacije, kada se rastvori ili taline ohlade na određenu temperaturu i iz njih se izoluje čvrsta tvar u obliku kristala. Sa sporom stopom kristalizacije, fasetiranje takvih kristala ima prirodan oblik. Na taj način se u posebnim industrijskim uslovima, na primjer, dobijaju monokristali poluvodiča ili dielektrika.

Mali kristali, nasumično spojeni jedan s drugim, nazivaju se polikristali . Najjasniji primjer polikristala je granit. Svi metali su takođe polikristali.

Anizotropija kristalnih tijela

U kristalima se čestice nalaze različite gustoće u različitim smjerovima. Ako atome povežemo u pravu liniju u jednom od smjerova kristalne rešetke, tada će razmak između njih biti isti u cijelom ovom smjeru. U bilo kojem drugom smjeru, udaljenost između atoma je također konstantna, ali njena vrijednost se već može razlikovati od udaljenosti u prethodnom slučaju. To znači da sile interakcije različite veličine djeluju između atoma u različitim smjerovima. Stoga će se fizička svojstva materije u ovim smjerovima također razlikovati. Ovaj fenomen se zove anizotropija - zavisnost svojstava materije o pravcu.

Električna provodljivost, toplinska provodljivost, elastičnost, indeks loma i druga svojstva kristalne tvari razlikuju se ovisno o smjeru u kristalu. Električna struja se različito provodi u različitim smjerovima, materija se različito zagrijava, svjetlosni zraci se različito lome.

Anizotropija se ne uočava u polikristalima. Svojstva materije ostaju ista u svim pravcima.