Vrsta kristalne rešetke postojećih tvari. Atomska, molekularna, ionska i metalna kristalna rešetka

Teme kodifikatora jedinstvenog državnog ispita: Tvari molekulske i nemolekularne strukture. Vrsta kristalne rešetke. Ovisnost svojstava tvari o njihovom sastavu i strukturi.

Molekularno kinetička teorija

Sve molekule sastoje se od sićušnih čestica koje se nazivaju atomi. Svi trenutno otkriveni atomi prikupljeni su u periodnom sustavu.

Atom je najmanja, kemijski nedjeljiva čestica tvari koja zadržava svoja kemijska svojstva. Atomi se međusobno povezuju kemijske veze. Već smo pogledali a. Obavezno proučite teoriju na temu: Vrste kemijskih veza prije proučavanja ovog članka!

Sada pogledajmo kako se čestice u materiji mogu povezati.

Ovisno o položaju čestica jedna u odnosu na drugu, svojstva tvari koje tvore mogu se jako razlikovati. Dakle, ako su čestice smještene jedna od druge daleko(udaljenost između čestica mnogo je veća od veličine samih čestica), praktički ne djeluju jedna na drugu, kreću se u prostoru kaotično i kontinuirano, tada imamo posla s plin .

Ako se čestice nalaze Zatvoriti jedni drugima, ali kaotičan, više međusobno komunicirati, čine intenzivne oscilatorne pokrete u jednom položaju, ali mogu skočiti u drugi položaj, onda je ovo model strukture tekućine .

Ako se čestice nalaze Zatvoriti jedni drugima, ali više na uredan način, I više komunicirati međusobno, ali se kreću samo unutar jednog ravnotežnog položaja, praktički bez pomicanja u druge situacija s kojom se onda bavimo čvrsta .

Većina poznatih kemijskih tvari i smjesa mogu postojati u krutom, tekućem i plinovitom stanju. Najjednostavniji primjer je voda. U normalnim uvjetima to tekućina, na 0 o C se smrzava - prelazi iz tekućeg stanja u teško, a na 100 o C vrije - prelazi u plinovita faza- vodena para. Štoviše, mnoge tvari pod normalnim uvjetima su plinovi, tekućine ili krute tvari. Na primjer, zrak - mješavina dušika i kisika - u normalnim je uvjetima plin. Ali pri visokom tlaku i niskoj temperaturi dušik i kisik se kondenziraju i prelaze u tekuću fazu. Tekući dušik se aktivno koristi u industriji. Ponekad izolirani plazma, i tekući kristali, kao zasebne faze.

Objašnjena su mnoga svojstva pojedinih tvari i smjesa međusobni raspored čestica u prostoru jedan u odnosu na drugu!

Ovaj članak ispituje svojstva čvrstih tijela, ovisno o njihovoj strukturi. Osnovna fizikalna svojstva čvrstih tijela: talište, električna vodljivost, toplinska vodljivost, mehanička čvrstoća, duktilnost itd.

Temperatura topljenja - to je temperatura pri kojoj tvar prelazi iz krute faze u tekuću fazu i obrnuto.

je sposobnost tvari da se deformira bez razaranja.

Električna provodljivost je sposobnost tvari da provodi struju.

Struja je uređeno kretanje nabijenih čestica. Dakle, struju mogu provoditi samo tvari koje sadrže mobilne nabijene čestice. Prema sposobnosti provođenja struje tvari se dijele na vodiče i dielektrike. Vodiči su tvari koje mogu provoditi struju (tj. sadrže pokretne nabijene čestice). Dielektrici su tvari koje praktički ne provode struju.

U čvrstoj tvari mogu se nalaziti čestice tvari kaotičan, ili urednije O. Ako se čestice čvrste tvari nalaze u prostoru kaotičan, tvar se zove amorfan. Primjeri amorfnih tvari – ugljen, tinjac staklo.

Ako su čestice čvrste tvari poredane u prostoru na uredan način, tj. oblik ponavljajućih trodimenzionalnih geometrijskih struktura, takva se tvar naziva kristal, a sama struktura – kristalna rešetka . Većina tvari koje poznajemo su kristali. Same čestice nalaze se u čvorovi kristalna rešetka.

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

Ovisno o vrsta čestica koje tvore kristalnu rešetku , razlikovati atomska, molekularna, ionska i metalna kristalna struktura .

Atomska kristalna rešetka

Atomska kristalna rešetka nastaje kada se lociraju čvorovi kristala atomi. Atomi su međusobno čvrsto povezani kovalentne kemijske veze. Sukladno tome, takva će kristalna rešetka biti vrlo izdržljiva, nije ga lako uništiti. Atomsku kristalnu rešetku mogu formirati atomi visoke valencije, tj. s velikim brojem veza sa susjednim atomima (4 ili više). U pravilu su to nemetali: jednostavne tvari - silicij, bor, ugljik (alotropske modifikacije dijamant, grafit) i njihovi spojevi (bor ugljik, silicijev oksid (IV) itd..). Budući da se među nemetalima uglavnom javljaju kovalentne kemijske veze, slobodni elektroni(kao i druge nabijene čestice) u tvarima s atomskom kristalnom rešetkom u većini slučajeva br. Stoga su takve tvari obično vrlo slabo provode struju, tj. su dielektrici. Ovo su opći obrasci, od kojih postoji niz iznimaka.

Komunikacija između čestica u atomskim kristalima: .

U čvorovima kristala s atomskom kristalnom strukturom koja se nalazi atomi.

Fazno stanje atomski kristali u normalnim uvjetima: u pravilu, čvrste tvari.

Supstance, tvoreći atomske kristale u čvrstom stanju:

1. Jednostavne tvari visoka valencija (nalazi se u sredini periodnog sustava): bor, ugljik, silicij itd.
2. Složene tvari sastavljene od ovih nemetala: silicij (silicijev oksid, kvarcni pijesak) SiO 2; silicijev karbid (korund) SiC; bor karbid, bor nitrid itd.

Fizička svojstva tvari s atomskom kristalnom rešetkom:

— snaga;

— vatrostalnost (visoka točka taljenja);

— niska električna vodljivost;

— niska toplinska vodljivost;

— kemijska inertnost (neaktivne tvari);

- netopljivost u otapalima.

Molekularna kristalna rešetka- ovo je rešetka, na čijim čvorovima postoje molekule. Drži molekule u kristalu slabe sile međumolekularnog privlačenja (van der Waalsove sile, vodikove veze ili elektrostatsko privlačenje). Prema tome, takva kristalna rešetka, u pravilu, prilično lako uništiti. Tvari s molekularnom kristalnom rešetkom – topljiv, lomljiv. Što je veća sila privlačenja između molekula, to je talište tvari veće. Temperature taljenja tvari s molekularnom kristalnom rešetkom u pravilu nisu veće od 200-300 K. Stoga, u normalnim uvjetima, većina tvari s molekularnom kristalnom rešetkom postoji u obliku plinovi ili tekućine. Molekularnu kristalnu rešetku, u pravilu, tvore u čvrstom obliku kiseline, oksidi nemetala, drugi binarni spojevi nemetala, jednostavne tvari koje tvore stabilne molekule (kisik O 2, dušik N 2, voda H 2 O, itd.), organske tvari. U pravilu su to tvari s kovalentnom polarnom (rjeđe nepolarnom) vezom. Jer elektroni su uključeni u kemijske veze, tvari s molekularnom kristalnom rešetkom - dielektrici, ne provode dobro toplinu.

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

U čvorovima kristala s molekularnom kristalnom strukturom koja se nalazi molekule.

Fazno stanje molekularni kristali u normalnim uvjetima: plinovi, tekućine i čvrste tvari.

Supstance, stvarajući u čvrstom stanju molekularni kristali:

1. Jednostavne nemetalne tvari koje tvore male, jake molekule (O2, N2, H2, S8, itd.);
2. Složene tvari (spojevi nemetala) s polarnom kovalentnom vezom (osim oksida silicija i bora, spojeva silicija i ugljika) - voda H 2 O, sumporov oksid SO 3 itd.
3. Monatomski plemeniti plinovi (helij, neon, argon, kripton i tako dalje.);
4. Većina organskih tvari koje nemaju ionske veze — metan CH4, benzen C6H6 itd.

Fizička svojstva tvari s molekularnom kristalnom rešetkom:

— taljivost (nisko talište):

— visoka kompresibilnost;

— molekularni kristali u krutom obliku, kao i u otopinama i talinama, ne provode struju;

- fazno stanje u normalnim uvjetima - plinovi, tekućine, čvrste tvari;

— visoka volatilnost;

- niska tvrdoća.

Ionska kristalna rešetka

Ako postoje nabijene čestice u kristalnim čvorovima – ioni, možemo razgovarati o ionska kristalna rešetka . Tipično, ionski kristali se izmjenjuju pozitivni ioni(kationi) i negativni ioni(anioni), pa se čestice drže u kristalu sile elektrostatičkog privlačenja . Ovisno o vrsti kristala i vrsti iona koji tvore kristal, takve tvari mogu biti prilično izdržljiv i vatrostalan. U čvrstom stanju u ionskim kristalima obično nema pokretnih nabijenih čestica. Ali kada se kristal otopi ili otopi, ioni se oslobađaju i mogu se kretati pod utjecajem vanjskog električnog polja. Oni. Samo otopine ili taline provode struju ionski kristali. Ionska kristalna rešetka karakteristična je za tvari s ionska kemijska veza. Primjeri takve tvari - sol NaCl, kalcijev karbonat– CaCO 3 itd. Ionska kristalna rešetka, u pravilu, nastaje u čvrstoj fazi soli, baze, kao i metalni oksidi i binarni spojevi metala i nemetala.

Komunikacija između čestica u ionskim kristalima: .

U čvorovima kristala s ionskom rešetkom koja se nalazi ioni.

Fazno stanje ionski kristali u normalnim uvjetima: u pravilu, čvrste tvari.

Kemijske tvari s ionskom kristalnom rešetkom:

1. Soli (organske i anorganske), uključujući amonijeve soli (Na primjer, amonijev klorid NH4Cl);
2. baze;
3. Metalni oksidi;
4. Binarni spojevi koji sadrže metale i nemetale.

Fizikalna svojstva tvari s ionskom kristalnom strukturom:

— visoko talište (vatrostalnost);

— otopine i taline ionskih kristala su vodiči struje;

— većina spojeva je topiva u polarnim otapalima (voda);

- stanje čvrste faze za većinu spojeva u normalnim uvjetima.

I konačno, metale karakterizira posebna vrsta prostorne strukture - metalna kristalna rešetka, koji je zbog metalna kemijska veza . Atomi metala prilično slabo drže valentne elektrone. U kristalu formiranom od metala istovremeno se odvijaju sljedeći procesi: Neki atomi odustaju od elektrona i postaju pozitivno nabijeni ioni; ove elektroni se nasumično kreću u kristalu; neke elektrone privlače ioni. Ti se procesi odvijaju istovremeno i kaotično. Tako, nastaju ioni , kao u formiranju ionske veze, i nastaju zajednički elektroni , kao kod stvaranja kovalentne veze. Slobodni elektroni kreću se nasumično i kontinuirano kroz cijeli volumen kristala, poput plina. Zato se ponekad nazivaju " elektronski plin " Zbog prisutnosti velikog broja pokretnih nabijenih čestica, metali provodi struju i toplinu. Talište metala jako varira. Karakterizirani su i metali osebujan metalni sjaj, savitljivost, tj. sposobnost promjene oblika bez razaranja pod jakim mehaničkim stresom, jer kemijske veze se ne uništavaju.

Komunikacija između čestica : .

U čvorovima kristala s metalnom rešetkom koja se nalazi metalni ioni i atomi.

Fazno stanje metali u normalnim uvjetima: obično čvrste tvari(iznimka je živa, tekućina u normalnim uvjetima).

Kemijske tvari s metalnom kristalnom rešetkom - jednostavne tvari – metali.

Fizička svojstva tvari s metalnom kristalnom rešetkom:

— visoka toplinska i električna vodljivost;

— savitljivost i plastičnost;

- metalni sjaj;

- metali su obično netopljivi u otapalima;

- Većina metala su čvrste tvari pod normalnim uvjetima.

Usporedba svojstava tvari s različitim kristalnim rešetkama

Tip kristalne rešetke (ili nedostatak kristalne rešetke) omogućuje procjenu osnovnih fizičkih svojstava tvari. Za grubu usporedbu tipičnih fizikalnih svojstava spojeva s različitim kristalnim rešetkama, vrlo je prikladno koristiti kemikalije s karakteristična svojstva. Za molekularnu rešetku to je, na primjer, ugljični dioksid, za atomsku kristalnu rešetku - dijamant, za metal - bakar, a za ionsku kristalnu rešetku - sol, natrijev klorid NaCl.

Zbirna tablica o strukturama jednostavnih tvari koje tvore kemijski elementi iz glavnih podskupina periodnog sustava (elementi sporednih podskupina su metali, dakle imaju metalnu kristalnu rešetku).

Konačna tablica odnosa između svojstava tvari i njihove strukture:

Jedan od najčešćih materijala s kojim ljudi oduvijek radije rade bio je metal. U svakoj se eri prednost davala različitim vrstama ovih nevjerojatnih tvari. Dakle, IV-III tisućljeće prije Krista smatra se kalkolitikom ili bakrenim dobom. Kasnije ga zamjenjuje bronca, a tada na snagu stupa onaj koji je i danas aktualan - željezo.

Danas je općenito teško zamisliti da je nekada bilo moguće bez metalnih proizvoda, jer se gotovo sve, od kućanskih predmeta, medicinskih instrumenata do teške i lake opreme, sastoji od ovog materijala ili uključuje njegove pojedinačne dijelove. Zašto su metali uspjeli steći takvu popularnost? Pokušajmo shvatiti koje su značajke i kako je to svojstveno njihovoj strukturi.

Opći pojam o metalima

"Kemija. 9. razred" je udžbenik koji koriste školarci. Ovdje se detaljno proučavaju metali. Veliko poglavlje posvećeno je razmatranju njihovih fizikalnih i kemijskih svojstava, jer je njihova raznolikost iznimno velika.

Od ove dobi preporuča se djeci dati ideju o tim atomima i njihovim svojstvima, jer tinejdžeri već mogu u potpunosti cijeniti značaj takvog znanja. Oni savršeno dobro vide da se raznolikost predmeta, strojeva i drugih stvari oko njih temelji na metalnoj prirodi.

Što je metal? S gledišta kemije, ti se atomi obično klasificiraju kao oni koji imaju:

• mali na vanjskoj razini;
• pokazuju snažna obnavljajuća svojstva;
• imaju veliki atomski radijus;
• Kao jednostavne tvari, imaju niz specifičnih fizikalnih svojstava.

Osnova znanja o ovim tvarima može se dobiti razmatranjem atomsko-kristalne strukture metala. To je ono što objašnjava sve karakteristike i svojstva ovih spojeva.

U periodnom sustavu veći dio cijele tablice pripada metalima, jer oni tvore sve sekundarne podskupine i glavne od prve do treće skupine. Stoga je njihova brojčana nadmoć očita. Najčešći su:

• kalcij;
• natrij;
• titanij;
• željezo;
• magnezij;
• aluminij;
• kalij.

Svi metali imaju niz svojstava koja im omogućuju spajanje u jednu veliku skupinu tvari. S druge strane, ta se svojstva objašnjavaju upravo kristalnom strukturom metala.

Svojstva metala

Specifična svojstva dotičnih tvari uključuju sljedeće.

1. Metalni sjaj. Imaju ga svi predstavnici jednostavnih tvari, a većina je ista.Samo su rijetki (zlato, bakar, legure) različiti.
2. Savitljivost i plastičnost - sposobnost deformiranja i lakog oporavka. Izražen je u različitim stupnjevima kod različitih predstavnika.
3. Električna i toplinska vodljivost jedna su od glavnih svojstava koja određuju područja primjene metala i njegovih legura.

Kristalna struktura metala i legura objašnjava razlog svakog od navedenih svojstava i govori o njihovoj težini kod svakog pojedinog predstavnika. Ako poznajete značajke takve strukture, tada možete utjecati na svojstva uzorka i prilagoditi ga željenim parametrima, što ljudi rade već desetljećima.

Atomska kristalna struktura metala

Što je to struktura, što je karakterizira? Sam naziv sugerira da su svi metali kristali u čvrstom stanju, odnosno u normalnim uvjetima (osim žive, koja je tekućina). Što je kristal?

Ovo je konvencionalna grafička slika konstruirana presijecanjem zamišljenih linija kroz atome koji poredaju tijelo. Drugim riječima, svaki metal se sastoji od atoma. U njemu se nalaze ne kaotično, već vrlo ispravno i dosljedno. Dakle, ako mentalno kombinirate sve te čestice u jednu strukturu, dobit ćete prekrasnu sliku u obliku pravilnog geometrijskog tijela nekog oblika.

To je ono što se obično naziva kristalna rešetka metala. Vrlo je složena i prostorno voluminozna, stoga radi jednostavnosti nije prikazana cijela, već samo dio, elementarna ćelija. Skup takvih stanica, sakupljenih zajedno i reflektiranih u kristalnim rešetkama, oblikuje ih. Kemija, fizika i metalurgija su znanosti koje proučavaju strukturne značajke takvih struktura.

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

Postoji nekoliko varijanti, a svima je zajedničko jedno - čvorovi sadrže atome, au njima se nalazi oblak elektronskog plina koji nastaje slobodnim kretanjem elektrona unutar kristala.

Vrste kristalnih rešetki

Četrnaest mogućnosti strukture rešetke obično se kombiniraju u tri glavne vrste. Oni su sljedeći:

1. Kubik u središtu tijela.
2. Heksagonalni zbijeni.
3. Lice centrirani kubik.

Kristalna struktura metala proučavana je tek kada je postalo moguće dobiti slike velikog povećanja. A klasifikaciju vrsta rešetki prvi je dao francuski znanstvenik Bravais, po čijem se imenu ponekad nazivaju.

Rešetka u središtu tijela

Struktura kristalne rešetke metala ove vrste je sljedeća struktura. Ovo je kocka s osam atoma u čvorovima. Drugi se nalazi u središtu slobodnog unutarnjeg prostora stanice, što objašnjava naziv "centriran na tijelo".

Ovo je jedna od opcija za najjednostavniju strukturu jedinične ćelije, a time i cijele rešetke u cjelini. Sljedeći metali imaju ovu vrstu:

• molibden;
• vanadij;
• krom;
• mangan;
• alfa željezo;
• beta željezo i drugi.

Glavna svojstva takvih predstavnika su visok stupanj kovkosti i duktilnosti, tvrdoće i čvrstoće.

Rešetka usmjerena na lice

Kristalna struktura metala s čelično centriranom kubičnom rešetkom je sljedeća struktura. Ovo je kocka koja uključuje četrnaest atoma. Osam ih tvori rešetkaste čvorove, a još šest se nalazi, po jedan na svakoj plohi.

Imaju sličnu strukturu:

• aluminij;
• nikal;
• voditi;
• gama željezo;
• bakar.

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

Heksagonalna rešetka

Kristalna struktura metala s rešetkama je sljedeća. Jedinična ćelija temelji se na heksagonalnoj prizmi. U njezinim čvorovima ima 12 atoma, još dva u bazama, a tri atoma leže slobodno unutar prostora u središtu strukture. Ukupno ima sedamnaest atoma.

Metali kao što su:

• alfa titan;
• magnezij;
• alfa kobalt;
• cinkov.

Glavna svojstva su visok stupanj čvrstoće, jak srebrni sjaj.

Defekti u kristalnoj strukturi metala

Međutim, sve vrste stanica koje se razmatraju mogu imati i prirodne nedostatke, ili tzv. To može biti zbog raznih razloga: stranih atoma i nečistoća u metalima, vanjskih utjecaja i tako dalje.

Stoga postoji klasifikacija koja odražava nedostatke koje mogu imati kristalne rešetke. Kemija kao znanost proučava svaki od njih kako bi identificirala uzrok i način otklanjanja kako se svojstva materijala ne bi promijenila. Dakle, nedostaci su sljedeći.

1. Mjesto. Dolaze u tri glavne vrste: praznine, nečistoće ili dislocirani atomi. Oni dovode do pogoršanja magnetskih svojstava metala, njegove električne i toplinske vodljivosti.
2. Linearni ili dislokacijski. Postoje rubni i vijčani. Oni pogoršavaju snagu i kvalitetu materijala.
3. Površinski nedostaci. Utječe na izgled i strukturu metala.

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

Važnost poznavanja kristalne strukture metala

Iz navedenog materijala vidljivo je da znanje o finoj strukturi i strukturi omogućuje predviđanje svojstava materijala i utjecaj na njih. A znanost kemija vam to omogućuje. 9. razred općeobrazovne škole naglasak u procesu učenja stavlja na razvijanje kod učenika jasnog razumijevanja važnosti temeljnog logičkog lanca: sastav - struktura - svojstva - primjena.

Informacije o kristalnoj strukturi metala vrlo su pregledno ilustrirane i omogućuju učitelju da jasno objasni i pokaže djeci koliko je važno poznavati finu strukturu kako bi pravilno i kompetentno koristili sva svojstva.

U prirodi postoje dvije vrste čvrstih tvari koje se značajno razlikuju po svojim svojstvima. To su amorfna i kristalna tijela. A amorfna tijela nemaju točno talište, tijekom zagrijavanja se postupno omekšavaju, a zatim prelaze u tekuće stanje. Primjer takvih tvari je smola ili obični plastelin. Ali situacija je potpuno drugačija s kristalnim tvarima. U krutom stanju ostaju do određene temperature, a tek nakon njezina postizanja te se tvari tope.

Sve je u strukturi takvih tvari. U kristalnim krutinama, čestice od kojih se sastoje nalaze se na određenim točkama. A ako ih povežete ravnim linijama, dobit ćete neku vrstu zamišljenog okvira, koji se naziva kristalna rešetka. I vrste kristalnih rešetki mogu biti vrlo različite. A prema vrsti čestica od kojih su "izgrađene", rešetke se dijele na četiri tipa. To su ionski, atomski, molekularni i

A u čvorovima se, prema tome, nalaze ioni, a između njih postoji ionska veza. mogu biti jednostavni (Cl-, Na+) ili složeni (OH-, SO2-). I ove vrste kristalnih rešetki mogu sadržavati neke metalne hidrokside i okside, soli i druge slične tvari. Uzmimo, na primjer, obični natrijev klorid. Izmjenjuju se negativni ioni klora i pozitivni ioni natrija, koji tvore kubičnu kristalnu rešetku. Ionske veze u takvoj rešetki su vrlo stabilne i tvari "izgrađene" prema ovom principu imaju prilično visoku čvrstoću i tvrdoću.

Postoje i vrste kristalnih rešetki koje se nazivaju atomske. Ovdje se u čvorovima nalaze atomi između kojih postoji jaka kovalentna veza. Nema mnogo tvari koje imaju atomsku rešetku. To uključuje dijamant, kao i kristalni germanij, silicij i bor. Postoje i neke složene tvari koje sadrže i imaju, prema tome, atomsku kristalnu rešetku. To su gorski kristal i silicij. I u većini slučajeva, takve tvari su vrlo jake, tvrde i vatrostalne. Također su praktički netopljivi.

A molekularni tipovi kristalnih rešetki imaju različite tvari. To uključuje smrznutu vodu, odnosno obični led, "suhi led" - skrutnuti ugljikov monoksid, kao i čvrsti sumporovodik i klorovodik. Molekularne rešetke također sadrže mnoge čvrste organske spojeve. Tu spadaju šećer, glukoza, naftalin i druge slične tvari. A molekule smještene u čvorovima takve rešetke povezane su jedna s drugom polarnim i nepolarnim kemijskim vezama. I unatoč činjenici da unutar molekula postoje jake kovalentne veze između atoma, te se molekule same drže u rešetki zbog vrlo slabih međumolekularnih veza. Stoga su takve tvari prilično hlapljive, lako se tope i nemaju veliku tvrdoću.

Pa, metali imaju različite vrste kristalnih rešetki. A njihovi čvorovi mogu sadržavati i atome i ione. U ovom slučaju, atomi se lako mogu pretvoriti u ione, predajući svoje elektrone za "zajedničku upotrebu". Na isti način ioni, nakon što su "uhvatili" slobodni elektron, mogu postati atomi. A ova rešetka određuje takva svojstva metala kao što su plastičnost, savitljivost, toplinska i električna vodljivost.

Također, tipovi kristalnih rešetki metala i drugih tvari dijele se u sedam glavnih sustava 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 samim čvorovima rešetke, već iu njenom središtu ili na rubovima. A među metalima, najčešće su sljedeće tri složene kristalne rešetke: kubična s središtem na plohi, kubična s središtem tijela i heksagonalna tijesno pakirana. Fizičke karakteristike metala također ovise ne samo o obliku njihove kristalne rešetke, već i o međuatomskoj udaljenosti i drugim parametrima.

Čvrste tvari postoje u kristalnom i amorfnom stanju i pretežno su kristalne strukture. Odlikuje se ispravnim položajem čestica na točno određenim točkama, koje karakterizira periodično ponavljanje u volumenu.Ako mentalno povežete te točke ravnim linijama, dobivamo prostorni okvir, koji se naziva kristalna rešetka. Koncept "kristalne rešetke" odnosi se na geometrijski uzorak koji opisuje trodimenzionalnu periodičnost u rasporedu molekula (atoma, iona) u kristalnom prostoru.

Položaji čestica nazivaju se čvorovi rešetke. Unutar okvira postoje internodalne veze. Vrsta čestica i priroda povezanosti među njima: molekule, atomi, ioni određuju ukupno četiri vrste: ionsku, atomsku, molekularnu i metalnu.

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

Ove veze su vrlo jake i stabilne. Stoga tvari s ovom vrstom strukture imaju prilično visoku tvrdoću i gustoću, nehlapljive su i vatrostalne. Na niskim temperaturama djeluju kao dielektrici. Međutim, kada se takvi spojevi tope, geometrijski pravilna ionska kristalna rešetka (raspored iona) je poremećena i čvrstoća veza se smanjuje.

Na temperaturama blizu tališta, kristali s ionskim vezama već su sposobni provoditi električnu struju. Takvi spojevi su lako topljivi u vodi i drugim tekućinama koje se sastoje od polarnih molekula.

Ionska kristalna rešetka karakteristična je za sve tvari s ionskom vrstom veze - soli, metalni hidroksidi, binarni spojevi metala s nemetalima. nema usmjerenost u prostoru, jer je svaki ion povezan s nekoliko protuiona odjednom, čija snaga međudjelovanja ovisi o udaljenosti između njih (Coulombov zakon). Spojevi s ionskom vezom imaju nemolekularnu strukturu; to su čvrste tvari s ionskom rešetkom, visokom polarnošću, visokim talištem i vrelištem te su električki vodljive u vodenim otopinama. Spojevi s ionskim vezama praktički se nikad ne nalaze u svom čistom obliku.

Ionska kristalna rešetka svojstvena je nekim hidroksidima i oksidima tipičnih metala, soli, tj. tvari s ionskim

Osim ionskih veza, kristali sadrže metalne, molekularne i kovalentne veze.

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

Dijamant je mineral, alotropska kubična modifikacija (oblik) ugljika. Kristalna rešetka dijamanta je atomska i vrlo složena. U čvorovima takve rešetke nalaze se atomi međusobno povezani izrazito jakim kovalentnim vezama. Dijamant se sastoji od pojedinačnih atoma ugljika, raspoređenih jedan po jedan u središtu tetraedra, čiji su vrhovi četiri najbliža atoma. Ovu rešetku karakterizira kubična struktura usmjerena na lice, koja određuje maksimalnu tvrdoću dijamanta i prilično visoko talište. U dijamantnoj rešetki nema molekula - a kristal se može promatrati kao jedna impresivna molekula.

Osim toga, karakterističan je za silicij, čvrsti bor, germanij i spojeve pojedinih elemenata sa silicijem i ugljikom (silicijev dioksid, kvarc, tinjac, riječni pijesak, karborund). Općenito, postoji relativno malo predstavnika s atomskom rešetkom.

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

Prema molekularnoj strukturi krutine se dijele na kristalan I amorfan .

Građa kristalnih tijela

Kristalna ćelija

Kristalne su one čvrste tvari, molekule, atomi ili ioni u kojima su raspoređene u strogo određenom geometrijskom poretku tvoreći strukturu u prostoru tzv. kristalna rešetka . Taj se poredak periodički ponavlja u svim smjerovima u trodimenzionalnom prostoru. Opstaje na velikim udaljenostima i nije ograničen prostorom. On je pozvan na dugi put .

Vrste kristalnih rešetki

Kristalna rešetka je matematički model pomoću kojeg se može zamisliti kako su čestice raspoređene u kristalu. Mentalno povezujući točke u prostoru u kojima se te čestice nalaze ravnim linijama, dobivamo kristalnu rešetku.

Udaljenost između atoma koji se nalaze na mjestima ove rešetke naziva se parametar rešetke .

Ovisno o tome koje se čestice nalaze u čvorovima, kristalne su rešetke molekularne, atomske, ionske i metalne .

Svojstva kristalnih tijela kao što su talište, elastičnost i čvrstoća ovise o vrsti kristalne rešetke.

Kada temperatura poraste do vrijednosti pri kojoj počinje taljenje krutine, kristalna rešetka se uništava. Molekule dobivaju više slobode, a čvrsta kristalna tvar prelazi u tekući stadij. Što su jače veze između molekula, to je talište veće.

Molekularna rešetka

U molekularnim rešetkama veze između molekula nisu jake. Stoga su u normalnim uvjetima takve tvari u tekućem ili plinovitom stanju. Čvrsto stanje im je moguće samo pri niskim temperaturama. Njihovo talište (prijelaz iz krutog u tekuće) također je nisko. I u normalnim su uvjetima u plinovitom stanju. Primjeri su jod (I 2), "suhi led" (ugljični dioksid CO 2).

Atomska rešetka

U tvarima koje imaju atomsku kristalnu rešetku, veze među atomima su jake. Stoga su same tvari vrlo tvrde. Tope se na visokim temperaturama. Silicij, germanij, bor, kvarc, oksidi nekih metala i najtvrđa tvar u prirodi dijamant imaju kristalnu atomsku rešetku.

Ionska rešetka

Tvari s ionskom kristalnom rešetkom uključuju lužine, većinu soli i okside tipičnih metala. Budući da je privlačna sila iona vrlo jaka, te se tvari mogu taliti samo na vrlo visokim temperaturama. Nazivaju se vatrostalnim. Imaju visoku čvrstoću i tvrdoću.

Metalni roštilj

U čvorovima metalne rešetke, koju imaju svi metali i njihove legure, nalaze se i atomi i ioni. Zahvaljujući ovoj strukturi, metali imaju dobru kovljivost i duktilnost, visoku toplinsku i električnu vodljivost.

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

Monokristal se naziva monokristal . Ima pravilan geometrijski oblik, kontinuiranu kristalnu rešetku.

Primjeri prirodnih monokristala su dijamant, rubin, gorski kristal, kamena sol, islandski špat, kvarc. U umjetnim uvjetima monokristali se dobivaju procesom kristalizacije, kada se hlađenjem otopina ili talina na određenu temperaturu iz njih izdvaja čvrsta tvar u obliku kristala. Uz sporu stopu kristalizacije, rez takvih kristala ima prirodan oblik. Na taj se način u posebnim industrijskim uvjetima dobivaju monokristali poluvodiča ili dielektrika.

Mali kristali nasumično spojeni zajedno nazivaju se polikristala . Najjasniji primjer polikristala je granitni kamen. Svi metali su također polikristalni.

Anizotropija kristalnih tijela

U kristalima se čestice nalaze različite gustoće u različitim smjerovima. Spojimo li atome u jednom od smjerova kristalne rešetke ravnom linijom, tada će razmak između njih biti isti u cijelom tom smjeru. U bilo kojem drugom smjeru udaljenost između atoma također je konstantna, ali se njezina vrijednost već može razlikovati od udaljenosti u prethodnom slučaju. To znači da između atoma u različitim smjerovima djeluju sile međudjelovanja različitih veličina. Stoga će se fizikalna svojstva tvari u tim smjerovima također razlikovati. Ova pojava se zove anizotropija - ovisnost svojstava materije o smjeru.

Električna vodljivost, toplinska vodljivost, elastičnost, indeks loma i druga svojstva kristalne tvari variraju ovisno o smjeru u kristalu. Električna struja se različito provodi u različitim smjerovima, tvar se različito zagrijava, a svjetlosne zrake se različito lome.

U polikristalima se ne opaža pojava anizotropije. Svojstva tvari ostaju ista u svim smjerovima.