A meglévő anyagok kristályrácsának típusa. Atomi, molekuláris, ionos és fémes kristályrács

A USE kódoló témái: Molekuláris és nem molekuláris szerkezetű anyagok. A kristályrács típusa. Az anyagok tulajdonságainak összetételétől és szerkezetétől való függése.

Molekuláris kinetikai elmélet

Minden molekula apró részecskékből, úgynevezett atomokból áll. Az összes jelenleg felfedezett atom a periódusos rendszerben van összegyűjtve.

Atom az anyag legkisebb, kémiailag oszthatatlan részecskéje, amely megőrzi kémiai tulajdonságait. Az atomok kapcsolódnak egymáshoz kémiai kötések. Korábban figyelembe vettük a. A cikk tanulmányozása előtt feltétlenül tanulmányozza át az elméletet a következő témakörben: A kémiai kötések típusai!

Most nézzük meg, hogyan tudnak egyesülni a részecskék az anyagban.

A részecskék egymáshoz viszonyított elhelyezkedésétől függően az általuk képzett anyagok tulajdonságai nagyon eltérőek lehetnek. Tehát, ha a részecskék egymástól távol helyezkednek el messze(a részecskék távolsága sokkal nagyobb, mint maguk a részecskék mérete), gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba egymással, véletlenszerűen és folyamatosan mozognak a térben, akkor van dolgunk gáz .

Ha a részecskék találhatók Bezárás egymásnak, de kaotikusan, több interakcióba lépnek egymással, intenzív oszcilláló mozgásokat végez az egyik pozícióban, de képes egy másik pozícióba ugrani, akkor ez a szerkezet modellje folyadékok .

Ha a részecskék találhatók Bezárás egymásnak, de többet szabályos, és többet kölcsönhatásba lépni egymás között, de csak az egyik egyensúlyi helyzetben mozognak, gyakorlatilag anélkül, hogy a másikba költöznének pozícióval van dolgunk szilárd .

A legtöbb ismert vegyi anyag és keverék létezhet szilárd, folyékony és gáz halmazállapotban. A legegyszerűbb példa az víz. Normál körülmények között ez folyékony, 0 o C-on megfagy - folyékony halmazállapotból átmegy szilárd, és 100 °C-on felforr - belemegy gázfázis- vízpára. Ugyanakkor normál körülmények között sok anyag gáz, folyadék vagy szilárd halmazállapotú. Például a levegő, nitrogén és oxigén keveréke normál körülmények között gáz. De magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten a nitrogén és az oxigén kondenzálódik, és átjut a folyékony fázisba. A folyékony nitrogént aktívan használják az iparban. Néha elszigetelt vérplazma, szintén folyadékkristályok, külön fázisként.

Az egyes anyagok és keverékek számos tulajdonságát azzal magyarázzák a részecskék egymáshoz viszonyított térbeli kölcsönös elrendezését!

Ez a cikk mérlegeli szilárd anyagok tulajdonságai, szerkezetüktől függően. A szilárd anyagok alapvető fizikai tulajdonságai: olvadáspont, elektromos vezetőképesség, hővezető képesség, mechanikai szilárdság, plaszticitás stb.

Olvadási hőmérséklet az a hőmérséklet, amelyen az anyag szilárdból folyékonyra változik és fordítva.

az anyag azon képessége, hogy törés nélkül deformálódjon.

Elektromos vezetőképesség az anyag azon képessége, hogy áramot vezet.

Az áram a töltött részecskék rendezett mozgása. Így áramot csak olyan anyagok vezethetnek, amelyekben vannak töltött részecskék mozgatása. Az áramvezetési képesség szerint az anyagokat vezetőkre és dielektrikumokra osztják. A vezetők olyan anyagok, amelyek áramot tudnak vezetni (azaz mobil töltött részecskéket tartalmaznak). A dielektrikumok olyan anyagok, amelyek gyakorlatilag nem vezetnek áramot.

Szilárd testben az anyag részecskéi elhelyezkedhetnek kaotikusan, vagy rendezettebb ról ről. Ha a szilárd test részecskéi a térben helyezkednek el kaotikusan, az anyagot úgy hívják amorf. Példák amorf anyagokra - szén, csillámüveg.

Ha a szilárd test részecskéi a térben rendezetten helyezkednek el, pl. formában ismétlődő háromdimenziós geometriai struktúrákat, egy ilyen anyagot nevezünk kristály-és magát a szerkezetet kristályrács . Az általunk ismert anyagok többsége kristály. Maguk a részecskék benne helyezkednek el csomópontok kristályrács.

A kristályos anyagokat különösen az különbözteti meg a részecskék közötti kémiai kötés típusa kristályban - atomi, molekuláris, fémes, ionos; a kristályrács legegyszerűbb cellájának geometriai alakja szerint - köbös, hatszögletű stb.

Attól függően, hogy a kristályrácsot alkotó részecskék típusa , megkülönböztetni atomi, molekuláris, ionos és fémes kristályszerkezet .

Atom kristályrács

Atomi kristályrács képződik, ha vannak atomok. Az atomok kapcsolódnak egymáshoz kovalens kémiai kötések. Ennek megfelelően egy ilyen kristályrács nagyon lesz tartós, nem könnyű elpusztítani. Atomi kristályrácsot nagy vegyértékű atomok alkothatnak, pl. nagyszámú kötéssel szomszédos atomokkal (4 vagy több). Ezek általában nem fémek: egyszerű anyagok - szilícium, bór, szén (a gyémánt allotróp módosulatai, grafit), és ezek vegyületei (bór-karbon, szilícium (IV)-oxid stb.)..). Mivel túlnyomórészt kovalens kémiai kötés jön létre a nemfémek között, szabad elektronok(valamint más töltött részecskék) atomi kristályrácsos anyagokban a legtöbb esetben nem. Ezért ezek az anyagok általában nagyon rosszul vezeti az áramot, pl. dielektrikumok. Ezek általános minták, amelyek alól számos kivétel van.

Kommunikáció a részecskék között atomi kristályokban: .

A kristály csomópontjainál atomi kristályszerkezettel elrendezve atomok.

Fázis állapot atomi kristályok normál körülmények között: általában, szilárd anyagok.

Anyagok, amelyek szilárd állapotban atomi kristályokat képeznek:

1. Egyszerű anyagok magas vegyérték (a periódusos rendszer közepén található): bór, szén, szilícium stb.
2. Ezekből a nemfémekből álló összetett anyagok: szilícium-dioxid (szilícium-oxid, kvarchomok) SiO 2; szilícium-karbid (korund) SiC; bórkarbid, bór-nitrid stb.

Az atomi kristályrácsos anyagok fizikai tulajdonságai:

— erő;

- tűzállóság (magas olvadáspont);

- alacsony elektromos vezetőképesség;

- alacsony hővezető képesség;

— kémiai tehetetlenség (inaktív anyagok);

- oldhatatlanság oldószerekben.

Molekuláris kristályrács egy rács, amelynek a csomópontjai molekulák. tartja a molekulákat a kristályban gyenge intermolekuláris vonzási erők (van der Waals erők, hidrogénkötések vagy elektrosztatikus vonzás). Ennek megfelelően egy ilyen kristályrács általában elég könnyű elpusztítani. Molekuláris kristályrácsos anyagok - gyenge, törékeny. Minél nagyobb a vonzóerő a molekulák között, annál magasabb az anyag olvadáspontja. A molekuláris kristályrácsos anyagok olvadáspontja általában nem haladja meg a 200-300 K-t. Ezért normál körülmények között a legtöbb molekuláris kristályrácsos anyag formában létezik gázok vagy folyadékok. A molekuláris kristályrácsot rendszerint szilárd formában savak, nem fémek oxidjai, nem fémek más bináris vegyületei, egyszerű anyagok, amelyek stabil molekulákat képeznek (oxigén O 2, nitrogén N 2, víz H 2 O) alkotják. stb.), szerves anyagok. Általában ezek kovalens poláris (ritkán nem poláris) kötéssel rendelkező anyagok. Mert az elektronok kémiai kötésekben vesznek részt, molekuláris kristályrácsos anyagok - dielektrikumok, rossz hővezetők.

Kommunikáció a részecskék között molekuláris kristályokban: m intermolekuláris, elektrosztatikus vagy intermolekuláris vonzási erők.

A kristály csomópontjainál elrendezett molekuláris kristályszerkezettel molekulák.

Fázis állapot molekuláris kristályok normál körülmények között: gázok, folyadékok és szilárd anyagok.

Anyagok, szilárd állapotban képződik molekuláris kristályok:

1. Egyszerű, nem fémes anyagok, amelyek kis, erős molekulákat képeznek (O2, N2, H2, S8 és mások);
2. Komplex anyagok (nem fémek vegyületei) kovalens poláris kötésekkel (kivéve a szilícium és a bór oxidjait, a szilícium és a szén vegyületeit) - víz H 2 O, kén-oxid SO 3 stb.
3. Monatomikus ritka gázok (hélium, neon, argon, kripton satöbbi.);
4. A legtöbb szerves anyag, amely nem rendelkezik ionos kötésekkel — metán CH 4, benzol C 6 H 6 stb.

Fizikai tulajdonságok molekuláris kristályrácsos anyagok:

- olvaszthatóság (alacsony olvadáspont):

- nagy összenyomhatóság;

- a molekuláris kristályok szilárd formában, valamint oldatokban és olvadékokban nem vezetnek áramot;

- fázisállapot normál körülmények között - gázok, folyadékok, szilárd anyagok;

- nagy volatilitás;

- alacsony keménység.

Ionos kristályrács

Ha töltött részecskék vannak a kristály csomópontjainál - ionok, beszélhetünk róla ionos kristályrács . Általában ionos kristályokkal váltakoznak pozitív ionok(kationok) és negatív ionok(anionok), így a kristályban lévő részecskék megmaradnak elektrosztatikus vonzási erők . A kristály típusától és a kristályt alkotó ionok típusától függően ilyen anyagok lehetnek elég erős és kemény. Szilárd állapotban az ionkristályokban általában nincsenek mozgó töltésű részecskék. De amikor a kristály feloldódik vagy megolvad, az ionok felszabadulnak, és külső elektromos mező hatására mozoghatnak. Azok. csak oldatok vagy olvadékok vezetik az áramot ionos kristályok. Az ionos kristályrács olyan anyagokra jellemző, amelyekkel ionos kémiai kötés. Példák olyan anyagokat só NaCl Kálcium-karbonát- CaCO 3 stb. Az ionos kristályrács általában szilárd fázisban képződik sók, bázisok, valamint fém-oxidok és fémek és nemfémek bináris vegyületei.

Kommunikáció a részecskék között ionos kristályokban: .

A kristály csomópontjainál ionrácstal ionok.

Fázis állapot ionos kristályok normál körülmények között: általában szilárd anyagok.

Vegyi anyagok ionos kristályrácstal:

1. Sók (szerves és szervetlen), beleértve az ammóniumsókat (például, ammónium-klorid NH4CI);
2. okok;
3. fém-oxidok;
4. Fémeket és nemfémeket tartalmazó bináris vegyületek.

Az ionos kristályszerkezetű anyagok fizikai tulajdonságai:

- magas olvadáspont (tűzálló);

- ionkristályok oldatai és olvadékai - áramvezetők;

- a legtöbb vegyület oldódik poláris oldószerekben (vízben);

- szilárd fázis a legtöbb vegyületben normál körülmények között.

És végül a fémeket egy speciális térszerkezet jellemzi - fém kristályrács, ami esedékes fémes kémiai kötés . A fématomok meglehetősen gyengén tartják a vegyértékelektronokat. Egy fém által alkotott kristályban a következő folyamatok játszódnak le egyszerre: egyes atomok elektronokat adnak és pozitív töltésű ionokká válnak; ezek az elektronok véletlenszerűen mozognak a kristályban; az elektronok egy része az ionokhoz vonzódik. Ezek a folyamatok egyszerre és véletlenszerűen mennek végbe. Ily módon ionok jelennek meg , mint az ionos kötés kialakításánál, és közös elektronok keletkeznek mint a kovalens kötés kialakításánál. A szabad elektronok véletlenszerűen és folyamatosan mozognak a kristály térfogatában, mint egy gáz. Ezért néha úgy hívják elektron gáz ". A nagyszámú mobil töltött részecskék, fémek jelenléte miatt elektromos áramot, hőt vezetni. A fémek olvadáspontja nagyon változó. A fémeket is jellemzik sajátos fémes csillogás, alakíthatóság, azaz az alakváltoztatás képessége roncsolás nélkül erős mechanikai igénybevétel hatására, tk. a kémiai kötések nem szakadnak meg.

Kommunikáció a részecskék között : .

A kristály csomópontjainál fém ráccsal fémionok és atomok.

Fázis állapot fémek normál körülmények között: általában szilárd(kivétel - higany, folyékony normál körülmények között).

Vegyi anyagok fém kristályrácstal - egyszerű anyagok - fémek.

Fémkristályrácsos anyagok fizikai tulajdonságai:

– magas hő- és elektromos vezetőképesség;

- alakíthatóság és plaszticitás;

- fémes csillogás;

— a fémek általában oldhatatlanok oldószerekben;

A legtöbb fém normál körülmények között szilárd halmazállapotú.

Különböző kristályrácsos anyagok tulajdonságainak összehasonlítása

A kristályrács típusa (vagy a kristályrács hiánya) lehetővé teszi az anyag alapvető fizikai tulajdonságainak értékelését. A különböző kristályrácsokkal rendelkező vegyületek tipikus fizikai tulajdonságainak közelítő összehasonlításához nagyon kényelmes a vegyszerek használata jellemző tulajdonságok. Egy molekularács esetében pl. szén-dioxid, az atomi kristályrácshoz - gyémánt, fémhez - réz, és az ionos kristályrácshoz - só, nátrium-klorid NaCl.

Összefoglaló táblázat a periódusos rendszer fő alcsoportjaiból kémiai elemek által alkotott egyszerű anyagok szerkezetéről (a másodlagos alcsoportok elemei fémek, ezért fémes kristályrácsosak).

Az anyagok tulajdonságainak a szerkezettel való kapcsolatának végső táblázata:

Az egyik leggyakoribb anyag, amellyel az emberek mindig is szívesebben dolgoztak, a fém volt. Minden korszakban előnyben részesítették ezeknek a csodálatos anyagoknak a különböző típusait. Tehát az ie IV-III. évezredet a Chalcolith vagy a réz korának tekintik. Később bronz váltja fel, majd lép életbe a ma is aktuális - a vas.

Manapság általában nehéz elképzelni, hogy valaha meg lehetett tenni fémtermékek nélkül, mert szinte minden, a háztartási cikkektől, az orvosi műszerektől a nehéz és könnyű felszerelésekig ebből az anyagból áll, vagy különálló alkatrészeket tartalmaz. Miért sikerült a fémeknek ekkora népszerűségre szert tenniük? Melyek a jellemzők és hogyan rejlik a szerkezetükben, próbáljuk meg tovább kitalálni.

A fémek általános fogalma

A "Kémia. 9. osztály" az iskolások által használt tankönyv. Ebben tanulmányozzák részletesen a fémeket. Fizikai és kémiai tulajdonságaik vizsgálata egy nagy fejezetet szentel, mert sokféleségük rendkívül nagy.

Ettől a kortól ajánlott a gyerekeknek képet adni ezekről az atomokról és tulajdonságaikról, mert a serdülők már teljes mértékben értékelhetik az ilyen ismeretek értékét. Tökéletesen látják, hogy az őket körülvevő tárgyak, gépek és egyéb dolgok sokfélesége csupán a fémes természeten alapul.

Mi az a fém? A kémia szempontjából ezekre az atomokra szokás hivatkozni, amelyek rendelkeznek:

• külső szinten kicsi;
• erős helyreállító tulajdonságokat mutatnak;
• nagy atomsugárral rendelkeznek;
• hogy az egyszerű anyagoknak számos konkrét fizikai tulajdonsága van.

Ezekről az anyagokról az ismeretek alapját a fémek atomi-kristályos szerkezetének figyelembevételével nyerhetjük meg. Ez elmagyarázza e vegyületek összes jellemzőjét és tulajdonságait.

A periódusos rendszerben a teljes táblázat nagy része a fémekre vonatkozik, mivel ezek alkotják az összes másodlagos alcsoportot és a fő csoportokat az elsőtől a harmadik csoportig. Ezért számbeli fölényük nyilvánvaló. A leggyakoribbak a következők:

• kalcium;
• nátrium;
• titán;
• Vas;
• magnézium;
• alumínium;
• kálium.

Minden fémnek számos olyan tulajdonsága van, amelyek lehetővé teszik, hogy egyetlen nagy anyagcsoportba egyesüljenek. Ezeket a tulajdonságokat viszont pontosan a fémek kristályszerkezete magyarázza.

Fém tulajdonságai

A vizsgált anyagok sajátos tulajdonságai a következők.

1. Fémes fényű. Az egyszerű anyagok minden képviselője rendelkezik vele, és legtöbbjük ugyanaz, csak néhány (arany, réz, ötvözetek) különbözik.
2. Képlékenység és plaszticitás - az a képesség, hogy könnyen deformálódjon és helyreálljon. A különböző képviselőknél eltérő mértékben fejeződik ki.
3. Az elektromos és hővezető képesség az egyik fő tulajdonság, amely meghatározza a fém és ötvözeteinek terjedelmét.

A fémek és ötvözetek kristályos szerkezete megmagyarázza az egyes jelzett tulajdonságok okát, és minden egyes képviselőnél beszél súlyosságukról. Ha ismeri egy ilyen szerkezet jellemzőit, akkor befolyásolhatja a minta tulajdonságait, és beállíthatja a kívánt paraméterekhez, amit az emberek évtizedek óta csinálnak.

Fémek atomi-kristályos szerkezete

Mi egy ilyen szerkezet, mi jellemzi? Már maga az elnevezés is arra utal, hogy minden fém szilárd állapotban, azaz normál körülmények között kristály (kivéve a higanyt, amely folyékony). Mi az a kristály?

Ez egy hagyományos grafikus kép, amelyet a testet sorakozó atomokon áthaladó képzeletbeli vonalak keresztezésével hoznak létre. Más szóval, minden fém atomokból áll. Nem véletlenszerűen helyezkednek el benne, hanem nagyon rendszeresen és következetesen. Tehát, ha ezeket a részecskéket mentálisan egyetlen szerkezetbe egyesíti, gyönyörű képet kap, bármilyen alakú szabályos geometriai test formájában.

Ezt a fém kristályrácsának nevezik. Nagyon összetett és térben terjedelmes, ezért az egyszerűség kedvéért nem az egész látható, hanem csak egy része, egy elemi cella. Az ilyen sejtek halmaza, összehozva és visszaverődően kristályrácsokat képez. A kémia, a fizika és a fémtudomány olyan tudományok, amelyek az ilyen szerkezetek szerkezeti jellemzőit tanulmányozzák.

A Sama olyan atomok halmaza, amelyek egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el, és szigorúan meghatározott számú egyéb részecskét koordinálnak maguk körül. Jellemzője a tömörítési sűrűség, az alkotó szerkezetek közötti távolság és a koordinációs szám. Általában ezek a paraméterek az egész kristályra jellemzőek, és ezért tükrözik a fém tulajdonságait.

Többféle változata létezik.Mindegyet egy vonás egyesíti - a csomópontokban atomok vannak, belül pedig egy elektrongázfelhő található, ami a kristályon belüli elektronok szabad mozgásával jön létre.

A kristályrácsok fajtái

A rács szerkezetének tizennégy lehetőségét általában három fő típusba kombinálják. Ezek a következők:

1. Testközpontú köbös.
2. Hatszögletű, szorosan csomagolt.
3. Arcközpontú köbös.

A fémek kristályszerkezetét csak akkor tanulmányozták, amikor lehetségessé vált a képek nagy nagyítása. A rácsok típusainak osztályozását pedig először a francia tudós, Bravais vezette be, akinek nevén néha nevezik őket.

Testközpontú rács

Az ilyen típusú fémek kristályrácsának szerkezete a következő. Ez egy kocka, amelynek csomópontjaiban nyolc atom található. Egy másik a cella szabad belső terének közepén található, ez magyarázza a "testközpontú" elnevezést.

Ez az elemi cella legegyszerűbb szerkezetének egyik változata, és így a teljes rács egésze. A következő fémek tartoznak ehhez a típushoz:

• molibdén;
• vanádium;
• króm;
• mangán;
• alfa vas;
• béta vas és mások.

Az ilyen képviselők fő tulajdonságai a nagy fokú alakíthatóság és plaszticitás, keménység és szilárdság.

arcközpontú rács

A felületközpontú köbös rácsos fémek kristályszerkezete a következő. Ez egy kocka, amely tizennégy atomot tartalmaz. Nyolc közülük rácscsomópontot alkot, további hat pedig mindegyik oldalon található.

Hasonló szerkezettel rendelkeznek:

• alumínium;
• nikkel;
• vezet;
• gamma vas;
• réz.

A fő megkülönböztető tulajdonságok a különböző színű fényesség, könnyedség, szilárdság, alakíthatóság, fokozott korrózióállóság.

Hatszögletű rács

A rácsos fémek kristályszerkezete a következő. Az elemi cella alapja egy hatszögletű prizma. Csomópontjaiban 12 atom található, további kettő a bázisokon, három atom pedig szabadon fekszik a tér belsejében, a szerkezet közepén. Csak tizenhét atom.

Fémek, mint pl.

• alfa-titán;
• magnézium;
• alfa-kobalt;
• cink.

A fő tulajdonságok a nagyfokú szilárdság, az erős ezüstös fényesség.

A fémek kristályszerkezetének hibái

Azonban minden figyelembe vett sejttípusnak lehetnek természetes hibái vagy úgynevezett defektusai is. Ennek különböző okai lehetnek: idegen atomok és fémek szennyeződései, külső hatások stb.

Ezért van egy osztályozás, amely tükrözi a kristályrácsok hibáit. A kémia mint tudomány mindegyiket tanulmányozza, hogy azonosítsa az okot és a megoldást, hogy az anyag tulajdonságai ne változzanak. Tehát a hibák a következők.

1. Pont. Három fő típusuk van: üres helyek, szennyeződések vagy elmozdult atomok. Ezek a fém mágneses tulajdonságainak, elektromos és hővezető képességének romlásához vezetnek.
2. Lineáris vagy diszlokáció. Jelölje ki a szegélyt és a csavart. Csökkentse az anyag szilárdságát és minőségét.
3. felületi hibák. Befolyásolják a fémek megjelenését és szerkezetét.

Jelenleg módszereket dolgoztak ki a hibák kiküszöbölésére és a tiszta kristályok előállítására. Teljesen kiirtani azonban nem lehetséges, az ideális kristályrács nem létezik.

A fémek kristályszerkezetére vonatkozó ismeretek értéke

A fenti anyagból nyilvánvaló, hogy a finom szerkezet és szerkezet ismerete lehetővé teszi az anyag tulajdonságainak előrejelzését és azok befolyásolását. Ez pedig lehetővé teszi a kémia tudományának elvégzését. Az általános iskolák 9. osztálya arra összpontosít, hogy a tanulók világosan megértsék az alapvető logikai lánc fontosságát: összetétel - szerkezet - tulajdonságok - alkalmazás.

A fémek kristályszerkezetére vonatkozó információk nagyon világosan illusztrálják, és lehetővé teszik a tanár számára, hogy világosan elmagyarázza és megmutassa a gyerekeknek, mennyire fontos a finom szerkezet ismerete az összes tulajdonság helyes és hozzáértő használatához.

A természetben kétféle szilárd anyag létezik, amelyek tulajdonságaik tekintetében jelentősen eltérnek egymástól. Ezek amorf és kristályos testek. Az amorf testeknek pedig nincs pontos olvadáspontjuk, melegítés közben fokozatosan meglágyulnak, majd folyékony állapotba kerülnek. Ilyen anyagok például a gyanta vagy a közönséges gyurma. De egészen más a helyzet a kristályos anyagokkal. Egy bizonyos hőmérsékletig szilárd állapotban maradnak, és csak azután, hogy ezt elérik, ezek az anyagok megolvadnak.

Minden az ilyen anyagok szerkezetéről szól. A kristályos testekben az őket alkotó részecskék bizonyos pontokon helyezkednek el. Ha pedig egyenes vonalakkal összekötjük őket, akkor egyfajta képzeletbeli keretet kapunk, amit kristályrácsnak neveznek. A kristályrácsok típusai pedig nagyon különbözőek lehetnek. A részecskék típusa szerint, amelyekből „épültek”, a rácsokat négy típusra osztják. Ezek ionos, atomi, molekuláris és

És a csomópontokban ionok vannak, és közöttük ionos kötés van. lehet egyszerű (Cl-, Na+) és összetett (OH-, SO2-) is. És az ilyen típusú kristályrácsok tartalmazhatnak néhány fém-hidroxidot és -oxidot, sókat és más hasonló anyagokat. Vegyük például a közönséges nátrium-kloridot. Negatív klórionokat és pozitív nátriumionokat váltogat, amelyek köbös kristályrácsot alkotnak. Az ilyen rácsban lévő ionos kötések nagyon stabilak, és az ezen elv szerint „épített” anyagok kellően nagy szilárdsággal és keménységgel rendelkeznek.

Vannak olyan típusú kristályrácsok is, amelyeket atomnak neveznek. Itt az atomok a csomópontokon helyezkednek el, amelyek között erős kovalens kötés van. Nem sok anyagnak van atomrácsa. Ide tartozik a gyémánt, valamint a kristályos germánium, a szilícium és a bór. Vannak bonyolultabb anyagok, amelyek atomkristályrácsot tartalmaznak, illetve rendelkeznek. Ezek a hegyikristály és a szilícium-dioxid. És a legtöbb esetben az ilyen anyagok nagyon erősek, kemények és tűzállóak. Gyakorlatilag oldhatatlanok is.

A kristályrácsok molekuláris típusai pedig sokféle anyagot tartalmaznak. Ide tartozik a fagyott víz, azaz a közönséges jég, a "szárazjég" - megszilárdult szén-monoxid, valamint a szilárd hidrogén-szulfid és a hidrogén-klorid. A molekularácsok sok szilárd szerves vegyületet is tartalmaznak. Ide tartozik a cukor, a glükóz, a naftalin és más hasonló anyagok. És az ilyen rács csomópontjaiban található molekulák poláris és nem poláris kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. És annak ellenére, hogy a molekulák belsejében erős kovalens kötések vannak az atomok között, ezek a molekulák magukat a rácsban tartják a nagyon gyenge intermolekuláris kötések miatt. Ezért az ilyen anyagok meglehetősen illékonyak, könnyen megolvadnak és nem rendelkeznek nagy keménységgel.

Nos, a fémeknek sokféle kristályrácsa van. Csomópontjaik pedig atomokat és ionokat is tartalmazhatnak. Ugyanakkor az atomok könnyen ionokká alakulhatnak, így elektronjaikat „általános használatra” adják. Ugyanígy az ionok, "befogva" a szabad elektronokat, atomokká válhatnak. És egy ilyen rács meghatározza a fémek olyan tulajdonságait, mint a hajlékonyság, az alakíthatóság, a hő- és elektromos vezetőképesség.

Ezenkívül a fémek és más anyagok kristályrácsainak típusait hét fő rendszerre osztják a rács elemi celláinak alakja szerint. A legegyszerűbb a köbös cella. Vannak még rombos, tetragonális, hatszögletű, romboéderes, monoklinikus és triklinikus egységsejtek, amelyek meghatározzák a teljes kristályrács alakját. De a legtöbb esetben a kristályrácsok összetettebbek, mint a fent felsoroltak. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az elemi részecskék nemcsak a rács csomópontjaiban helyezkedhetnek el, hanem a középpontjában vagy a lapjain is. A fémek közül pedig a legelterjedtebb a három összetett kristályrács: az arcközéppontú köbös, a testközpontú köbös és a hatszögletű szorosan egymásra épülő. A fémek fizikai jellemzői is nemcsak kristályrácsuk alakjától, hanem az atomközi távolságtól és egyéb paraméterektől is függnek.

A szilárd anyagok kristályos és amorf állapotban léteznek, és túlnyomórészt kristályos szerkezetűek. Jellemzője a részecskék pontosan meghatározott pontokon történő helyes elhelyezkedése, periodikus térfogati ismétlődés jellemzi, ha ezeket a pontokat gondolatban egyenes vonalakkal kötjük össze, akkor egy térbeli keretet kapunk, amelyet kristályrácsnak nevezünk. A "kristályrács" kifejezés olyan geometriai képre utal, amely a molekulák (atomok, ionok) kristálytérben való elrendezésének háromdimenziós periodicitását írja le.

Azokat a pontokat, ahol a részecskék találhatók, rácscsomópontoknak nevezzük. Az internodális csatlakozások a kereten belül működnek. A részecskék típusa és a köztük lévő kapcsolat jellege: molekulák, atomok, ionok - határozzák meg Összesen négy ilyen típust különböztetnek meg: ionos, atomi, molekuláris és fémes.

Ha ionok (negatív vagy pozitív töltésű részecskék) találhatók a rács csomópontjainál, akkor ez egy ionos kristályrács, amelyet azonos nevű kötések jellemeznek.

Ezek a kötések nagyon erősek és stabilak. Ezért az ilyen típusú szerkezetű anyagok kellően nagy keménységgel és sűrűséggel rendelkeznek, nem illékonyak és tűzállóak. Alacsony hőmérsékleten dielektrikumként viselkednek. Az ilyen vegyületek olvasztása során azonban a geometriailag helyes ionkristályrács (az ionok elrendezése) megsérül, és a szilárdsági kötések csökkennek.

Az olvadásponthoz közeli hőmérsékleten az ionos kötéssel rendelkező kristályok már képesek elektromos áramot vezetni. Az ilyen vegyületek könnyen oldódnak vízben és más olyan folyadékokban, amelyek poláris molekulákból állnak.

Az ionos kristályrács minden ionos kötéssel rendelkező anyagra jellemző - sók, fém-hidroxidok, fémek és nemfémek bináris vegyületei. térben nincs iránya, mert minden ion egyszerre több ellenionhoz kapcsolódik, amelyek kölcsönhatási erőssége a köztük lévő távolságtól függ (Coulomb-törvény). Az ionos kötésű vegyületek nem molekuláris szerkezetűek, ionrácsos, nagy polaritású, magas olvadás- és forráspontú szilárd anyagok, amelyek vizes oldatban elektromosan vezetőképesek. Szinte soha nem találhatók tiszta formájukban ionos kötéseket tartalmazó vegyületek.

Az ionos kristályrács a tipikus fémek egyes hidroxidjaiban és oxidjaiban, sóiban rejlik, pl. ionos anyagokat

A kristályokban található ionos kötéseken kívül fémes, molekuláris és kovalens kötések is léteznek.

A kovalens kötéssel rendelkező kristályok félvezetők vagy dielektrikumok. Az atomkristályok tipikus példái a gyémánt, a szilícium és a germánium.

A gyémánt egy ásvány, a szén allotróp köbös módosulata (forma). A gyémánt kristályrácsa atomi, nagyon összetett. Egy ilyen rács csomópontjaiban rendkívül erős kovalens kötésekkel összekapcsolt atomok vannak. A gyémánt egyedi szénatomokból áll, egyenként egy tetraéder közepén, amelynek csúcsai a négy legközelebbi atom. Az ilyen rácsot egy arcközpontú köbös jellemzi, amely meghatározza a gyémánt maximális keménységét és meglehetősen magas olvadáspontját. A gyémántrácsban nincsenek molekulák – a kristályt pedig egyetlen impozáns molekulának tekinthetjük.

Ezenkívül jellemző a szilíciumra, a szilárd bórra, a germániumra és az egyes elemek szilíciummal és szénnel alkotott vegyületeire (szilícium-dioxid, kvarc, csillám, folyami homok, karborundum). Általában viszonylag kevés az atomrácsos képviselő.

A szilárd anyagokban a részecskék (molekulák, atomok és ionok) olyan közel helyezkednek el egymáshoz, hogy a köztük lévő kölcsönhatási erők nem teszik lehetővé, hogy szétrepüljenek. Ezek a részecskék csak az egyensúlyi helyzet körül tudnak oszcilláló mozgást végezni. Ezért a szilárd testek megtartják alakjukat és térfogatukat.

A szilárd anyagokat molekulaszerkezetük szerint osztják fel kristályos és amorf .

A kristályos testek szerkezete

Kristály cella

Az ilyen szilárd anyagokat kristályosnak nevezzük, amelyekben a molekulák, atomok vagy ionok szigorúan meghatározott geometriai sorrendben helyezkednek el, a térben szerkezetet alkotva, amelyet ún. kristályrács . Ez a sorrend periodikusan megismétlődik a háromdimenziós térben minden irányban. Nagy távolságokon is fennmarad, és nincs korlátozva a térben. Neveztetik hosszú távú rendelés .

A kristályrácsok fajtái

A kristályrács egy matematikai modell, amellyel a részecskék kristályban való elrendezését ábrázolhatjuk. Mentálisan összekötve a térben egyenes vonalakkal azokat a pontokat, ahol ezek a részecskék találhatók, kristályrácsot kapunk.

Ennek a rácsnak a csomópontjain elhelyezkedő atomok közötti távolságot ún rács paraméter .

Attól függően, hogy mely részecskék találhatók a csomópontokon, kristályrácsok vannak molekuláris, atomi, ionos és fémes .

A kristálytestek olyan tulajdonságai, mint az olvadáspont, a rugalmasság és a szilárdság, a kristályrács típusától függenek.

Amikor a hőmérséklet olyan értékre emelkedik, amelynél a szilárd anyag olvadása megkezdődik, a kristályrács megsemmisül. A molekulák nagyobb szabadságot kapnak, és a szilárd kristályos anyag a folyékony fázisba kerül. Minél erősebbek a kötések a molekulák között, annál magasabb az olvadáspont.

molekularács

A molekularácsokban a molekulák közötti kötések nem erősek. Ezért normál körülmények között az ilyen anyagok folyékony vagy gáz halmazállapotúak. A szilárd állapot számukra csak alacsony hőmérsékleten lehetséges. Olvadáspontjuk (átmenet szilárdból folyékonyba) szintén alacsony. És normál körülmények között gáz halmazállapotúak. Ilyen például a jód (I 2), a „szárazjég” (szén-dioxid CO 2).

atomrács

Azokban az anyagokban, amelyek atomi kristályrácsot tartalmaznak, az atomok közötti kötések erősek. Ezért maguk az anyagok nagyon szilárdak. Magas hőmérsékleten megolvadnak. A szilícium, a germánium, a bór, a kvarc, egyes fémek oxidjai és a természet legkeményebb anyaga, a gyémánt kristályos atomrácsot tartalmaz.

Ionrács

Az ionos kristályrácsos anyagok közé tartoznak a lúgok, a legtöbb só és a tipikus fémek oxidjai. Mivel az ionok vonzóereje nagyon nagy, ezek az anyagok csak nagyon magas hőmérsékleten tudnak megolvadni. Ezeket tűzállónak nevezik. Nagy szilárdsággal és keménységgel rendelkeznek.

fém rács

A fémrács csomópontjaiban, amelyekkel minden fém és ötvözetük van, mind az atomok, mind az ionok találhatók. Ennek a szerkezetnek köszönhetően a fémek jó alakíthatósággal és hajlékonysággal, magas hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek.

Leggyakrabban a kristály alakja szabályos poliéder. Az ilyen poliéderek lapjai és élei mindig állandóak egy adott anyag esetében.

Az egykristályt ún egykristály . Szabályos geometriai alakja, folytonos kristályrácsa van.

A természetes egykristályok példái a gyémánt, a rubin, a hegyikristály, a kősó, az izlandi szár, a kvarc. Mesterséges körülmények között egykristályokat kapnak a kristályosítás során, amikor az oldatokat vagy olvadékokat egy bizonyos hőmérsékletre hűtik, és kristályok formájában szilárd anyagot izolálnak belőlük. Lassú kristályosodási sebesség mellett az ilyen kristályok fazettája természetes alakú. Ily módon speciális ipari körülmények között például félvezetők vagy dielektrikumok egykristályait nyerik.

Az egymással véletlenszerűen összeolvadt kis kristályokat nevezzük polikristályok . A polikristályok legtisztább példája a gránit. Minden fém is polikristály.

Kristálytestek anizotrópiája

A kristályokban a részecskék különböző irányú sűrűséggel helyezkednek el. Ha a kristályrács valamelyik irányában egyenes vonalban kötünk össze atomokat, akkor a köztük lévő távolság ebben az irányban azonos lesz. Bármely más irányban az atomok távolsága is állandó, de értéke már eltérhet az előző esetben mért távolságtól. Ez azt jelenti, hogy különböző nagyságú kölcsönhatási erők hatnak az atomok között különböző irányban. Ezért az anyag fizikai tulajdonságai ezekben az irányokban is különbözni fognak. Ezt a jelenséget az ún anizotrópia - az anyag tulajdonságainak függősége az iránytól.

A kristályos anyag elektromos vezetőképessége, hővezető képessége, rugalmassága, törésmutatója és egyéb tulajdonságai a kristály irányától függően eltérőek. Különböző irányokba eltérően vezetik az elektromos áramot, másképp melegítik fel az anyagot, másképp törnek meg a fénysugarak.

Polikristályokban anizotrópia nem figyelhető meg. Az anyag tulajdonságai minden irányban ugyanazok maradnak.