Som vi ved, kan alle materielle stoffer eksistere i tre grundtilstande: flydende, fast og gasformig. Sandt nok er der også en plasmatilstand, som videnskabsmænd betragter som ikke mindre end den fjerde materietilstand, men vores artikel handler ikke om plasma. Et stofs faste tilstand er derfor fast, fordi det har en særlig krystallinsk struktur, hvis partikler er i en bestemt og klart defineret rækkefølge, og dermed skaber et krystalgitter. Strukturen af krystalgitteret består af gentagelse af identiske elementære celler: atomer, molekyler, ioner og andre elementære partikler forbundet af forskellige noder.
Typer af krystalgitre
Afhængigt af partiklerne i krystalgitteret er der fjorten typer af det, her er de mest populære af dem:
- Ionisk krystalgitter.
- Atomisk krystalgitter.
- Molekylært krystalgitter.
- krystalcelle.
Ionisk krystalgitter
Hovedtræk ved strukturen af krystalgitteret af ioner er de modsatte elektriske ladninger af ionerne selv, som et resultat af hvilket et elektromagnetisk felt dannes, som bestemmer egenskaberne af stoffer med et ionisk krystalgitter. Og disse er ildfasthed, hårdhed, tæthed og evnen til at lede elektrisk strøm. Et typisk eksempel på et ionisk krystalgitter er bordsalt.
Atomisk krystalgitter
Stoffer med et atomisk krystalgitter har som regel stærke atomer i deres noder. En kovalent binding opstår, når to identiske atomer deler broderlige elektroner med hinanden og dermed danner et fælles elektronpar for naboatomer. På grund af dette binder kovalente bindinger atomer tæt og jævnt i en streng rækkefølge - måske er dette det mest karakteristiske træk ved strukturen af det atomare krystalgitter. Kemiske grundstoffer med lignende bindinger kan prale af deres hårdhed og høje temperatur. Kemiske grundstoffer såsom diamant, silicium, germanium og bor har et atomisk krystalgitter.
Molekylært krystalgitter
Den molekylære type af krystalgitter er kendetegnet ved tilstedeværelsen af stabile og tætpakkede molekyler. De er placeret ved noderne af krystalgitteret. I disse knudepunkter holdes de af van der Waltz-kræfter, som er ti gange svagere end ionisk interaktionskræfter. Et slående eksempel på et molekylært krystalgitter er is - et fast stof, som dog har den egenskab at blive til en væske - bindingerne mellem krystalgitterets molekyler er meget svage.
Metal krystal gitter
Typen af binding af et metalkrystalgitter er mere fleksibel og duktil end den ioniske, selvom de i udseende ligner hinanden meget. Dets karakteristiske træk er tilstedeværelsen af positivt ladede kationer (metalioner) på gittersteder. Mellem knuderne bor elektroner, der deltager i skabelsen af det elektriske felt; disse elektroner kaldes også elektrisk gas. Tilstedeværelsen af en sådan struktur af et metalkrystalgitter forklarer dets egenskaber: mekanisk styrke, varme og elektrisk ledningsevne, smelteevne.
Krystalgitter, video
Og endelig en detaljeret videoforklaring om egenskaberne af krystalgitre.
Ethvert stof i naturen består som bekendt af mindre partikler. De er til gengæld forbundet og danner en bestemt struktur, som bestemmer egenskaberne af et bestemt stof.
Atomisk er karakteristisk og forekommer ved lave temperaturer og højt tryk. Faktisk er det netop takket være dette, at metaller og en række andre materialer får deres karakteristiske styrke.
Strukturen af sådanne stoffer på molekylært niveau ligner et krystalgitter, hvor hvert atom er forbundet med sin nabo af den stærkeste forbindelse, der findes i naturen - en kovalent binding. Alle de mindste elementer, der danner strukturerne, er arrangeret på en ordnet måde og med en vis periodicitet. Det atomare krystalgitter, der repræsenterer et gitter i hjørnerne af hvilke atomer er placeret, altid omgivet af det samme antal satellitter, ændrer praktisk talt ikke sin struktur. Det er velkendt, at strukturen af et rent metal eller en legering kun kan ændres ved at opvarme det. I dette tilfælde, jo højere temperatur, jo stærkere bindinger i gitteret.
Med andre ord er det atomare krystalgitter nøglen til materialers styrke og hårdhed. Det er dog værd at overveje, at arrangementet af atomer i forskellige stoffer også kan variere, hvilket igen påvirker graden af styrke. Så for eksempel diamant og grafit, som indeholder det samme kulstofatom, er ekstremt forskellige fra hinanden med hensyn til styrke: Diamant er på Jorden, men grafit kan eksfoliere og knække. Faktum er, at i krystalgitteret af grafit er atomer arrangeret i lag. Hvert lag ligner en honningkage, hvor kulstofatomerne er temmelig løst forbundet. Denne struktur forårsager lagdelt smuldring af blyantledninger: når de er brudt, skaller dele af grafitten simpelthen af. En anden ting er diamant, hvis krystalgitter består af exciterede carbonatomer, det vil sige dem, der er i stand til at danne 4 stærke bindinger. Det er simpelthen umuligt at ødelægge et sådant led.
Krystalgitre af metaller har desuden visse egenskaber:
1. Gitterperiode- en størrelse, der bestemmer afstanden mellem centrene af to tilstødende atomer, målt langs kanten af gitteret. Den almindeligt accepterede betegnelse adskiller sig ikke fra den i matematik: a, b, c er henholdsvis længden, bredden, højden af gitteret. Det er klart, at figurens dimensioner er så små, at afstanden måles i de mindste måleenheder - en tiendedel nanometer eller angststrømme.
2. K - koordinationsnummer. En indikator, der bestemmer pakningstætheden af atomer inden for et enkelt gitter. Følgelig er dens tæthed større, jo højere tallet K er. Faktisk repræsenterer denne figur antallet af atomer, der er så tæt som muligt og i lige stor afstand fra det atom, der undersøges.
3. Gitterbasis. Også en størrelse, der karakteriserer densiteten af gitteret. Repræsenterer det samlede antal atomer, der hører til den bestemte celle, der undersøges.
4. Kompakthedsfaktor målt ved at beregne det samlede rumfang af gitteret divideret med det rumfang, der er optaget af alle atomerne i det. Ligesom de to foregående afspejler denne værdi tætheden af det gitter, der undersøges.
Vi har kun overvejet nogle få stoffer, der har et atomisk krystalgitter. I mellemtiden er der rigtig mange af dem. På trods af sin store mangfoldighed omfatter det krystallinske atomgitter enheder, der altid er forbundet med midler (polære eller ikke-polære). Derudover er sådanne stoffer praktisk talt uopløselige i vand og er kendetegnet ved lav varmeledningsevne.
I naturen er der tre typer krystalgitre: kropscentreret kubisk, ansigtscentreret kubisk og tætpakket sekskantet.
Ifølge Boyles atom-molekylære teori består alle stoffer af molekyler, der er i konstant bevægelse. Men er der nogen specifik struktur i stoffer? Eller består de simpelthen af tilfældigt bevægende molekyler?
Typer af krystalgitre
Faktisk har alle stoffer i fast tilstand en klar struktur. Atomer og molekyler bevæger sig, men tiltræknings- og frastødningskræfterne mellem partikler er afbalancerede, så atomer og molekyler er placeret på et bestemt punkt i rummet (men fortsætter med at lave små udsving afhængigt af temperaturen). Sådanne strukturer kaldes krystalgitre. De steder, hvor selve molekylerne, ionerne eller atomerne befinder sig, kaldes noder. Og afstandene mellem noderne kaldes - perioder med identitet. Afhængigt af partiklernes position i rummet er der flere typer:
- atomar;
- ionisk;
- molekylær;
- metal.
I flydende og gasformige tilstande har stoffer ikke et klart gitter; deres molekyler bevæger sig kaotisk, hvorfor de ikke har nogen form. For eksempel er oxygen, når det er i gasform, en farveløs, lugtfri gas; i en flydende tilstand (ved -194 grader) er det en blålig opløsning. Når temperaturen falder til -219 grader, bliver ilt til en fast tilstand og bliver rød. gitter, mens det bliver til en snelignende masse af blå farve.
Interessant nok har amorfe stoffer ikke en klar struktur, hvorfor de ikke har strenge smelte- og kogepunkter. Ved opvarmning blødgøres harpiks og plasticine gradvist og bliver flydende; de har ikke en klar overgangsfase.
Atomisk krystalgitter
Noderne indeholder atomer, som navnet antyder. Disse stoffer er meget stærke og holdbare, da der dannes en kovalent binding mellem partiklerne. Naboatomer deler et par elektroner med hinanden (eller rettere, deres elektronskyer er lagdelt oven på hinanden), og derfor er de meget godt forbundet med hinanden. Det mest oplagte eksempel er diamant, som har den største hårdhed på Mohs-skalaen. Interessant nok består diamant, ligesom grafit, af kulhydrater. Grafit er et meget sprødt stof (Mohs hårdhed 1), hvilket er et tydeligt eksempel på, hvor meget der afhænger af typen.
Atomområdet gitter dårligt fordelt i naturen, det omfatter: kvarts, bor, sand, silicium, siliciumoxid (IV), germanium, bjergkrystal. Disse stoffer er kendetegnet ved et højt smeltepunkt, styrke, og disse forbindelser er meget hårde og uopløselige i vand. På grund af de meget stærke bindinger mellem atomer interagerer disse kemiske forbindelser næsten ikke med andre og leder strøm meget dårligt.
Ionisk krystalgitter
I denne type er ioner placeret ved hver knude. Følgelig er denne type karakteristisk for stoffer med en ionbinding, for eksempel: kaliumchlorid, calciumsulfat, kobberchlorid, sølvphosphat, kobberhydroxid og så videre. Stoffer med et sådant partikelforbindelsesskema omfatter;
- salt;
- metalhydroxider;
- metaloxider.
Natriumchlorid har skiftevis positive (Na +) og negative (Cl -) ioner. En klorion placeret i en knude tiltrækker to natriumioner (på grund af det elektromagnetiske felt), der er placeret i naboknuder. Der dannes således en terning, hvori partiklerne hænger sammen.
Det ioniske gitter er karakteriseret ved styrke, ildfasthed, stabilitet, hårdhed og ikke-flygtighed. Nogle stoffer kan lede elektricitet.
Molekylært krystalgitter
Noderne i denne struktur indeholder molekyler, der er tæt pakket sammen. Sådanne stoffer er karakteriseret ved kovalente polære og ikke-polære bindinger. Det er interessant, at der uanset den kovalente binding er en meget svag tiltrækning mellem partiklerne (pga. svage van der Waals-kræfter). Derfor er sådanne stoffer meget skrøbelige, har lave koge- og smeltepunkter og er også flygtige. Disse stoffer omfatter: vand, organiske stoffer (sukker, naphthalen), kulilte (IV), svovlbrinte, ædelgasser, to- (brint, oxygen, klor, nitrogen, jod), tre- (ozon), fire- (fosfor). ), otte-atomare (svovl) stoffer og så videre.
Et af de kendetegn er dette er, at den strukturelle og rumlige model er bevaret i alle faser (både fast, flydende og gasformig).
Metal krystal gitter
På grund af tilstedeværelsen af ioner ved knuderne, kan metalgitteret synes at ligne et ionisk gitter. Faktisk er der tale om to helt forskellige modeller, med forskellige egenskaber.
Metal er meget mere fleksibelt og duktilt end ionisk, det er kendetegnet ved styrke, høj elektrisk og termisk ledningsevne, disse stoffer smelter godt og leder elektrisk strøm godt. Dette forklares ved, at knudepunkterne indeholder positivt ladede metalioner (kationer), som kan bevæge sig gennem hele strukturen og derved sikre strømmen af elektroner. Partiklerne bevæger sig kaotisk rundt i deres knude (de har ikke nok energi til at gå ud over), men så snart et elektrisk felt opstår, danner elektroner en strøm og skynder sig fra det positive til det negative område.
Metalkrystalgitteret er karakteristisk for metaller, for eksempel: bly, natrium, kalium, calcium, sølv, jern, zink, platin og så videre. Den er blandt andet opdelt i flere typer emballage: sekskantet, kropscentreret (mindst tæt) og ansigtscentreret. Den første pakke er typisk for zink, kobolt, magnesium, den anden for barium, jern, natrium, den tredje for kobber, aluminium og calcium.
Dermed, afhængig af risttypen mange egenskaber afhænger, såvel som stoffets struktur. Når du kender typen, kan du for eksempel forudsige, hvad et objekts ildfasthed eller styrke vil være.
Video
For mere information om krystalgitter, se vores video.
Når man udfører mange fysiske og kemiske reaktioner, går et stof over i en fast aggregeringstilstand. I dette tilfælde har molekyler og atomer en tendens til at arrangere sig selv i en sådan rumlig rækkefølge, hvor kræfterne til interaktion mellem stofpartikler ville være maksimalt afbalanceret. Sådan opnås styrken af det faste stof. Atomer, når de indtager en bestemt position, udfører små oscillerende bevægelser, hvis amplitude afhænger af temperaturen, men deres position i rummet forbliver fast. Tiltræknings- og frastødningskræfterne balancerer hinanden i en vis afstand.
Moderne ideer om stoffets struktur
Moderne videnskab siger, at et atom består af en ladet kerne, som bærer en positiv ladning, og elektroner, som bærer negative ladninger. Med en hastighed på flere tusinde billioner omdrejninger i sekundet roterer elektroner i deres baner og skaber en elektronsky omkring kernen. Den positive ladning af kernen er numerisk lig med den negative ladning af elektronerne. Således forbliver stoffets atom elektrisk neutralt. Mulige interaktioner med andre atomer opstår, når elektroner løsnes fra deres moderatom, hvorved den elektriske balance forstyrres. I et tilfælde er atomerne arrangeret i en bestemt rækkefølge, som kaldes et krystalgitter. I en anden, på grund af den komplekse interaktion mellem kerner og elektroner, kombineres de til molekyler af forskellig type og kompleksitet.
Definition af krystalgitter
Tilsammen er forskellige typer af krystallinske gitter af stoffer netværk med forskellige rumlige orienteringer, ved hvilke knudepunkter ioner, molekyler eller atomer er placeret. Denne stabile geometriske rumlige position kaldes stoffets krystalgitter. Afstanden mellem noder i en krystalcelle kaldes identitetsperioden. De rumlige vinkler, hvor celleknuderne er placeret, kaldes parametre. Ifølge metoden til at konstruere bindinger kan krystalgitre være enkle, basecentrerede, ansigtscentrerede og kropscentrerede. Hvis stofpartiklerne kun er placeret i hjørnerne af parallelepipedet, kaldes et sådant gitter simpelt. Et eksempel på et sådant gitter er vist nedenfor:
Hvis stoffets partikler ud over knuderne er placeret i midten af de rumlige diagonaler, så kaldes dette arrangement af partikler i stoffet et kropscentreret krystalgitter. Denne type er tydeligt vist på figuren.
Hvis der ud over knudepunkterne i gitterets spidser er en knude på det sted, hvor parallelepipedets imaginære diagonaler skærer hinanden, så har man en fladecentreret type gitter.
Typer af krystalgitre
De forskellige mikropartikler, der udgør et stof, bestemmer de forskellige typer af krystalgitre. De kan bestemme princippet om at bygge forbindelser mellem mikropartikler inde i en krystal. Fysiske typer af krystalgitre er ioniske, atomare og molekylære. Dette omfatter også forskellige typer metalkrystalgitre. Kemi studerer principperne for grundstoffernes indre struktur. Typerne af krystalgitter er præsenteret mere detaljeret nedenfor.
Ioniske krystalgitre
Disse typer af krystalgitre er til stede i forbindelser med en ionisk type binding. I dette tilfælde indeholder gittersteder ioner med modsatte elektriske ladninger. Takket være det elektromagnetiske felt er kræfterne af interionisk interaktion ret stærke, og dette bestemmer stoffets fysiske egenskaber. Fælles karakteristika er ildfasthed, tæthed, hårdhed og evnen til at lede elektrisk strøm. Ioniske typer af krystalgitre findes i stoffer som bordsalt, kaliumnitrat og andre.
Atomiske krystalgitre
Denne type struktur af stof er iboende i elementer, hvis struktur er bestemt af kovalente kemiske bindinger. Typer af krystalgitre af denne art indeholder individuelle atomer ved knuderne, forbundet med hinanden med stærke kovalente bindinger. Denne type binding opstår, når to identiske atomer "deler" elektroner og derved danner et fælles elektronpar for naboatomer. Takket være denne interaktion binder kovalente bindinger atomer jævnt og stærkt i en bestemt rækkefølge. Kemiske grundstoffer, der indeholder atomtyper af krystalgitre, er hårde, har et højt smeltepunkt, er dårlige ledere af elektricitet og er kemisk inaktive. Klassiske eksempler på elementer med en lignende indre struktur omfatter diamant, silicium, germanium og bor.
Molekylære krystalgitre
Stoffer, der har en molekylær type krystalgitter, er et system af stabile, interagerende, tætpakkede molekyler, der er placeret ved krystalgitterets noder. I sådanne forbindelser bevarer molekylerne deres rumlige position i de gasformige, flydende og faste faser. Ved krystallens knudepunkter holdes molekyler sammen af svage van der Waals-kræfter, som er titusinder af gange svagere end de ioniske interaktionskræfter.
De molekyler, der danner en krystal, kan enten være polære eller upolære. På grund af den spontane bevægelse af elektroner og vibrationer af kerner i molekyler, kan den elektriske ligevægt forskydes - sådan opstår et øjeblikkeligt elektrisk dipolmoment. Passende orienterede dipoler skaber tiltrækningskræfter i gitteret. Kuldioxid og paraffin er typiske eksempler på grundstoffer med et molekylært krystalgitter.
Metal krystal gitter
En metalbinding er mere fleksibel og duktil end en ionbinding, selvom det kan se ud til, at begge er baseret på samme princip. Typerne af krystalgitre af metaller forklarer deres typiske egenskaber - såsom mekanisk styrke, termisk og elektrisk ledningsevne og smelteevne.
Et karakteristisk træk ved et metalkrystalgitter er tilstedeværelsen af positivt ladede metalioner (kationer) på stederne i dette gitter. Mellem noderne er der elektroner, der er direkte involveret i at skabe et elektrisk felt omkring gitteret. Antallet af elektroner, der bevæger sig rundt i dette krystalgitter, kaldes elektrongas.
I fravær af et elektrisk felt udfører frie elektroner kaotisk bevægelse, der tilfældigt interagerer med gitterioner. Hver sådan interaktion ændrer den negativt ladede partikels momentum og bevægelsesretning. Med deres elektriske felt tiltrækker elektroner kationer til sig selv og afbalancerer deres gensidige frastødning. Selvom elektroner betragtes som frie, er deres energi ikke nok til at forlade krystalgitteret, så disse ladede partikler er konstant inden for dets grænser.
Tilstedeværelsen af et elektrisk felt giver elektrongassen yderligere energi. Forbindelsen med ioner i metallers krystalgitter er ikke stærk, så elektroner forlader let sine grænser. Elektroner bevæger sig langs kraftlinjer og efterlader positivt ladede ioner.
konklusioner
Kemi lægger stor vægt på studiet af stoffets indre struktur. Typerne af krystalgitre af forskellige elementer bestemmer næsten hele rækken af deres egenskaber. Ved at påvirke krystaller og ændre deres indre struktur er det muligt at forbedre et stofs ønskede egenskaber og fjerne uønskede og omdanne kemiske elementer. At studere den omgivende verdens indre struktur kan således hjælpe med at forstå essensen og principperne for universets struktur.
Som vi allerede ved, kan et stof eksistere i tre aggregeringstilstande: gasformig, hårdt Og væske. Ilt, som under normale forhold er i gasform, ved en temperatur på -194 ° C omdannes til en blålig væske, og ved en temperatur på -218,8 ° C bliver det til en snelignende masse med blå krystaller.
Temperaturområdet for eksistensen af et stof i fast tilstand bestemmes af koge- og smeltepunkterne. Faste stoffer er krystallinsk Og amorf.
U amorfe stoffer der er ikke noget fast smeltepunkt - når de opvarmes, bliver de gradvist bløde og bliver til en flydende tilstand. I denne tilstand findes for eksempel forskellige harpikser og plasticine.
Krystallinske stoffer De er kendetegnet ved det regelmæssige arrangement af de partikler, som de består af: atomer, molekyler og ioner, på strengt definerede punkter i rummet. Når disse punkter er forbundet med lige linjer, skabes en rumlig ramme, det kaldes et krystalgitter. De punkter, hvor krystalpartikler er placeret, kaldes gitterknuder.
Knuderne i gitteret, vi forestiller os, kan indeholde ioner, atomer og molekyler. Disse partikler udfører oscillerende bevægelser. Når temperaturen stiger, øges rækkevidden af disse svingninger også, hvilket fører til termisk udvidelse af legemer.
Afhængigt af typen af partikler placeret ved krystalgitterets knudepunkter og arten af forbindelsen mellem dem, skelnes der mellem fire typer krystalgitter: ionisk, atomar, molekylær Og metal.
Ionisk Disse kaldes krystalgitre, hvor ioner er placeret ved knuderne. De er dannet af stoffer med ionbindinger, som kan binde både simple ioner Na+, Cl- og komplekse SO24-, OH-. Ioniske krystalgitre har således salte, nogle oxider og hydroxyler af metaller, dvs. de stoffer, hvori der findes en ionisk kemisk binding. Betragt en natriumchloridkrystal; den består af positivt alternerende Na+ og negative CL-ioner, sammen danner de et terningformet gitter. Bindingerne mellem ioner i en sådan krystal er ekstremt stabile. På grund af dette har stoffer med et ionisk gitter relativt høj styrke og hårdhed; de er ildfaste og ikke-flygtige.
Atomar Krystalgitter er de krystalgitre, hvis noder indeholder individuelle atomer. I sådanne gitter er atomer forbundet med hinanden med meget stærke kovalente bindinger. For eksempel er diamant en af de allotropiske modifikationer af kulstof.
Stoffer med et atomisk krystalgitter er ikke særlig almindelige i naturen. Disse omfatter krystallinsk bor, silicium og germanium, såvel som komplekse stoffer, for eksempel dem, der indeholder silicium (IV) oxid - SiO 2: silica, kvarts, sand, bjergkrystal.
Langt de fleste stoffer med et atomisk krystalgitter har meget høje smeltepunkter (for diamant overstiger det 3500 ° C), sådanne stoffer er stærke og hårde, praktisk talt uopløselige.
Molekylær Disse kaldes krystalgitre, hvori molekyler er placeret ved knuderne. Kemiske bindinger i disse molekyler kan også være polære (HCl, H 2 0) eller ikke-polære (N 2, O 3). Og selvom atomerne inde i molekylerne er forbundet med meget stærke kovalente bindinger, virker svage kræfter af intermolekylær tiltrækning mellem molekylerne selv. Derfor er stoffer med molekylære krystalgitre karakteriseret ved lav hårdhed, lavt smeltepunkt og flygtighed.
Eksempler på sådanne stoffer omfatter fast vand - is, fast kulilte (IV) - "tøris", fast hydrogenchlorid og hydrogensulfid, faste simple stoffer dannet af en - (ædelgasser), to - (H 2, O 2, CL2, N2, I2), tre - (O3), fire - (P4), otte-atomare (S8) molekyler. Langt de fleste faste organiske forbindelser har molekylære krystalgitre (naphthalen, glucose, sukker).
blog.site, ved kopiering af materiale helt eller delvist kræves et link til den originale kilde.