Som vi vet kan alle materielle stoffer eksistere i tre grunnleggende tilstander: flytende, fast og gassformig. Riktignok er det også en plasmatilstand, som forskere vurderer ikke mindre enn den fjerde materiens tilstand, men artikkelen vår handler ikke om plasma. Den faste tilstanden til et stoff er derfor fast fordi det har en spesiell krystallinsk struktur, hvis partikler er i en viss og klart definert rekkefølge, og dermed skaper et krystallgitter. Strukturen til krystallgitteret består av repeterende identiske elementære celler: atomer, molekyler, ioner og andre elementære partikler forbundet med forskjellige noder.
Typer krystallgitter
Avhengig av partiklene til krystallgitteret, er det fjorten typer av det, her er de mest populære av dem:
- Ionisk krystallgitter.
- Atomisk krystallgitter.
- Molekylært krystallgitter.
- krystallcelle.
Ionisk krystallgitter
Hovedtrekket i strukturen til krystallgitteret av ioner er de motsatte elektriske ladningene til ionene selv, som et resultat av at det dannes et elektromagnetisk felt, som bestemmer egenskapene til stoffer som har et ionisk krystallgitter. Og disse er ildfasthet, hardhet, tetthet og evnen til å lede elektrisk strøm. Et typisk eksempel på et ionisk krystallgitter er bordsalt.
Atomisk krystallgitter
Stoffer med et atomisk krystallgitter har som regel sterke atomer i nodene. En kovalent binding oppstår når to identiske atomer deler broderlige elektroner med hverandre, og danner dermed et felles elektronpar for naboatomer. På grunn av dette binder kovalente bindinger atomer tett og jevnt i en streng rekkefølge - kanskje dette er det mest karakteristiske trekk ved strukturen til det atomære krystallgitteret. Kjemiske elementer med lignende bindinger kan skryte av deres hardhet og høye temperatur. Kjemiske elementer som diamant, silisium, germanium og bor har et atomisk krystallgitter.
Molekylært krystallgitter
Den molekylære typen krystallgitter er preget av tilstedeværelsen av stabile og tettpakkede molekyler. De er plassert ved nodene til krystallgitteret. I disse nodene holdes de av van der Waltz-krefter, som er ti ganger svakere enn kreftene til ionisk interaksjon. Et slående eksempel på et molekylært krystallgitter er is - et fast stoff, som imidlertid har egenskapen til å bli til en væske - bindingene mellom molekylene i krystallgitteret er svært svake.
Metall krystallgitter
Bindingstypen til et metallkrystallgitter er mer fleksibel og duktil enn den ioniske, selv om de i utseende er veldig like. Dens karakteristiske trekk er tilstedeværelsen av positivt ladede kationer (metallioner) på gittersteder. Mellom nodene bor elektroner som deltar i dannelsen av det elektriske feltet. Disse elektronene kalles også elektrisk gass. Tilstedeværelsen av en slik struktur av et metallkrystallgitter forklarer dens egenskaper: mekanisk styrke, varme og elektrisk ledningsevne, smelteevne.
Krystallgitter, video
Og til slutt, en detaljert videoforklaring om egenskapene til krystallgitter.
Ethvert stoff i naturen består som kjent av mindre partikler. De på sin side er koblet sammen og danner en viss struktur, som bestemmer egenskapene til et bestemt stoff.
Atomisk er karakteristisk og forekommer ved lave temperaturer og høyt trykk. Faktisk er det nettopp takket være dette at metaller og en rekke andre materialer får sin karakteristiske styrke.
Strukturen til slike stoffer på molekylært nivå ser ut som et krystallgitter, hvor hvert atom er koblet til naboen med den sterkeste forbindelsen som finnes i naturen - en kovalent binding. Alle de minste elementene som danner strukturene er ordnet på en ryddig måte og med en viss periodisitet. Representerer et rutenett i hjørnene av hvilke atomer er lokalisert, alltid omgitt av samme antall satellitter, endrer det atomære krystallgitteret praktisk talt ikke strukturen. Det er velkjent at strukturen til et rent metall eller en legering kun kan endres ved å varme det opp. I dette tilfellet, jo høyere temperatur, desto sterkere er bindingene i gitteret.
Med andre ord er det atomære krystallgitteret nøkkelen til styrken og hardheten til materialer. Det er imidlertid verdt å tenke på at arrangementet av atomer i forskjellige stoffer også kan variere, noe som igjen påvirker graden av styrke. Så, for eksempel, diamant og grafitt, som inneholder det samme karbonatomet, er ekstremt forskjellige fra hverandre når det gjelder styrke: diamant er på jorden, men grafitt kan eksfoliere og gå i stykker. Faktum er at i krystallgitteret til grafitt er atomer ordnet i lag. Hvert lag ligner en honningkake, der karbonatomene er sammenføyd ganske løst. Denne strukturen forårsaker lagvis smuldring av blyantavledninger: når de brytes, flasser deler av grafitten ganske enkelt av. En annen ting er diamant, hvis krystallgitter består av eksiterte karbonatomer, det vil si de som er i stand til å danne 4 sterke bindinger. Det er rett og slett umulig å ødelegge et slikt ledd.
Krystallgitter av metaller har i tillegg visse egenskaper:
1. Gitterperiode- en mengde som bestemmer avstanden mellom sentrene til to tilstøtende atomer, målt langs kanten av gitteret. Den generelt aksepterte betegnelsen skiller seg ikke fra den i matematikk: a, b, c er henholdsvis lengden, bredden, høyden på gitteret. Tydeligvis er dimensjonene til figuren så små at avstanden måles i de minste måleenhetene - en tiendedel av en nanometer eller angstrom.
2. K - koordinasjonsnummer. En indikator som bestemmer pakningstettheten til atomer innenfor et enkelt gitter. Følgelig er dens tetthet større, jo høyere tallet K er. Faktisk representerer denne figuren antallet atomer som er så nærme som mulig og i lik avstand fra atomet som studeres.
3. Gittergrunnlag. Også en mengde som karakteriserer tettheten til gitteret. Representerer det totale antallet atomer som tilhører den bestemte cellen som studeres.
4. Kompakthetsfaktor målt ved å beregne det totale volumet av gitteret delt på volumet okkupert av alle atomene i det. Som de to foregående gjenspeiler denne verdien tettheten til gitteret som studeres.
Vi har kun vurdert noen få stoffer som har et atomisk krystallgitter. I mellomtiden er det veldig mange av dem. Til tross for sitt store mangfold, inkluderer det krystallinske atomgitteret enheter som alltid er forbundet med midler (polare eller ikke-polare). I tillegg er slike stoffer praktisk talt uløselige i vann og er preget av lav varmeledningsevne.
I naturen er det tre typer krystallgitter: kroppssentrert kubisk, ansiktssentrert kubisk og tettpakket sekskantet.
I følge Boyles atom-molekylære teori består alle stoffer av molekyler som er i konstant bevegelse. Men er det noen spesifikk struktur i stoffer? Eller består de rett og slett av tilfeldig bevegelige molekyler?
Typer krystallgitter
Faktisk har alle stoffer i fast tilstand en klar struktur. Atomer og molekyler beveger seg, men tiltreknings- og frastøtningskreftene mellom partikler er balansert, så atomer og molekyler befinner seg på et bestemt punkt i rommet (men fortsetter å lage små svingninger avhengig av temperatur). Slike strukturer kalles krystallgitter. Stedene der selve molekylene, ionene eller atomene befinner seg kalles noder. Og avstandene mellom nodene kalles - perioder med identitet. Avhengig av plasseringen av partikler i rommet, er det flere typer:
- atomisk;
- ionisk;
- molekylær;
- metall.
I flytende og gassformige tilstander har ikke stoffer et klart gitter, og molekylene deres beveger seg kaotisk, og derfor har de ingen form. For eksempel er oksygen i gassform en fargeløs, luktfri gass i flytende tilstand (ved -194 grader) er det en blåaktig løsning. Når temperaturen synker til -219 grader, blir oksygen til en fast tilstand og blir rød. gitter, mens det blir til en snølignende masse med blå farge.
Interessant nok har ikke amorfe stoffer en klar struktur, og det er derfor de ikke har strenge smelte- og kokepunkter. Når de varmes opp, mykner harpiks og plasticine gradvis og blir flytende, de har ikke en klar overgangsfase.
Atomisk krystallgitter
Nodene inneholder atomer, som navnet antyder. Disse stoffene er veldig sterke og holdbare, siden det dannes en kovalent binding mellom partiklene. Naboatomer deler et elektronpar med hverandre (eller, mer presist, deres elektronskyer er lagdelt oppå hverandre), og derfor er de veldig godt forbundet med hverandre. Det mest åpenbare eksemplet er diamant, som har størst hardhet på Mohs-skalaen. Interessant nok består diamant, som grafitt, av karbohydrater. Grafitt er et veldig sprøtt stoff (Mohs hardhet 1), som er et tydelig eksempel på hvor mye som avhenger av typen.
Atomområde gitter dårlig distribuert i naturen, det inkluderer: kvarts, bor, sand, silisium, silisiumoksid (IV), germanium, bergkrystall. Disse stoffene er karakterisert ved et høyt smeltepunkt, styrke, og disse forbindelsene er svært harde og uløselige i vann. På grunn av de veldig sterke bindingene mellom atomer, samhandler disse kjemiske forbindelsene nesten ikke med andre og leder strømmen svært dårlig.
Ionisk krystallgitter
I denne typen er ioner plassert ved hver node. Følgelig er denne typen karakteristisk for stoffer med en ionisk binding, for eksempel: kaliumklorid, kalsiumsulfat, kobberklorid, sølvfosfat, kobberhydroksid og så videre. Stoffer med et slikt partikkelforbindelsesskjema inkluderer;
- salt;
- metallhydroksider;
- metalloksider.
Natriumklorid har vekslende positive (Na +) og negative (Cl -) ioner. Ett klorion lokalisert i en node tiltrekker seg to natriumioner (på grunn av det elektromagnetiske feltet) som befinner seg i nabonoder. Dermed dannes det en kube der partiklene henger sammen.
Ionegitteret er preget av styrke, ildfasthet, stabilitet, hardhet og ikke-flyktighet. Noen stoffer kan lede strøm.
Molekylært krystallgitter
Nodene til denne strukturen inneholder molekyler som er tett pakket sammen. Slike stoffer er preget av kovalente polare og ikke-polare bindinger. Det er interessant at, uavhengig av den kovalente bindingen, er det en veldig svak tiltrekning mellom partiklene (på grunn av svake van der Waals-krefter). Det er derfor slike stoffer er veldig skjøre, har lave koke- og smeltepunkter, og er også flyktige. Disse stoffene inkluderer: vann, organiske stoffer (sukker, naftalen), karbonmonoksid (IV), hydrogensulfid, edelgasser, to- (hydrogen, oksygen, klor, nitrogen, jod), tre- (ozon), fire- (fosfor). ), åtteatomiske (svovel) stoffer og så videre.
En av kjennetegnene er dette er at den strukturelle og romlige modellen er bevart i alle faser (både fast, flytende og gass).
Metall krystallgitter
På grunn av tilstedeværelsen av ioner ved nodene, kan metallgitteret se ut til å være likt et ionegitter. Faktisk er dette to helt forskjellige modeller, med forskjellige egenskaper.
Metall er mye mer fleksibelt og duktilt enn ionisk, det er preget av styrke, høy elektrisk og termisk ledningsevne, disse stoffene smelter godt og leder elektrisk strøm godt. Dette forklares med at nodene inneholder positivt ladede metallioner (kationer), som kan bevege seg gjennom hele strukturen, og dermed sikre strømmen av elektroner. Partiklene beveger seg kaotisk rundt noden deres (de har ikke nok energi til å gå utover), men så snart et elektrisk felt dukker opp, danner elektroner en strøm og suser fra det positive til det negative området.
Metallkrystallgitteret er karakteristisk for metaller, for eksempel: bly, natrium, kalium, kalsium, sølv, jern, sink, platina og så videre. Den er blant annet delt inn i flere typer emballasje: sekskantet, kroppssentrert (minst tett) og ansiktssentrert. Den første pakken er typisk for sink, kobolt, magnesium, den andre for barium, jern, natrium, den tredje for kobber, aluminium og kalsium.
Dermed, avhengig av risttype mange egenskaper avhenger, så vel som strukturen til stoffet. Når du kjenner typen, kan du for eksempel forutsi hva ildfastheten eller styrken til et objekt vil være.
Video
For mer informasjon om krystallgitter, se videoen vår.
Når man utfører mange fysiske og kjemiske reaksjoner, går et stoff over i en fast aggregeringstilstand. I dette tilfellet har molekyler og atomer en tendens til å ordne seg i en slik romlig rekkefølge der kreftene til interaksjon mellom materiepartikler vil være maksimalt balansert. Slik oppnås styrken til det faste stoffet. Atomer, når de har inntatt en bestemt posisjon, utfører små oscillerende bevegelser, hvis amplitude avhenger av temperaturen, men deres plassering i rommet forblir fast. Tiltreknings- og frastøtningskreftene balanserer hverandre på en viss avstand.
Moderne ideer om materiens struktur
Moderne vitenskap sier at et atom består av en ladet kjerne, som bærer en positiv ladning, og elektroner, som bærer negative ladninger. Med en hastighet på flere tusen billioner omdreininger per sekund roterer elektroner i banene deres, og lager en elektronsky rundt kjernen. Den positive ladningen til kjernen er numerisk lik den negative ladningen til elektronene. Dermed forblir atomet til stoffet elektrisk nøytralt. Mulige interaksjoner med andre atomer oppstår når elektroner løsnes fra sitt overordnede atom, og dermed forstyrrer den elektriske balansen. I ett tilfelle er atomene ordnet i en bestemt rekkefølge, som kalles et krystallgitter. I en annen, på grunn av den komplekse interaksjonen mellom kjerner og elektroner, blir de kombinert til molekyler av forskjellige typer og kompleksitet.
Definisjon av krystallgitter
Samlet sett er forskjellige typer krystallinske gitter av stoffer nettverk med forskjellige romlige orienteringer, ved nodene som ioner, molekyler eller atomer er lokalisert. Denne stabile geometriske romlige posisjonen kalles stoffets krystallgitter. Avstanden mellom noder i en krystallcelle kalles identitetsperioden. De romlige vinklene som cellenodene befinner seg i kalles parametere. I henhold til metoden for å konstruere bindinger, kan krystallgitter være enkle, basesentrerte, ansiktssentrerte og kroppssentrerte. Hvis partiklene av materie er plassert bare i hjørnene av parallellepipedet, kalles et slikt gitter enkelt. Et eksempel på et slikt gitter er vist nedenfor:
Hvis partiklene til stoffet i tillegg til nodene er plassert i midten av de romlige diagonalene, kalles dette arrangementet av partikler i stoffet et kroppssentrert krystallgitter. Denne typen er tydelig vist på figuren.
Hvis det i tillegg til nodene på toppene av gitteret er en node på stedet der de imaginære diagonalene til parallellepipedet krysser hverandre, så har du en ansiktssentrert type gitter.
Typer krystallgitter
De forskjellige mikropartiklene som utgjør et stoff bestemmer de forskjellige typene krystallgitter. De kan bestemme prinsippet for å bygge forbindelser mellom mikropartikler inne i en krystall. Fysiske typer krystallgitter er ioniske, atomære og molekylære. Dette inkluderer også ulike typer metallkrystallgitter. Kjemi studerer prinsippene for den indre strukturen til elementer. Typene krystallgitter er presentert mer detaljert nedenfor.
Ioniske krystallgitter
Disse typene krystallgitter er tilstede i forbindelser med en ionisk type binding. I dette tilfellet inneholder gittersteder ioner med motsatte elektriske ladninger. Takket være det elektromagnetiske feltet er kreftene til interionisk interaksjon ganske sterke, og dette bestemmer de fysiske egenskapene til stoffet. Vanlige kjennetegn er ildfasthet, tetthet, hardhet og evnen til å lede elektrisk strøm. Ioniske typer krystallgitter finnes i stoffer som bordsalt, kaliumnitrat og andre.
Atomiske krystallgitter
Denne typen struktur av materie er iboende i elementer hvis struktur er bestemt av kovalente kjemiske bindinger. Typer av krystallgitter av denne typen inneholder individuelle atomer ved nodene, forbundet med hverandre med sterke kovalente bindinger. Denne typen binding oppstår når to identiske atomer "deler" elektroner, og danner dermed et felles elektronpar for naboatomer. Takket være denne interaksjonen binder kovalente bindinger atomer jevnt og sterkt i en viss rekkefølge. Kjemiske grunnstoffer som inneholder atomtyper av krystallgitter er harde, har et høyt smeltepunkt, er dårlige ledere av elektrisitet og er kjemisk inaktive. Klassiske eksempler på elementer med lignende indre struktur inkluderer diamant, silisium, germanium og bor.
Molekylære krystallgitter
Stoffer som har en molekylær type krystallgitter er et system av stabile, interagerende, tettpakkede molekyler som er lokalisert ved nodene til krystallgitteret. I slike forbindelser beholder molekylene sin romlige posisjon i gass-, væske- og fastfase. Ved nodene til krystallen holdes molekyler sammen av svake van der Waals-krefter, som er titalls ganger svakere enn de ioniske interaksjonskreftene.
Molekylene som danner en krystall kan enten være polare eller upolare. På grunn av den spontane bevegelsen av elektroner og vibrasjoner av kjerner i molekyler, kan den elektriske likevekten skifte - det er slik et øyeblikkelig elektrisk dipolmoment oppstår. Passende orienterte dipoler skaper tiltrekningskrefter i gitteret. Karbondioksid og parafin er typiske eksempler på grunnstoffer med et molekylært krystallgitter.
Metall krystall gitter
En metallbinding er mer fleksibel og duktil enn en ionisk binding, selv om det kan virke som om begge er basert på samme prinsipp. Typene av krystallgitter av metaller forklarer deres typiske egenskaper - som mekanisk styrke, termisk og elektrisk ledningsevne og smelteevne.
Et særtrekk ved et metallkrystallgitter er tilstedeværelsen av positivt ladede metallioner (kationer) på stedene til dette gitteret. Mellom nodene er det elektroner som er direkte involvert i å skape et elektrisk felt rundt gitteret. Antall elektroner som beveger seg rundt i dette krystallgitteret kalles elektrongass.
I fravær av et elektrisk felt utfører frie elektroner kaotisk bevegelse, og tilfeldig interagerer med gitterioner. Hver slik interaksjon endrer momentumet og bevegelsesretningen til den negativt ladede partikkelen. Med sitt elektriske felt tiltrekker elektroner kationer til seg selv, og balanserer deres gjensidige frastøting. Selv om elektroner anses som frie, er deres energi ikke nok til å forlate krystallgitteret, så disse ladede partiklene er hele tiden innenfor dets grenser.
Tilstedeværelsen av et elektrisk felt gir elektrongassen ytterligere energi. Forbindelsen med ioner i krystallgitteret til metaller er ikke sterk, så elektroner forlater lett sine grenser. Elektroner beveger seg langs kraftlinjer og etterlater positivt ladede ioner.
konklusjoner
Kjemi legger stor vekt på studiet av materiens indre struktur. Typene av krystallgitter av forskjellige elementer bestemmer nesten hele spekteret av deres egenskaper. Ved å påvirke krystaller og endre deres indre struktur, er det mulig å forbedre de ønskede egenskapene til et stoff og fjerne uønskede og transformere kjemiske elementer. Dermed kan det å studere den indre strukturen til omverdenen bidra til å forstå essensen og prinsippene for universets struktur.
Som vi allerede vet, kan et stoff eksistere i tre aggregeringstilstander: gassformig, hard Og væske. Oksygen, som under normale forhold er i gassform, ved en temperatur på -194 ° C omdannes til en blåaktig væske, og ved en temperatur på -218,8 ° C blir det til en snølignende masse med blå krystaller.
Temperaturområdet for eksistensen av et stoff i fast tilstand bestemmes av koke- og smeltepunktene. Faste stoffer er krystallinsk Og amorf.
U amorfe stoffer det er ikke noe fast smeltepunkt - når de varmes opp, mykner de gradvis og blir til en flytende tilstand. I denne tilstanden finnes for eksempel forskjellige harpikser og plasticine.
Krystallinske stoffer De utmerker seg ved det vanlige arrangementet av partiklene som de består av: atomer, molekyler og ioner, på strengt definerte punkter i rommet. Når disse punktene er forbundet med rette linjer, skapes et romlig rammeverk, det kalles et krystallgitter. Punktene der krystallpartikler befinner seg kalles gitternoder.
Nodene i gitteret vi forestiller oss kan inneholde ioner, atomer og molekyler. Disse partiklene utfører oscillerende bevegelser. Når temperaturen øker, øker også rekkevidden av disse svingningene, noe som fører til termisk utvidelse av legemer.
Avhengig av typen partikler lokalisert ved nodene til krystallgitteret og arten av forbindelsen mellom dem, skilles fire typer krystallgitter ut: ionisk, atomisk, molekylær Og metall.
Ionisk Disse kalles krystallgitter der ioner befinner seg ved nodene. De dannes av stoffer med ioniske bindinger, som kan binde både enkle ioner Na+, Cl- og komplekse SO24-, OH-. Således har ioniske krystallgitter salter, noen oksider og hydroksyler av metaller, dvs. de stoffene der en ionisk kjemisk binding eksisterer. Tenk på en natriumkloridkrystall den består av positivt vekslende Na+ og negative CL-ioner, sammen danner de et kubeformet gitter. Bindingene mellom ioner i en slik krystall er ekstremt stabile. På grunn av dette har stoffer med et ionisk gitter relativt høy styrke og hardhet, de er ildfaste og ikke-flyktige.
Atomisk Krystallgitter er de krystallgittene hvis noder inneholder individuelle atomer. I slike gitter er atomer forbundet med hverandre med svært sterke kovalente bindinger. For eksempel er diamant en av de allotropiske modifikasjonene av karbon.
Stoffer med et atomisk krystallgitter er ikke veldig vanlige i naturen. Disse inkluderer krystallinsk bor, silisium og germanium, samt komplekse stoffer, for eksempel de som inneholder silisium (IV) oksid - SiO 2: silika, kvarts, sand, bergkrystall.
De aller fleste stoffer med et atomisk krystallgitter har svært høye smeltepunkter (for diamant overstiger det 3500 ° C), slike stoffer er sterke og harde, praktisk talt uløselige.
Molekylær Disse kalles krystallgitter der molekyler befinner seg ved nodene. Kjemiske bindinger i disse molekylene kan også være polare (HCl, H 2 0) eller ikke-polare (N 2, O 3). Og selv om atomene inne i molekylene er forbundet med veldig sterke kovalente bindinger, virker svake krefter av intermolekylær tiltrekning mellom molekylene selv. Det er derfor stoffer med molekylære krystallgitter er preget av lav hardhet, lavt smeltepunkt og flyktighet.
Eksempler på slike stoffer inkluderer fast vann - is, fast karbonmonoksid (IV) - "tørris", fast hydrogenklorid og hydrogensulfid, faste enkle stoffer dannet av en - (edelgasser), to - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), tre - (O 3), fire - (P 4), åtteatomære (S 8) molekyler. De aller fleste faste organiske forbindelser har molekylære krystallgitter (naftalen, glukose, sukker).
blog.site, når du kopierer materiale helt eller delvis, kreves en lenke til originalkilden.