Hemija je neverovatna nauka. Toliko nevjerovatnih stvari može se naći u naizgled običnim stvarima.

Sve materijalno što nas svuda okružuje postoji u nekoliko agregatnih stanja: gasovi, tečnosti i čvrste materije. Naučnici su identifikovali i 4. - plazmu. Na određenoj temperaturi, supstanca može preći iz jednog stanja u drugo. Na primjer, voda: kada se zagrije iznad 100, iz tečnog oblika prelazi u paru. Na temperaturama ispod 0, pretvara se u sljedeću agregatnu strukturu - led.

Čitav materijalni svijet sadrži masu identičnih čestica koje su međusobno povezane. Ovi najmanji elementi strogo su poređani u prostoru i čine takozvani prostorni okvir.

Definicija

Kristalna rešetka je posebna struktura čvrste tvari u kojoj čestice stoje u geometrijski strogom redu u prostoru. U njemu možete pronaći čvorove - mjesta gdje se nalaze elementi: atomi, joni i molekuli i internodalni prostor.

Čvrste materije, ovisno o rasponu visokih i niskih temperatura, su kristalni ili amorfni - karakterizira ih odsustvo određene točke topljenja. Kada su izloženi povišenim temperaturama, omekšaju i postepeno prelaze u tečni oblik. Ove vrste tvari uključuju: smolu, plastelin.

S tim u vezi, može se podijeliti u nekoliko tipova:

• atomski;
• jonski;
• molekularni;
• metal.

Ali na različitim temperaturama, jedna tvar može imati različite oblike i pokazati različita svojstva. Ovaj fenomen se naziva alotropska modifikacija.

Atomski tip

Kod ovog tipa čvorovi sadrže atome određene tvari koji su povezani kovalentnim vezama. Ovu vrstu veze formira par elektrona iz dva susjedna atoma. Zahvaljujući tome, povezani su ravnomjerno i po strogom redoslijedu.

Supstance sa atomskom kristalnom rešetkom karakterišu sledeća svojstva: čvrstoća i visoka tačka topljenja. Ova vrsta veze prisutna je u dijamantu, silicijumu i boru..

Jonski tip

Suprotno nabijeni ioni nalaze se na čvorovima koji stvaraju elektromagnetno polje koje karakterizira fizička svojstva tvari. To će uključivati: električnu provodljivost, vatrostalnost, gustinu i tvrdoću. Kuhinjska so i kalijum nitrat karakteriše prisustvo jonske kristalne rešetke.

Ne propustite: mehanizam edukacije, konkretni primjeri.

Molekularni tip

U čvorovima ovog tipa nalaze se joni međusobno povezani van der Waalsovim silama. Zbog slabih međumolekularnih veza, tvari poput leda, ugljičnog dioksida i parafina karakteriziraju plastičnost, električna i toplinska provodljivost.

Metalni tip

Njegova struktura podsjeća na molekularnu, ali ipak ima jače veze. Razlika između ovog tipa je u tome što njegovi čvorovi sadrže pozitivno nabijene katione. Elektroni koji se nalaze u međuprostoru prostora, učestvuju u formiranju električnog polja. Nazivaju se i električnim gasom.

Jednostavne metale i legure karakterizira tip metalne rešetke. Karakterizira ih prisustvo metalnog sjaja, plastičnost, toplinska i električna provodljivost. Mogu se topiti na različitim temperaturama.

Kao što već znamo, supstanca može postojati u tri agregatna stanja: gasoviti, teško I tečnost. Kiseonik, koji je u normalnim uslovima u gasovitom stanju, na temperaturi od -194°C pretvara se u plavkastu tečnost, a na temperaturi od -218,8°C pretvara se u snežnu masu sa plavim kristalima.

Temperaturni opseg za postojanje supstance u čvrstom stanju određen je tačkama ključanja i topljenja. Čvrste materije su kristalno I amorfan.

U amorfne supstance nema fiksne tačke topljenja - kada se zagreju, postepeno omekšaju i prelaze u tečno stanje. U tom se stanju, na primjer, nalaze razne smole i plastelin.

Kristalne supstance Odlikuju se pravilnim rasporedom čestica od kojih se sastoje: atoma, molekula i jona, na strogo određenim tačkama u prostoru. Kada su ove tačke povezane pravim linijama, stvara se prostorni okvir, koji se naziva kristalna rešetka. Tačke na kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se rešetkasti čvorovi.

Čvorovi rešetke koje zamišljamo mogu sadržavati ione, atome i molekule. Ove čestice vrše oscilatorna kretanja. Sa porastom temperature povećava se i opseg ovih oscilacija, što dovodi do toplinskog širenja tijela.

Ovisno o vrsti čestica koje se nalaze na čvorovima kristalne rešetke i prirodi veze između njih, razlikuju se četiri vrste kristalnih rešetki: jonski, atomski, molekularni I metal.

Jonski One se nazivaju kristalne rešetke u kojima se joni nalaze na čvorovima. Nastaju od tvari s jonskim vezama, koje mogu vezati i jednostavne ione Na+, Cl- i složene SO24-, OH-. Dakle, ionske kristalne rešetke imaju soli, neke okside i hidroksile metala, tj. one supstance u kojima postoji ionska hemijska veza. Zamislite kristal natrijum hlorida; sastoji se od pozitivno naizmeničnih Na+ i negativnih CL- jona, koji zajedno čine rešetku u obliku kocke. Veze između jona u takvom kristalu su izuzetno stabilne. Zbog toga, tvari s jonskom rešetkom imaju relativno veliku čvrstoću i tvrdoću, vatrostalne su i neisparljive.

Atomic Kristalne rešetke su one kristalne rešetke čiji čvorovi sadrže pojedinačne atome. U takvim rešetkama atomi su međusobno povezani vrlo jakim kovalentnim vezama. Na primjer, dijamant je jedna od alotropnih modifikacija ugljika.

Supstance sa atomskom kristalnom rešetkom nisu baš česte u prirodi. To uključuje kristalni bor, silicijum i germanijum, kao i složene supstance, na primer one koje sadrže silicijum (IV) oksid - SiO 2: silicijum dioksid, kvarc, pesak, gorski kristal.

Velika većina tvari s atomskom kristalnom rešetkom ima vrlo visoke tačke topljenja (za dijamant prelazi 3500 ° C), takve tvari su jake i tvrde, praktički netopive.

Molekularno One se nazivaju kristalne rešetke u kojima se molekuli nalaze na čvorovima. Hemijske veze u ovim molekulima također mogu biti polarne (HCl, H 2 0) ili nepolarne (N 2, O 3). I iako su atomi unutar molekula povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, slabe sile međumolekularne privlačnosti djeluju između samih molekula. Zbog toga se tvari s molekularnom kristalnom rešetkom odlikuju niskom tvrdoćom, niskom tačkom topljenja i hlapljivošću.

Primjeri takvih supstanci uključuju čvrstu vodu - led, čvrsti ugljični monoksid (IV) - "suhi led", čvrsti hlorovodonik i sumporovodik, čvrste jednostavne supstance formirane od jednog - (plemeniti gasovi), dva - (H 2, O 2, CL 2 , N 2 , I 2), tri - (O 3), četiri - (P 4), osmoatomske (S 8) molekule. Velika većina čvrstih organskih jedinjenja ima molekularne kristalne rešetke (naftalen, glukoza, šećer).

blog.site, pri kopiranju materijala u cijelosti ili djelimično, potrebna je veza do originalnog izvora.

Hajde da pričamo o čvrstim materijama. Čvrste tvari se mogu podijeliti u dvije velike grupe: amorfan I kristalno. Razdvojit ćemo ih po principu ima li reda ili ne.

IN amorfne supstance molekuli su raspoređeni nasumično. U njihovom prostornom rasporedu nema obrazaca. U suštini, amorfne supstance su veoma viskozne tečnosti, toliko viskozne da su čvrste.

Otuda i naziv: “a-” – negativna čestica, “morphe” – oblik. U amorfne materije spadaju: staklo, smole, vosak, parafin, sapun.

Nedostatak reda u rasporedu čestica određuje fizička svojstva amorfnih tijela: oni nemaju fiksne tačke topljenja. Kako se zagrijavaju, viskoznost im se postepeno smanjuje, a također postepeno prelaze u tekuće stanje.

Za razliku od amorfnih tvari, postoje kristalne tvari. Čestice kristalne supstance su prostorno uređene. Ova ispravna struktura prostornog rasporeda čestica u kristalnoj supstanci naziva se kristalna rešetka.

Za razliku od amorfnih tijela, kristalne supstance imaju fiksne tačke topljenja.

U zavisnosti od toga koje su čestice unutra rešetkasti čvorovi i koje veze ih drže zajedno razlikuju ih: molekularni, atomski, jonski I metal rešetke.

Zašto je suštinski važno znati kakvu kristalnu rešetku ima supstanca? Šta definiše? Sve. Struktura određuje kako hemijska i fizička svojstva supstance.

Najjednostavniji primjer: DNK. U svim organizmima na Zemlji, izgrađen je od istog skupa strukturnih komponenti: četiri vrste nukleotida. I kakva raznolikost života. Sve je to određeno strukturom: redoslijedom kojim su ovi nukleotidi raspoređeni.

Molekularna kristalna rešetka.

Tipičan primjer je voda u čvrstom stanju (led). Cijeli molekuli se nalaze na mjestima rešetke. I držite ih zajedno intermolekularne interakcije: vodonične veze, van der Waalsove sile.

Ove veze su slabe, pa je tako i molekularna rešetka najkrhkije, tačka topljenja takvih supstanci je niska.

Dobar dijagnostički znak: ako je supstanca u tečnom ili plinovitom stanju u normalnim uvjetima i/ili ima miris, onda najvjerovatnije ova tvar ima molekularnu kristalnu rešetku. Na kraju krajeva, tečno i plinovito stanje posljedica su činjenice da molekuli na površini kristala ne prianjaju dobro (veze su slabe). I oni su "odneseni". Ovo svojstvo se naziva volatilnost. A ispuhani molekuli, difundirajući u vazduhu, dospevaju do naših olfaktornih organa, što se subjektivno oseća kao miris.

Imaju molekularnu kristalnu rešetku:

1. Neke jednostavne supstance nemetala: I 2, P, S (tj. svi nemetali koji nemaju atomsku rešetku).
2. Gotovo sve organske supstance ( osim soli).
3. I kao što je ranije pomenuto, supstance u normalnim uslovima su tečne, ili gasovite (smrznute) i/ili bez mirisa (NH 3, O 2, H 2 O, kiseline, CO 2).

Atomska kristalna rešetka.

U čvorovima atomske kristalne rešetke, za razliku od molekularne, postoje pojedinačni atomi. Ispostavilo se da se rešetka drži zajedno kovalentnim vezama (na kraju krajeva, one su te koje vežu neutralne atome).

Klasičan primjer je standard čvrstoće i tvrdoće - dijamant (po svojoj kemijskoj prirodi to je jednostavna supstanca - ugljik). Kontakti: kovalentna nepolarna, budući da rešetku formiraju samo atomi ugljika.

Ali, na primjer, u kristalu kvarca (čija je kemijska formula SiO 2) postoje atomi Si i O. Dakle, veze kovalentna polarna.

Fizička svojstva tvari s atomskom kristalnom rešetkom:

1. snaga, tvrdoća
2. visoke tačke topljenja (vatrostalnost)
3. neisparljive supstance
4. nerastvorljiv (ni u vodi ni u drugim rastvaračima)

Sva ova svojstva su posljedica snage kovalentnih veza.

Malo je supstanci u atomskoj kristalnoj rešetki. Ne postoji poseban obrazac, pa ih samo trebate zapamtiti:

1. Alotropske modifikacije ugljika (C): dijamant, grafit.
2. Bor (B), silicijum (Si), germanijum (Ge).
3. Samo dvije alotropske modifikacije fosfora imaju atomsku kristalnu rešetku: crveni fosfor i crni fosfor. (bijeli fosfor ima molekularnu kristalnu rešetku).
4. SiC – karborund (silicijum karbid).
5. BN – bor nitrid.
6. Silicijum, gorski kristal, kvarc, rečni pesak - sve ove supstance imaju sastav SiO 2.
7. Korund, rubin, safir - ove supstance imaju sastav Al 2 O 3.

Sigurno se postavlja pitanje: C je i dijamant i grafit. Ali oni su potpuno različiti: grafit je neproziran, mrlja i provodi struju, dok je dijamant proziran, ne mrlje i ne provodi električnu energiju. Razlikuju se po strukturi.

Obje su atomske rešetke, ali različite. Stoga su svojstva različita.

Jonska kristalna rešetka.

Klasičan primjer: kuhinjska sol: NaCl. Na rešetkastim čvorovima postoje pojedinačni joni: Na + i Cl – . Rešetka se drži na mjestu elektrostatičkim silama privlačenja između jona („plus“ se privlači na „minus“), tj. jonska veza.

Ionske kristalne rešetke su prilično jake, ali krhke; temperature topljenja takvih supstanci su prilično visoke (više od metalnih rešetki, ali niže od onih tvari s atomskom rešetkom). Mnogi su rastvorljivi u vodi.

U pravilu, nema problema s određivanjem ionske kristalne rešetke: gdje postoji ionska veza, postoji ionska kristalna rešetka. Ovo: sve soli, metalni oksidi, alkalije(i drugi bazični hidroksidi).

Metalna kristalna rešetka.

Prodaje se metalna rešetka jednostavne supstance metali. Ranije smo rekli da se sav sjaj metalne veze može shvatiti samo u sprezi sa metalnom kristalnom rešetkom. Došao je čas.

Glavno svojstvo metala: elektroni uključeni spoljni energetski nivo Slabo se drže, pa se lako daju. Izgubivši elektron, metal se pretvara u pozitivno nabijeni ion - kation:

Na 0 – 1e → Na +

U metalnoj kristalnoj rešetki konstantno se dešavaju procesi oslobađanja i dobijanja elektrona: elektron je otkinut od atoma metala na jednom mestu rešetke. Formira se kation. Odvojeni elektron privlači drugi kation (ili isti): ponovo se formira neutralni atom.

Čvorovi metalne kristalne rešetke sadrže i neutralne atome i metalne katione. A slobodni elektroni putuju između čvorova:

Ovi slobodni elektroni se nazivaju elektronski gas. Oni određuju fizička svojstva jednostavnih metalnih supstanci:

1. toplotnu i električnu provodljivost
2. metalni sjaj
3. savitljivost, duktilnost

Ovo je metalna veza: kationi metala privlače neutralni atomi, a slobodni elektroni sve to "lijepe".

Kako odrediti vrstu kristalne rešetke.

P.S. Ima nešto u školskom programu i programu Jedinstvenog državnog ispita na ovu temu sa čime se ne slažemo u potpunosti. Naime: generalizacija da je svaka veza metal-nemetal jonska veza. Ova pretpostavka je namerno napravljena, očigledno da bi se pojednostavio program. Ali to dovodi do izobličenja. Granica između jonske i kovalentne veze je proizvoljna. Svaka veza ima svoj postotak “joničnosti” i “kovalentnosti”. Veza sa nisko aktivnim metalom ima mali postotak "joničnosti", više je kao kovalentna. Ali prema programu Jedinstvenog državnog ispita, on je "zaokružen" prema ionskom. To dovodi do ponekad apsurdnih stvari. Na primjer, Al 2 O 3 je tvar s atomskom kristalnom rešetkom. O kakvoj joničnosti je ovde reč? Samo kovalentna veza može držati atome zajedno na ovaj način. Ali prema standardu metal-nemetal, ovu vezu klasifikujemo kao ionsku. I dobijamo kontradikciju: rešetka je atomska, ali veza je jonska. To je ono do čega vodi preterano pojednostavljivanje.

Većina čvrstih materija ima kristalnu strukturu. Kristalna ćelija izgrađen od ponavljajućih identičnih strukturnih jedinica, pojedinačnih za svaki kristal. Ova strukturna jedinica naziva se "jedinična ćelija". Drugim riječima, kristalna rešetka služi kao odraz prostorne strukture čvrstog tijela.

Kristalne rešetke se mogu klasificirati na različite načine.

I. Prema simetriji kristala rešetke se dijele na kubične, tetragonalne, rombične, heksagonalne.

Ova klasifikacija je pogodna za procjenu optičkih svojstava kristala, kao i njihove katalitičke aktivnosti.

II. Po prirodi čestica, koji se nalazi na čvorovima rešetke i po vrsti hemijske veze postoji razlika između njih atomske, molekularne, jonske i metalne kristalne rešetke. Vrsta veze u kristalu određuje razliku u tvrdoći, rastvorljivosti u vodi, toploti rastvora i toploti fuzije, i električnoj provodljivosti.

Važna karakteristika kristala je energija kristalne rešetke, kJ/mol – energija koja se mora potrošiti da bi se uništio dati kristal.

Molekularna rešetka

Molekularni kristali sastoje se od molekula koje se drže na određenim pozicijama kristalne rešetke slabim intermolekularnim vezama (van der Waalsove sile) ili vodikovim vezama. Ove rešetke su karakteristične za supstance sa kovalentnim vezama.

Postoji mnogo supstanci sa molekularnom rešetkom. To su veliki broj organskih jedinjenja (šećer, naftalin itd.), kristalna voda (led), čvrsti ugljen dioksid („suhi led“), čvrsti vodonik halogenidi, jod, čvrsti gasovi, uključujući i plemenite,

Energija kristalne rešetke je minimalna za supstance sa nepolarnim i niskopolarnim molekulima (CH 4, CO 2 itd.).

Rešetke formirane od polarnijih molekula također imaju višu energiju kristalne rešetke. Rešetke sa supstancama koje formiraju vodonične veze (H 2 O, NH 3) imaju najveću energiju.

Zbog slabe interakcije između molekula, ove tvari su hlapljive, topljive, imaju malu tvrdoću, ne provode električnu struju (dielektrike) i imaju nisku toplinsku provodljivost.

Atomska rešetka

U čvorovima atomska kristalna rešetka postoje atomi jednog ili različitih elemenata međusobno povezani kovalentnim vezama duž sve tri ose. Takve kristali koji se takođe nazivaju kovalentna, relativno su malobrojni.

Primeri kristala ovog tipa uključuju dijamant, silicijum, germanijum, kalaj, kao i kristale složenih supstanci kao što su bor nitrid, aluminijum nitrid, kvarc i silicijum karbid. Sve ove supstance imaju rešetku nalik dijamantu.

Energija kristalne rešetke u takvim supstancama se praktično poklapa sa energijom hemijske veze (200 – 500 kJ/mol). Ovo određuje njihova fizička svojstva: visoka tvrdoća, tačka topljenja i tačka ključanja.

Električna provodljiva svojstva ovih kristala su različita: dijamant, kvarc, bor nitrid su dielektrici; silicijum, germanijum – poluprovodnici; Metalik sivi lim dobro provodi struju.

U kristalima s atomskom kristalnom rešetkom nemoguće je razlikovati zasebnu strukturnu jedinicu. Cijeli monokristal je jedan džinovski molekul.

Jonska rešetka

U čvorovima jonska rešetka izmjenjuju se pozitivni i negativni ioni, između kojih djeluju elektrostatičke sile. Jonski kristali formiraju jedinjenja sa jonskim vezama, na primer, natrijum hlorid NaCl, kalijum fluorid i KF, itd. Jonska jedinjenja mogu takođe uključivati ​​kompleksne jone, na primer, NO 3 -, SO 4 2 -.

Jonski kristali su također gigantski molekuli u kojima je svaki ion značajno pod utjecajem svih ostalih jona.

Energija ionske kristalne rešetke može dostići značajne vrijednosti. Dakle, E (NaCl) = 770 kJ/mol, a E (BeO) = 4530 kJ/mol.

Jonski kristali imaju visoke tačke topljenja i ključanja i veliku čvrstoću, ali su krhki. Mnogi od njih slabo provode struju na sobnoj temperaturi (oko dvadeset redova veličine niže od metala), ali s povećanjem temperature uočava se povećanje električne provodljivosti.

Metalna rešetka

Metalni kristali dati primjere najjednostavnijih kristalnih struktura.

Metalni joni u rešetki metalnog kristala mogu se približno posmatrati u obliku sfera. U čvrstim metalima, ove kuglice su upakovane maksimalnom gustinom, na šta ukazuje i značajna gustina većine metala (od 0,97 g/cm 3 za natrijum, 8,92 g/cm 3 za bakar do 19,30 g/cm 3 za volfram i zlato). Najgušće pakovanje loptica u jednom sloju je heksagonalno pakovanje, u kojem je svaka kuglica okružena sa šest drugih loptica (u istoj ravni). Centri bilo koje tri susjedne lopte čine jednakostranični trokut.

Svojstva metala kao što su visoka duktilnost i savitljivost ukazuju na nedostatak krutosti u metalnim rešetkama: njihove se ravni prilično lako pomiču jedna u odnosu na drugu.

Valentni elektroni učestvuju u formiranju veza sa svim atomima i slobodno se kreću po čitavom volumenu komada metala. Na to ukazuju visoke vrijednosti električne provodljivosti i toplinske provodljivosti.

U smislu energije kristalne rešetke, metali zauzimaju srednju poziciju između molekularnih i kovalentnih kristala. Energija kristalne rešetke je:

Dakle, fizička svojstva čvrstih tijela značajno zavise od vrste kemijske veze i strukture.

Struktura i svojstva čvrstih materija

(Sve definicije, formule, grafikoni i jednadžbe reakcija su date u zapisniku.)

Čvrsti kristali se mogu zamisliti kao trodimenzionalne strukture u kojima se ista struktura jasno ponavlja u svim smjerovima. Geometrijski ispravan oblik kristala je zbog njihove strogo pravilne unutrašnje strukture. Ako su centri privlačenja jona ili molekula u kristalu prikazani kao tačke, tada dobijamo trodimenzionalnu pravilnu raspodelu takvih tačaka, koja se naziva kristalna rešetka, a same tačke su čvorovi kristalne rešetke. Specifičan vanjski oblik kristala posljedica je njihove unutrašnje strukture, koja je vezana specifično za kristalnu rešetku.

Kristalna rešetka je zamišljena geometrijska slika za analizu strukture kristala, koja je volumetrijsko-prostorna mrežasta struktura u čijim se čvorovima nalaze atomi, ioni ili molekuli tvari.

Za karakterizaciju kristalne rešetke koriste se sljedeći parametri:

1. kristalna rešetka E cr [KJ/mol] je energija koja se oslobađa prilikom formiranja 1 mola kristala od mikročestica (atoma, molekula, jona) koje su u gasovitom stanju i međusobno su odvojene na takvoj udaljenosti da postoji mogućnost njihovog nastanka. interakcija je isključena.
2. Konstanta rešetke d je najmanja udaljenost između centara dviju čestica na susjednim mjestima kristalne rešetke povezanih pomoću .
3. Koordinacioni broj- broj obližnjih čestica koje okružuju centralnu česticu u prostoru i kombinuju se s njom putem hemijske veze.

Osnova kristalne rešetke je jedinična ćelija, koja se u kristalu ponavlja beskonačan broj puta.

Jedinična ćelija je najmanja strukturna jedinica kristalne rešetke, koja pokazuje sva svojstva svoje simetrije.

Jednostavno rečeno, jedinična ćelija se može definirati kao mali dio kristalne rešetke, koji još uvijek otkriva karakteristične karakteristike svojih kristala. Karakteristike jedinične ćelije su opisane pomoću tri Brevetova pravila:

• simetrija jedinične ćelije mora odgovarati simetriji kristalne rešetke;
• jedinična ćelija mora imati maksimalan broj identičnih ivica A,b, With i jednakih uglova između njih a, b, g. ;
• pod uslovom da su ispunjena prva dva pravila, jedinična ćelija mora zauzimati minimalni volumen.

Za opisivanje oblika kristala koristi se sistem od tri kristalografske ose a, b, c, koje se razlikuju od običnih koordinatnih osa po tome što su segmenti određene dužine, a uglovi između kojih a, b, g mogu biti ravni ili indirektni.

Model kristalne strukture: a) kristalna rešetka sa istaknutom jediničnom ćelijom; b) jedinična ćelija sa oznakama uglova faseta

Oblik kristala proučava nauka geometrijske kristalografije, čija je jedna od glavnih odredbi zakon konstantnosti uglova faseta: za sve kristale date supstance, uglovi između odgovarajućih lica uvijek ostaju isti.

Ako uzmete veliki broj elementarnih ćelija i ispunite određeni volumen s njima čvrsto jedna uz drugu, održavajući paralelizam lica i rubova, tada se formira jedan kristal idealne strukture. Ali u praksi najčešće postoje polikristali u kojima pravilne strukture postoje u određenim granicama, duž kojih se orijentacija pravilnosti naglo mijenja.

U zavisnosti od odnosa dužina ivica a, b, c i uglova a, b, g između strana jedinične ćelije, razlikuje se sedam sistema - takozvanih kristalnih singonija. Međutim, elementarna ćelija se može konstruirati i na način da ima dodatne čvorove koji se nalaze unutar njenog volumena ili na svim njenim stranama - takve rešetke se nazivaju centriranom na tijelo, odnosno licem. Ako su dodatni čvorovi samo na dvije suprotne strane (gornja i donja), onda je to rešetka centrirana na osnovu. Uzimajući u obzir mogućnost dodatnih čvorova, postoji ukupno 14 vrsta kristalnih rešetki.

Vanjski oblik i karakteristike unutrašnje strukture kristala određeni su principom gustog "pakiranja": najstabilnija, a samim tim i najvjerovatnija struktura će biti ona koja odgovara najgušćem rasporedu čestica u kristalu iu koji ostaje najmanji slobodni prostor.

Vrste kristalnih rešetki

U zavisnosti od prirode čestica sadržanih u čvorovima kristalne rešetke, kao i od prirode hemijskih veza između njih, postoje četiri glavna tipa kristalnih rešetki.

Jonske rešetke

Jonske rešetke su konstruirane od različitih jona koji se nalaze na mjestima rešetke i povezani su silama elektrostatičke privlačnosti. Stoga bi struktura ionske kristalne rešetke trebala osigurati njenu električnu neutralnost. Joni mogu biti jednostavni (Na +, Cl -) ili složeni (NH 4 +, NO 3 -). Zbog nezasićenosti i neusmjerenosti ionskih veza, ionski kristali se odlikuju velikim koordinacijskim brojevima. Dakle, u kristalima NaCl, koordinacijski brojevi Na + i Cl - jona su 6, a Cs + i Cl - joni u kristalu CsCl su 8, jer je jedan Cs + ion okružen sa osam Cl - jona, a svaki Cl - ion je okružen sa osam Cs jona, redom. Jonske kristalne rešetke formiraju se od velikog broja soli, oksida i baza.

Tvari s ionskim kristalnim rešetkama imaju relativno visoku tvrdoću, prilično su vatrostalne i neisparljive. Nasuprot tome, ionska jedinjenja su vrlo krhka, pa čak i mali pomak u kristalnoj rešetki približava slično nabijene ione jedni drugima, odbijanje između kojih dovodi do pucanja ionskih veza i, kao posljedica toga, do pojave pukotina. u kristalu ili do njegovog uništenja. U čvrstom stanju, tvari s ionskom kristalnom rešetkom su dielektrici i ne provode električnu struju. Međutim, pri topljenju ili otapanju u polarnim rastvaračima poremećena je geometrijski ispravna orijentacija jona jedan u odnosu na druge, hemijske veze se prvo slabe, a zatim razaraju, a samim tim se menjaju i svojstva. Kao posljedica toga, i taline ionskih kristala i njihove otopine počinju provoditi električnu struju.

Atomske rešetke

Ove rešetke su izgrađene od atoma povezanih jedan s drugim. Oni su, pak, podijeljeni u tri tipa: okvirne, slojevite i lančane strukture.

Struktura okvira ima, na primjer, dijamant - jednu od najtvrđih tvari. Zahvaljujući sp 3 hibridizaciji atoma ugljika, izgrađena je trodimenzionalna rešetka, koja se sastoji isključivo od atoma ugljika povezanih kovalentnim nepolarnim vezama, čije se osi nalaze pod istim uglovima veze (109,5 o).

Slojevite strukture mogu se smatrati ogromnim dvodimenzionalnim molekulima. Slojevite strukture karakteriziraju kovalentne veze unutar svakog sloja i slabe van der Waalsove interakcije između susjednih slojeva.

Klasičan primjer tvari sa slojevitom strukturom je grafit, u kojem je svaki atom ugljika u stanju sp 2 hibridizacije i formira tri kovalentne s-veze sa tri druga C atoma u jednoj ravni. Četvrti valentni elektroni svakog atoma ugljika su nehibridizirani, zbog čega su van der Waalsove veze između slojeva vrlo slabe. Stoga, kada se primijeni čak i mala sila, pojedinačni slojevi lako počinju kliziti jedan duž drugog. Ovo objašnjava, na primjer, sposobnost grafita da piše. Za razliku od dijamanta, grafit dobro provodi električnu energiju: pod utjecajem električnog polja, nelokalizirani elektroni mogu se kretati duž ravnine slojeva, i obrnuto, grafit gotovo ne provodi električnu struju u okomitom smjeru.

Lančane strukture karakterističan za, na primjer, sumpor oksid (SO 3) n, cinober HgS, berilijum hlorid BeCl 2, kao i mnoge amorfne polimere i neke silikatne materijale kao što je azbest.

Postoji relativno malo supstanci sa atomskom strukturom kristalnih rešetki. To su, u pravilu, jednostavne tvari koje čine elementi IIIA i IVA podgrupa (Si, Ge, B, C). Često, spojevi dva različita nemetala imaju atomske rešetke, na primjer, neki polimorfi kvarca (silicijum oksid SiO 2) i karborunda (silicijum karbid SiC).

Sve atomske kristale odlikuju visoka čvrstoća, tvrdoća, vatrostalnost i netopivost u gotovo svakom otapalu. Ova svojstva su posljedica snage kovalentne veze. Supstance s atomskom kristalnom rešetkom imaju širok raspon električne provodljivosti od izolatora i poluvodiča do elektronskih vodiča.

Metalne rešetke

Ove kristalne rešetke sadrže atome metala i ione u svojim čvorovima, između kojih se elektroni (elektronski plin) koji su svima njima zajednički slobodno kreću i formiraju metalnu vezu. Posebnost metalnih kristalnih rešetki je njihov veliki koordinacioni brojevi (8-12), koji ukazuju na značajnu gustinu pakovanja atoma metala. To se objašnjava činjenicom da se "jezgra" atoma, bez vanjskih elektrona, nalaze u prostoru poput kuglica istog polumjera. Za metale se najčešće nalaze tri vrste kristalnih rešetki: kubične sa centriranjem lica sa koordinacionim brojem 12, kubne sa centrima u telu sa koordinacionim brojem 8 i heksagonalne, usko zbijene sa koordinacionim brojem 12.

Posebne karakteristike metalnih veza i metalnih rešetki određuju tako važna svojstva metala kao što su visoke tačke topljenja, električna i toplotna provodljivost, savitljivost, duktilnost i tvrdoća.

Molekularne rešetke

Molekularne kristalne rešetke sadrže molekule na svojim čvorovima koji su međusobno povezani slabim intermolekularnim silama - van der Waalsovim ili vodikovim vezama. Na primjer, led se sastoji od molekula vode koji se drže u kristalnoj rešetki vodoničnim vezama. Isti tip uključuje kristalne rešetke mnogih supstanci prebačenih u čvrsto stanje, na primer: jednostavne supstance H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, halogeni (F 2, Cl 2, Br 2, I 2), “suhi led” CO 2, svi plemeniti gasovi i većina organskih jedinjenja.

Pošto su sile međumolekularne interakcije slabije od sila kovalentnih ili metalnih veza, molekularni kristali imaju malu tvrdoću; Oni su topljivi i isparljivi, nerastvorljivi u i ne pokazuju električnu provodljivost.