रसायन विज्ञान एक अद्भुत विज्ञान है। बहुत सी अविश्वसनीय चीज़ें साधारण दिखने वाली चीज़ों में भी पाई जा सकती हैं।

हमें चारों ओर से घेरने वाली प्रत्येक सामग्री एकत्रीकरण की कई अवस्थाओं में मौजूद है: गैसें, तरल पदार्थ और ठोस। वैज्ञानिकों ने चौथे - प्लाज्मा की भी पहचान कर ली है। एक निश्चित तापमान पर कोई पदार्थ एक अवस्था से दूसरी अवस्था में बदल सकता है। उदाहरण के लिए, पानी: जब 100 से ऊपर गर्म किया जाता है, तो यह तरल रूप से भाप में बदल जाता है। 0 से नीचे के तापमान पर, यह अगली समग्र संरचना - बर्फ में बदल जाती है।

संपूर्ण भौतिक संसार में समान कणों का एक समूह शामिल है जो एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। ये सबसे छोटे तत्व अंतरिक्ष में सख्ती से पंक्तिबद्ध होते हैं और तथाकथित स्थानिक फ्रेम बनाते हैं।

परिभाषा

क्रिस्टल जाली एक ठोस पदार्थ की एक विशेष संरचना है जिसमें कण अंतरिक्ष में ज्यामितीय रूप से सख्त क्रम में खड़े होते हैं। इसमें आप नोड्स पा सकते हैं - वे स्थान जहां तत्व स्थित हैं: परमाणु, आयन और अणु और इंटरनोडल स्पेस।

एसएनएफ, उच्च और निम्न तापमान की सीमा के आधार पर, क्रिस्टलीय या अनाकार होते हैं - उन्हें एक निश्चित पिघलने बिंदु की अनुपस्थिति की विशेषता होती है। ऊंचे तापमान के संपर्क में आने पर, वे नरम हो जाते हैं और धीरे-धीरे तरल रूप में बदल जाते हैं। इस प्रकार के पदार्थों में शामिल हैं: राल, प्लास्टिसिन।

इस संबंध में, इसे कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

• परमाणु;
• आयनिक;
• आणविक;
• धातु।

लेकिन अलग-अलग तापमान पर, एक पदार्थ के अलग-अलग रूप हो सकते हैं और विभिन्न गुण प्रदर्शित हो सकते हैं। इस घटना को एलोट्रोपिक संशोधन कहा जाता है।

परमाणु प्रकार

इस प्रकार में, नोड्स में एक विशेष पदार्थ के परमाणु होते हैं जो सहसंयोजक बंधों से जुड़े होते हैं। इस प्रकार का बंधन दो पड़ोसी परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा बनता है। इसके कारण, वे समान रूप से और सख्त क्रम में जुड़े हुए हैं।

परमाणु क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों की विशेषता निम्नलिखित गुणों से होती है: शक्ति और उच्च गलनांक। इस प्रकार का बंधन हीरा, सिलिकॉन और बोरॉन में मौजूद होता है।.

आयनिक प्रकार

विपरीत रूप से आवेशित आयन नोड्स पर स्थित होते हैं जो एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाते हैं जो किसी पदार्थ के भौतिक गुणों की विशेषता बताते हैं। इनमें शामिल होंगे: विद्युत चालकता, अपवर्तकता, घनत्व और कठोरता। टेबल नमक और पोटेशियम नाइट्रेट की विशेषता एक आयनिक क्रिस्टल जाली की उपस्थिति है।

न चूकें: शिक्षा का तंत्र, विशिष्ट उदाहरण।

आणविक प्रकार

इस प्रकार के नोड्स में वैन डेर वाल्स बलों द्वारा एक दूसरे से जुड़े आयन होते हैं। कमजोर अंतर-आणविक बंधनों के कारण, बर्फ, कार्बन डाइऑक्साइड और पैराफिन जैसे पदार्थों में प्लास्टिसिटी, विद्युत और तापीय चालकता की विशेषता होती है।

धातु का प्रकार

इसकी संरचना आणविक जैसी होती है, लेकिन इसमें अभी भी मजबूत बंधन हैं। इस प्रकार के बीच अंतर यह है कि इसके नोड्स में धनावेशित धनायन होते हैं। इलेक्ट्रॉन जो अंतरालीय स्थान में हैंअंतरिक्ष, विद्युत क्षेत्र के निर्माण में भाग लेते हैं। इन्हें विद्युत गैस भी कहा जाता है।

सरल धातुओं और मिश्र धातुओं की विशेषता धातु जाली प्रकार से होती है। उन्हें धात्विक चमक, प्लास्टिसिटी, तापीय और विद्युत चालकता की उपस्थिति की विशेषता है। वे अलग-अलग तापमान पर पिघल सकते हैं।

जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, कोई पदार्थ एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है: गैसीय, मुश्किलऔर तरल. ऑक्सीजन, जो सामान्य परिस्थितियों में गैसीय अवस्था में होती है, -194 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नीले तरल में बदल जाती है, और -218.8 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नीले क्रिस्टल के साथ बर्फ जैसे द्रव्यमान में बदल जाती है।

ठोस अवस्था में किसी पदार्थ के अस्तित्व के लिए तापमान सीमा क्वथनांक और पिघलने बिंदु से निर्धारित होती है। ठोस हैं क्रिस्टलीयऔर बेढब.

यू अनाकार पदार्थइनका कोई निश्चित गलनांक नहीं होता - गर्म करने पर ये धीरे-धीरे नरम हो जाते हैं और तरल अवस्था में बदल जाते हैं। इस अवस्था में, उदाहरण के लिए, विभिन्न रेजिन और प्लास्टिसिन पाए जाते हैं।

क्रिस्टलीय पदार्थवे उन कणों की नियमित व्यवस्था से भिन्न होते हैं जिनसे वे बने होते हैं: परमाणु, अणु और आयन, अंतरिक्ष में कड़ाई से परिभाषित बिंदुओं पर। जब ये बिंदु सीधी रेखाओं से जुड़े होते हैं, तो एक स्थानिक ढाँचा बनता है, इसे क्रिस्टल जाली कहा जाता है। वे बिंदु जिन पर क्रिस्टल कण स्थित होते हैं, कहलाते हैं जाली नोड्स.

जाली के जिन नोड्स की हम कल्पना करते हैं उनमें आयन, परमाणु और अणु हो सकते हैं। ये कण दोलनशील गतियाँ करते हैं। जब तापमान बढ़ता है, तो इन दोलनों की सीमा भी बढ़ जाती है, जिससे पिंडों का तापीय विस्तार होता है।

क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित कणों के प्रकार और उनके बीच संबंध की प्रकृति के आधार पर, चार प्रकार के क्रिस्टल जाली प्रतिष्ठित हैं: ईओण का, परमाणु, मोलेकुलरऔर धातु.

ईओण काइन्हें क्रिस्टल लैटिस कहा जाता है जिनमें आयन नोड्स पर स्थित होते हैं। वे आयनिक बंधन वाले पदार्थों से बनते हैं, जो सरल आयनों Na+, Cl- और जटिल SO24-, OH- दोनों को बांध सकते हैं। इस प्रकार, आयनिक क्रिस्टल लैटिस में धातुओं के लवण, कुछ ऑक्साइड और हाइड्रॉक्सिल होते हैं, अर्थात। वे पदार्थ जिनमें आयनिक रासायनिक बंधन मौजूद होता है। सोडियम क्लोराइड क्रिस्टल पर विचार करें; इसमें सकारात्मक रूप से वैकल्पिक Na+ और नकारात्मक CL-आयन होते हैं, साथ में वे एक घन-आकार की जाली बनाते हैं। ऐसे क्रिस्टल में आयनों के बीच के बंधन बेहद स्थिर होते हैं। इस वजह से, आयनिक जाली वाले पदार्थों में अपेक्षाकृत उच्च शक्ति और कठोरता होती है; वे दुर्दम्य और गैर-वाष्पशील होते हैं।

परमाणुक्रिस्टल जाली वे क्रिस्टल जाली हैं जिनके नोड्स में अलग-अलग परमाणु होते हैं। ऐसी जाली में, परमाणु बहुत मजबूत सहसंयोजक बंधों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, हीरा कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधनों में से एक है।

परमाणु क्रिस्टल जाली वाले पदार्थ प्रकृति में बहुत आम नहीं हैं। इनमें क्रिस्टलीय बोरान, सिलिकॉन और जर्मेनियम, साथ ही जटिल पदार्थ शामिल हैं, उदाहरण के लिए सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड - SiO 2: सिलिका, क्वार्ट्ज, रेत, रॉक क्रिस्टल।

परमाणु क्रिस्टल जाली वाले अधिकांश पदार्थों में बहुत अधिक पिघलने बिंदु होते हैं (हीरे के लिए यह 3500 डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है), ऐसे पदार्थ मजबूत और कठोर होते हैं, व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होते हैं।

मोलेकुलरइन्हें क्रिस्टल लैटिस कहा जाता है जिसमें अणु नोड्स पर स्थित होते हैं। इन अणुओं में रासायनिक बंधन ध्रुवीय (एचसीएल, एच 2 0) या गैर-ध्रुवीय (एन 2, ओ 3) भी हो सकते हैं। और यद्यपि अणुओं के अंदर के परमाणु बहुत मजबूत सहसंयोजक बंधनों से जुड़े होते हैं, अणुओं के बीच अंतर-आणविक आकर्षण के कमजोर बल कार्य करते हैं। इसीलिए आणविक क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों में कम कठोरता, कम गलनांक और अस्थिरता होती है।

ऐसे पदार्थों के उदाहरणों में ठोस पानी - बर्फ, ठोस कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) - "सूखी बर्फ", ठोस हाइड्रोजन क्लोराइड और हाइड्रोजन सल्फाइड, एक से बनने वाले ठोस सरल पदार्थ - (उत्कृष्ट गैसें), दो - (H 2, O 2) शामिल हैं। सीएल 2 , एन 2 , आई 2), तीन - (ओ 3), चार - (पी 4), आठ-परमाणु (एस 8) अणु। अधिकांश ठोस कार्बनिक यौगिकों में आणविक क्रिस्टल जाली (नेफ़थलीन, ग्लूकोज, चीनी) होती है।

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चलिए ठोस पदार्थों के बारे में बात करते हैं। ठोसों को दो बड़े समूहों में विभाजित किया जा सकता है: बेढबऔर क्रिस्टलीय. हम उन्हें इस सिद्धांत के अनुसार अलग करेंगे कि व्यवस्था है या नहीं।

में अनाकार पदार्थअणुओं को यादृच्छिक रूप से व्यवस्थित किया जाता है। उनकी स्थानिक व्यवस्था में कोई पैटर्न नहीं हैं। मूलतः, अनाकार पदार्थ बहुत चिपचिपे तरल पदार्थ होते हैं, इतने चिपचिपे कि वे ठोस होते हैं।

इसलिए नाम: "ए-" - नकारात्मक कण, "मोर्फे" - रूप। अनाकार पदार्थों में शामिल हैं: कांच, रेजिन, मोम, पैराफिन, साबुन।

कणों की व्यवस्था में क्रम की कमी अनाकार निकायों के भौतिक गुणों को निर्धारित करती है: वे निश्चित गलनांक नहीं होते. जैसे-जैसे वे गर्म होते हैं, उनकी चिपचिपाहट धीरे-धीरे कम होती जाती है और वे धीरे-धीरे तरल अवस्था में भी बदल जाते हैं।

अनाकार पदार्थों के विपरीत, क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं। क्रिस्टलीय पदार्थ के कण स्थानिक रूप से क्रमबद्ध होते हैं। क्रिस्टलीय पदार्थ में कणों की स्थानिक व्यवस्था की यह सही संरचना कहलाती है क्रिस्टल लैटिस.

अनाकार निकायों के विपरीत, क्रिस्टलीय पदार्थनिश्चित गलनांक होते हैं।

यह इस बात पर निर्भर करता है कि कौन से कण अंदर हैं जाली नोड्स, और कौन से कनेक्शन उन्हें एक साथ रखते हैं जो उन्हें अलग करते हैं: मोलेकुलर, परमाणु, ईओण काऔर धातुझंझरी

यह जानना मौलिक रूप से क्यों महत्वपूर्ण है कि किसी पदार्थ में किस प्रकार की क्रिस्टल जाली होती है? यह क्या परिभाषित करता है? सभी। संरचना यह निर्धारित करती है कि कैसे किसी पदार्थ के रासायनिक और भौतिक गुण.

सबसे सरल उदाहरण: डीएनए. पृथ्वी पर सभी जीवों में, यह संरचनात्मक घटकों के एक ही सेट से निर्मित होता है: चार प्रकार के न्यूक्लियोटाइड। और जीवन की कितनी विविधता है. यह सब संरचना द्वारा निर्धारित होता है: वह क्रम जिसमें ये न्यूक्लियोटाइड व्यवस्थित होते हैं।

आणविक क्रिस्टल जाली.

एक विशिष्ट उदाहरण ठोस अवस्था (बर्फ) में पानी है। संपूर्ण अणु जालक स्थलों पर स्थित होते हैं। और उन्हें एक साथ रखें अंतरआण्विक अंतःक्रिया: हाइड्रोजन बांड, वैन डेर वाल्स बल।

ये बंधन कमजोर हैं, इसलिए आणविक जाली है सबसे नाजुक, ऐसे पदार्थों का गलनांक कम होता है।

एक अच्छा निदान संकेत: यदि किसी पदार्थ में सामान्य परिस्थितियों में तरल या गैसीय अवस्था होती है और/या गंध होती है, तो सबसे अधिक संभावना है कि इस पदार्थ में आणविक क्रिस्टल जाली है। आख़िरकार, तरल और गैसीय अवस्थाएँ इस तथ्य का परिणाम हैं कि क्रिस्टल की सतह पर अणु अच्छी तरह से चिपकते नहीं हैं (बंध कमजोर होते हैं)। और वे "उड़ गये" हैं। इस गुण को अस्थिरता कहा जाता है। और हवा में फैलते हुए फूले हुए अणु हमारे घ्राण अंगों तक पहुंचते हैं, जिन्हें व्यक्तिपरक रूप से गंध के रूप में महसूस किया जाता है।

उनके पास एक आणविक क्रिस्टल जाली है:

1. अधातुओं के कुछ सरल पदार्थ: I 2, P, S (अर्थात् वे सभी अधातुएँ जिनमें परमाणु जालक नहीं होता)।
2. लगभग सभी कार्बनिक पदार्थ ( लवण को छोड़कर).
3. और जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, सामान्य परिस्थितियों में पदार्थ तरल, या गैसीय (जमे हुए) और/या गंधहीन (एनएच 3, ओ 2, एच 2 ओ, एसिड, सीओ 2) होते हैं।

परमाणु क्रिस्टल जाली.

परमाणु क्रिस्टल जाली के नोड्स में, आणविक के विपरीत, होते हैं व्यक्तिगत परमाणु. यह पता चला है कि जाली सहसंयोजक बंधनों द्वारा एक साथ रखी जाती है (आखिरकार, वे वही हैं जो तटस्थ परमाणुओं को बांधते हैं)।

एक उत्कृष्ट उदाहरण शक्ति और कठोरता का मानक है - हीरा (अपनी रासायनिक प्रकृति से यह एक साधारण पदार्थ है - कार्बन)। संपर्क: सहसंयोजक गैरध्रुवीय, चूँकि जाली का निर्माण केवल कार्बन परमाणुओं द्वारा होता है।

लेकिन, उदाहरण के लिए, एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल (जिसका रासायनिक सूत्र SiO2 है) में Si और O परमाणु होते हैं। इसलिए, बंधन सहसंयोजक ध्रुवीय.

परमाणु क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों के भौतिक गुण:

1. ताकत, कठोरता
2. उच्च गलनांक (अपवर्तकता)
3. गैर-वाष्पशील पदार्थ
4. अघुलनशील (न तो पानी में और न ही अन्य विलायक में)

ये सभी गुण सहसंयोजक बंधों की मजबूती के कारण हैं।

परमाणु क्रिस्टल जाली में कुछ पदार्थ होते हैं। कोई विशेष पैटर्न नहीं है, इसलिए आपको बस उन्हें याद रखने की आवश्यकता है:

1. कार्बन (सी) के एलोट्रोपिक संशोधन: हीरा, ग्रेफाइट।
2. बोरोन (बी), सिलिकॉन (सी), जर्मेनियम (जीई)।
3. फास्फोरस के केवल दो एलोट्रोपिक संशोधनों में एक परमाणु क्रिस्टल जाली होती है: लाल फास्फोरस और काला फास्फोरस। (सफेद फास्फोरस में एक आणविक क्रिस्टल जाली होती है)।
4. SiC - कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड)।
5. बीएन-बोरॉन नाइट्राइड.
6. सिलिका, रॉक क्रिस्टल, क्वार्ट्ज, नदी की रेत - इन सभी पदार्थों की संरचना SiO2 है।
7. कोरंडम, माणिक, नीलम - इन पदार्थों की संरचना Al 2 O 3 है।

निश्चित रूप से प्रश्न उठता है: C हीरा और ग्रेफाइट दोनों है। लेकिन वे पूरी तरह से अलग हैं: ग्रेफाइट अपारदर्शी है, दागदार है, और बिजली का संचालन करता है, जबकि हीरा पारदर्शी है, दाग नहीं करता है, और बिजली का संचालन नहीं करता है। वे संरचना में भिन्न हैं।

दोनों परमाणु जाली हैं, लेकिन भिन्न हैं। अतः गुण भिन्न-भिन्न हैं।

आयनिक क्रिस्टल जाली.

क्लासिक उदाहरण: टेबल नमक: NaCl. जाली पर नोड्स हैं व्यक्तिगत आयन: ना + और सीएल - . जाली को आयनों के बीच आकर्षण के इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों ("प्लस" को "माइनस" की ओर आकर्षित किया जाता है) द्वारा जगह पर रखा जाता है, अर्थात आयोनिक बंध.

आयनिक क्रिस्टल जाली काफी मजबूत, लेकिन नाजुक होती हैं; ऐसे पदार्थों का पिघलने का तापमान काफी अधिक होता है (धातु जाली की तुलना में अधिक, लेकिन परमाणु जाली वाले पदार्थों की तुलना में कम)। कई पानी में घुलनशील होते हैं।

एक नियम के रूप में, आयनिक क्रिस्टल जाली का निर्धारण करने में कोई समस्या नहीं है: जहां एक आयनिक बंधन होता है, वहां एक आयनिक क्रिस्टल जाली होती है। यह: सभी लवण, धातु आक्साइड, क्षार(और अन्य बुनियादी हाइड्रॉक्साइड)।

धातु क्रिस्टल जाली.

धातु की झंझरी बेची जाती है सरल पदार्थ धातुएँ. पहले हमने कहा था कि धात्विक बंधन के सारे वैभव को धात्विक क्रिस्टल जाली के संयोजन में ही समझा जा सकता है। समय आ गया है.

धातुओं का मुख्य गुण: इलेक्ट्रॉन पर बाह्य ऊर्जा स्तरउन्हें खराब तरीके से रखा जाता है, इसलिए उन्हें आसानी से दे दिया जाता है। एक इलेक्ट्रॉन खोने के बाद, धातु एक धनावेशित आयन में बदल जाती है - एक धनायन:

Na 0 – 1e → Na +

धातु क्रिस्टल जाली में, इलेक्ट्रॉन छोड़ने और प्राप्त करने की प्रक्रियाएँ लगातार होती रहती हैं: एक जाली स्थल पर एक धातु परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन फट जाता है। एक धनायन बनता है. अलग हुआ इलेक्ट्रॉन दूसरे धनायन (या वही धनायन) द्वारा आकर्षित होता है: एक तटस्थ परमाणु फिर से बनता है।

धातु क्रिस्टल जाली के नोड्स में तटस्थ परमाणु और धातु धनायन दोनों होते हैं। और मुक्त इलेक्ट्रॉन नोड्स के बीच यात्रा करते हैं:

इन मुक्त इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन गैस कहा जाता है। वे सरल धातु पदार्थों के भौतिक गुण निर्धारित करते हैं:

1. तापीय और विद्युत चालकता
2. धात्विक चमक
3. लचीलापन, लचीलापन

यह एक धात्विक बंधन है: धातु के धनायन तटस्थ परमाणुओं की ओर आकर्षित होते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉन इन सभी को एक साथ "गोंद" देते हैं।

क्रिस्टल जाली के प्रकार का निर्धारण कैसे करें।

पी।एस।इस विषय पर स्कूली पाठ्यक्रम और एकीकृत राज्य परीक्षा कार्यक्रम में कुछ ऐसा है जिससे हम पूरी तरह सहमत नहीं हैं। अर्थात्: सामान्यीकरण कि कोई भी धातु-अधातु बंधन एक आयनिक बंधन है। यह धारणा जानबूझकर बनाई गई थी, जाहिरा तौर पर कार्यक्रम को सरल बनाने के लिए। लेकिन इससे विकृति उत्पन्न होती है। आयनिक और सहसंयोजक बंधों के बीच की सीमा मनमानी है। प्रत्येक बंधन का "आयनिकता" और "सहसंयोजकता" का अपना प्रतिशत होता है। कम सक्रिय धातु के साथ बंधन में "आयनिकता" का एक छोटा सा प्रतिशत होता है; यह सहसंयोजक की तरह होता है। लेकिन एकीकृत राज्य परीक्षा कार्यक्रम के अनुसार, यह आयनिक की ओर "गोल" है। इससे कई बार बेतुकी बातें सामने आती हैं. उदाहरण के लिए, अल 2 ओ 3 एक परमाणु क्रिस्टल जाली वाला पदार्थ है। हम यहां किस प्रकार की आयनिकता के बारे में बात कर रहे हैं? केवल एक सहसंयोजक बंधन ही परमाणुओं को इस तरह से एक साथ रख सकता है। लेकिन धातु-अधातु मानक के अनुसार, हम इस बंधन को आयनिक के रूप में वर्गीकृत करते हैं। और हमें एक विरोधाभास मिलता है: जाली परमाणु है, लेकिन बंधन आयनिक है। अतिसरलीकरण इसी ओर ले जाता है।

अधिकांश ठोसों में क्रिस्टलीय संरचना होती है। क्रिस्टल कोशिकाप्रत्येक क्रिस्टल के लिए अलग-अलग, समान संरचनात्मक इकाइयों को दोहराने से निर्मित। इस संरचनात्मक इकाई को "इकाई कोशिका" कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, क्रिस्टल जाली एक ठोस की स्थानिक संरचना के प्रतिबिंब के रूप में कार्य करती है।

क्रिस्टल जाली को विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है।

मैं। क्रिस्टल की समरूपता के अनुसारजालकों को घन, चतुष्कोणीय, समचतुर्भुज, षट्कोणीय में वर्गीकृत किया गया है।

यह वर्गीकरण क्रिस्टल के ऑप्टिकल गुणों, साथ ही उनकी उत्प्रेरक गतिविधि का आकलन करने के लिए सुविधाजनक है।

द्वितीय. कणों की प्रकृति से, जाली नोड्स पर स्थित है और रासायनिक बंधन के प्रकार सेउनके बीच एक अंतर है परमाणु, आणविक, आयनिक और धातु क्रिस्टल जाली. क्रिस्टल में बंधन का प्रकार कठोरता, पानी में घुलनशीलता, घोल की गर्मी और संलयन की गर्मी और विद्युत चालकता में अंतर निर्धारित करता है।

क्रिस्टल का एक महत्वपूर्ण गुण है क्रिस्टल जाली ऊर्जा,केजे/मोल – वह ऊर्जा जो किसी दिए गए क्रिस्टल को नष्ट करने के लिए खर्च की जानी चाहिए।

आणविक जाली

आणविक क्रिस्टलकमजोर अंतर-आणविक बंधों (वैन डेर वाल्स बल) या हाइड्रोजन बंधों द्वारा क्रिस्टल जाली की कुछ स्थितियों में रखे गए अणुओं से मिलकर बनता है। ये जाली सहसंयोजक बंधन वाले पदार्थों की विशेषता हैं।

आणविक जाली वाले बहुत सारे पदार्थ हैं। ये बड़ी संख्या में कार्बनिक यौगिक (चीनी, नेफ़थलीन, आदि), क्रिस्टलीय पानी (बर्फ), ठोस कार्बन डाइऑक्साइड ("सूखी बर्फ"), ठोस हाइड्रोजन हैलाइड, आयोडीन, ठोस गैसें हैं, जिनमें उत्कृष्ट गैसें भी शामिल हैं।

गैर-ध्रुवीय और निम्न-ध्रुवीय अणुओं (सीएच 4, सीओ 2, आदि) वाले पदार्थों के लिए क्रिस्टल जाली की ऊर्जा न्यूनतम है।

अधिक ध्रुवीय अणुओं द्वारा निर्मित जालकों में क्रिस्टल जालक ऊर्जा भी अधिक होती है। हाइड्रोजन बांड (एच 2 ओ, एनएच 3) बनाने वाले पदार्थों की जाली में सबसे अधिक ऊर्जा होती है।

अणुओं के बीच कमजोर अंतःक्रिया के कारण, ये पदार्थ अस्थिर, गलने योग्य, कम कठोरता वाले, विद्युत प्रवाह (डाइलेक्ट्रिक्स) का संचालन नहीं करने वाले और कम तापीय चालकता वाले होते हैं।

परमाणु जाली

नोड्स में परमाणु क्रिस्टल जालीइसमें एक या अलग-अलग तत्वों के परमाणु तीनों अक्षों के साथ सहसंयोजक बंधों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। ऐसा क्रिस्टलजिन्हें भी कहा जाता है सहसंयोजक, संख्या में अपेक्षाकृत कम हैं।

इस प्रकार के क्रिस्टल के उदाहरणों में हीरा, सिलिकॉन, जर्मेनियम, टिन, साथ ही बोरान नाइट्राइड, एल्यूमीनियम नाइट्राइड, क्वार्ट्ज और सिलिकॉन कार्बाइड जैसे जटिल पदार्थों के क्रिस्टल शामिल हैं। इन सभी पदार्थों में हीरे जैसी जाली होती है।

ऐसे पदार्थों में क्रिस्टल जाली की ऊर्जा व्यावहारिक रूप से रासायनिक बंधन (200 - 500 kJ/mol) की ऊर्जा से मेल खाती है। यह उनके भौतिक गुणों को निर्धारित करता है: उच्च कठोरता, गलनांक और क्वथनांक।

इन क्रिस्टलों के विद्युत प्रवाहकीय गुण विविध हैं: हीरा, क्वार्ट्ज, बोरान नाइट्राइड ढांकता हुआ हैं; सिलिकॉन, जर्मेनियम - अर्धचालक; धात्विक ग्रे टिन बिजली का अच्छा संचालन करता है।

परमाणु क्रिस्टल जाली वाले क्रिस्टल में, एक अलग संरचनात्मक इकाई को अलग करना असंभव है। संपूर्ण एकल क्रिस्टल है एक विशाल अणु.

आयनिक जाली

नोड्स में आयनिक जालीसकारात्मक और नकारात्मक आयन वैकल्पिक होते हैं, जिनके बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक बल कार्य करते हैं। आयनिक क्रिस्टल आयनिक बंधों के साथ यौगिक बनाते हैं, उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड NaCl, पोटेशियम फ्लोराइड और KF, आदि। आयनिक यौगिकों में जटिल आयन भी शामिल हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, NO 3 -, SO 4 2 -।

आयनिक क्रिस्टल भी एक विशाल अणु होते हैं जिनमें प्रत्येक आयन अन्य सभी आयनों से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है।

आयनिक क्रिस्टल जाली की ऊर्जा महत्वपूर्ण मूल्यों तक पहुँच सकती है। तो, E (NaCl) = 770 kJ/mol, और E (BeO) = 4530 kJ/mol।

आयनिक क्रिस्टल में उच्च गलनांक और क्वथनांक और उच्च शक्ति होती है, लेकिन वे भंगुर होते हैं। उनमें से कई कमरे के तापमान (धातुओं की तुलना में कम परिमाण के लगभग बीस आदेश) पर खराब तरीके से बिजली का संचालन करते हैं, लेकिन बढ़ते तापमान के साथ विद्युत चालकता में वृद्धि देखी जाती है।

धातु की जाली

धातु क्रिस्टलसरलतम क्रिस्टल संरचनाओं के उदाहरण दीजिए।

धातु क्रिस्टल की जाली में धातु आयनों को लगभग गोले के रूप में माना जा सकता है। ठोस धातुओं में, इन गेंदों को अधिकतम घनत्व के साथ पैक किया जाता है, जैसा कि अधिकांश धातुओं के महत्वपूर्ण घनत्व (सोडियम के लिए 0.97 ग्राम/सेमी 3 से, तांबे के लिए 8.92 ग्राम/सेमी 3 से लेकर टंगस्टन और सोने के लिए 19.30 ग्राम/सेमी 3 तक) से संकेत मिलता है। एक परत में गेंदों की सबसे घनी पैकिंग एक हेक्सागोनल पैकिंग है, जिसमें प्रत्येक गेंद छह अन्य गेंदों (एक ही विमान में) से घिरी होती है। किन्हीं तीन आसन्न गेंदों के केंद्र एक समबाहु त्रिभुज बनाते हैं।

धातुओं के गुण जैसे उच्च लचीलापन और लचीलापन धातु की झंझरी में कठोरता की कमी का संकेत देते हैं: उनके विमान एक दूसरे के सापेक्ष काफी आसानी से चलते हैं।

वैलेंस इलेक्ट्रॉन सभी परमाणुओं के साथ बंधन के निर्माण में भाग लेते हैं और धातु के टुकड़े के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से घूमते हैं। यह विद्युत चालकता और तापीय चालकता के उच्च मूल्यों से संकेत मिलता है।

क्रिस्टल जाली ऊर्जा के संदर्भ में, धातुएं आणविक और सहसंयोजक क्रिस्टल के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेती हैं। क्रिस्टल जाली की ऊर्जा है:

इस प्रकार, ठोस पदार्थों के भौतिक गुण महत्वपूर्ण रूप से रासायनिक बंधन और संरचना के प्रकार पर निर्भर करते हैं।

ठोसों की संरचना एवं गुण

(प्रतिक्रियाओं की सभी परिभाषाएँ, सूत्र, ग्राफ़ और समीकरण रिकॉर्ड पर दिए गए हैं।)

ठोस क्रिस्टल को त्रि-आयामी संरचनाओं के रूप में माना जा सकता है जिसमें एक ही संरचना सभी दिशाओं में स्पष्ट रूप से दोहराई जाती है। क्रिस्टल का ज्यामितीय रूप से सही आकार उनकी कड़ाई से नियमित आंतरिक संरचना के कारण होता है। यदि किसी क्रिस्टल में आयनों या अणुओं के आकर्षण केंद्रों को बिंदुओं के रूप में दर्शाया जाता है, तो हमें ऐसे बिंदुओं का त्रि-आयामी नियमित वितरण प्राप्त होता है, जिसे क्रिस्टल जाली कहा जाता है, और बिंदु स्वयं क्रिस्टल जाली के नोड होते हैं। क्रिस्टल का विशिष्ट बाहरी आकार उनकी आंतरिक संरचना का परिणाम है, जो विशेष रूप से क्रिस्टल जाली से जुड़ा होता है।

क्रिस्टल जाली क्रिस्टल की संरचना का विश्लेषण करने के लिए एक काल्पनिक ज्यामितीय छवि है, जो एक वॉल्यूमेट्रिक-स्थानिक नेटवर्क संरचना है जिसके नोड्स में किसी पदार्थ के परमाणु, आयन या अणु स्थित होते हैं।

क्रिस्टल जाली को चिह्नित करने के लिए, निम्नलिखित मापदंडों का उपयोग किया जाता है:

1. क्रिस्टल लैटिस E cr [KJ/mol] सूक्ष्म कणों (परमाणु, अणु, आयन) से क्रिस्टल के 1 मोल के निर्माण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा है जो गैसीय अवस्था में होते हैं और एक दूसरे से इतनी दूरी पर अलग होते हैं कि उनकी संभावना कम हो जाती है। अंतःक्रिया को बाहर रखा गया है.
2. लैटिस कॉन्सटेंट d, से जुड़े क्रिस्टल जालक के निकटवर्ती स्थलों पर दो कणों के केंद्रों के बीच की सबसे छोटी दूरी है।
3. समन्वय संख्या- अंतरिक्ष में केंद्रीय कण के आस-पास के कणों की संख्या और एक रासायनिक बंधन के माध्यम से इसके साथ संयोजन।

क्रिस्टल जाली का आधार इकाई कोशिका है, जो क्रिस्टल में अनंत बार दोहराई जाती है।

यूनिट सेल क्रिस्टल जाली की सबसे छोटी संरचनात्मक इकाई है, जो इसकी समरूपता के सभी गुणों को प्रदर्शित करती है।

सीधे शब्दों में कहें तो, एक यूनिट सेल को क्रिस्टल जाली के एक छोटे हिस्से के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जो अभी भी इसके क्रिस्टल की विशिष्ट विशेषताओं को प्रकट करता है। एक इकाई कोशिका की विशेषताओं का वर्णन तीन ब्रेवेट नियमों का उपयोग करके किया गया है:

• यूनिट सेल की समरूपता क्रिस्टल जाली की समरूपता के अनुरूप होनी चाहिए;
• एक यूनिट सेल में समान किनारों की अधिकतम संख्या होनी चाहिए ए,बी, साथऔर उनके बीच समान कोण हैं ए, बी, जी. ;
• बशर्ते कि पहले दो नियम पूरे हों, यूनिट सेल को न्यूनतम आयतन घेरना चाहिए।

क्रिस्टल के आकार का वर्णन करने के लिए, तीन क्रिस्टलोग्राफिक अक्षों की एक प्रणाली का उपयोग किया जाता है ए, बी, सी,जो साधारण निर्देशांक अक्षों से इस मायने में भिन्न हैं कि वे एक निश्चित लंबाई के खंड हैं, जिनके बीच के कोण a, b, g या तो सीधे या अप्रत्यक्ष हो सकते हैं।

क्रिस्टल संरचना मॉडल: ए) एक हाइलाइटेड यूनिट सेल के साथ क्रिस्टल जाली; बी) पहलू कोणों के पदनाम के साथ इकाई सेल

क्रिस्टल के आकार का अध्ययन ज्यामितीय क्रिस्टलोग्राफी के विज्ञान द्वारा किया जाता है, जिसका एक मुख्य प्रावधान पहलू कोणों की स्थिरता का नियम है: किसी दिए गए पदार्थ के सभी क्रिस्टल के लिए, संबंधित चेहरों के बीच के कोण हमेशा समान रहते हैं।

यदि आप बड़ी संख्या में प्राथमिक कोशिकाएँ लेते हैं और उनके साथ एक निश्चित मात्रा को एक-दूसरे से कसकर भरते हैं, चेहरों और किनारों की समानता बनाए रखते हैं, तो एक आदर्श संरचना वाला एक एकल क्रिस्टल बनता है। लेकिन व्यवहार में, अक्सर ऐसे पॉलीक्रिस्टल होते हैं जिनमें नियमित संरचनाएं कुछ सीमाओं के भीतर मौजूद होती हैं, जिसके साथ नियमितता का अभिविन्यास तेजी से बदलता है।

किनारों ए, बी, सी की लंबाई और यूनिट सेल के चेहरों के बीच कोण ए, बी, जी के अनुपात के आधार पर, सात प्रणालियों को प्रतिष्ठित किया जाता है - तथाकथित क्रिस्टल सिनगोनी। हालाँकि, एक प्राथमिक सेल का निर्माण इस तरह से भी किया जा सकता है कि इसमें अतिरिक्त नोड हों जो इसके आयतन के अंदर या इसके सभी चेहरों पर स्थित हों - ऐसे जालकों को क्रमशः शरीर-केंद्रित और चेहरा-केंद्रित कहा जाता है। यदि अतिरिक्त नोड्स केवल दो विपरीत चेहरों (ऊपर और नीचे) पर हैं, तो यह एक आधार-केंद्रित जाली है। अतिरिक्त नोड्स की संभावना को ध्यान में रखते हुए, कुल 14 प्रकार के क्रिस्टल लैटिस हैं।

क्रिस्टल की बाहरी आकृति और आंतरिक संरचना की विशेषताएं घने "पैकिंग" के सिद्धांत द्वारा निर्धारित की जाती हैं: सबसे स्थिर, और इसलिए सबसे संभावित संरचना वह होगी जो क्रिस्टल और अंदर कणों की सबसे घनी व्यवस्था से मेल खाती है। जिसमें सबसे छोटा खाली स्थान रहता है।

क्रिस्टल जाली के प्रकार

क्रिस्टल जाली के नोड्स में निहित कणों की प्रकृति के साथ-साथ उनके बीच रासायनिक बंधन की प्रकृति के आधार पर, क्रिस्टल जाली के चार मुख्य प्रकार होते हैं।

आयनिक जालक

आयनिक जाली का निर्माण जाली स्थलों पर स्थित विपरीत आयनों से होता है और इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण बलों द्वारा जुड़े होते हैं। इसलिए, आयनिक क्रिस्टल जाली की संरचना को इसकी विद्युत तटस्थता सुनिश्चित करनी चाहिए। आयन सरल (Na +, Cl -) या जटिल (NH 4 +, NO 3 -) हो सकते हैं। आयनिक बंधों की असंतृप्ति और गैर-दिशात्मकता के कारण, आयनिक क्रिस्टल को बड़ी समन्वय संख्या की विशेषता होती है। इस प्रकार, NaCl क्रिस्टल में, Na + और सीएल - आयनों की समन्वय संख्या 6 है, और CsCl क्रिस्टल में Cs + और सीएल - आयनों की समन्वय संख्या 8 है, क्योंकि एक Cs + आयन आठ सीएल - आयनों से घिरा हुआ है, और प्रत्येक सीएल - आयन क्रमशः आठ Cs आयनों से घिरा हुआ है। आयनिक क्रिस्टल जालक बड़ी संख्या में लवण, ऑक्साइड और क्षार से बनते हैं।

आयनिक क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों में अपेक्षाकृत उच्च कठोरता होती है, वे काफी दुर्दम्य और गैर-वाष्पशील होते हैं। इसके विपरीत, आयनिक यौगिक बहुत नाजुक होते हैं, इसलिए क्रिस्टल जाली में एक छोटा सा बदलाव भी समान-आवेशित आयनों को एक-दूसरे के करीब लाता है, जिसके बीच प्रतिकर्षण से आयनिक बंधन टूट जाते हैं और, परिणामस्वरूप, दरारें दिखाई देती हैं। क्रिस्टल में या उसके विनाश के लिए. ठोस अवस्था में, आयनिक क्रिस्टल जाली वाले पदार्थ ढांकता हुआ होते हैं और विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करते हैं। हालाँकि, ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में पिघलने या घुलने पर, एक दूसरे के सापेक्ष आयनों का ज्यामितीय रूप से सही अभिविन्यास बाधित हो जाता है, रासायनिक बंधन पहले कमजोर हो जाते हैं और फिर नष्ट हो जाते हैं, और इसलिए गुण भी बदल जाते हैं। परिणामस्वरूप, आयनिक क्रिस्टल के पिघलने और उनके विलयन दोनों में विद्युत धारा प्रवाहित होने लगती है।

परमाणु जाली

ये जाली एक दूसरे से जुड़े परमाणुओं से निर्मित होती हैं। वे, बदले में, तीन प्रकारों में विभाजित हैं: फ्रेम, स्तरित और श्रृंखला संरचनाएं।

ढांचा संरचना उदाहरण के लिए, हीरा सबसे कठोर पदार्थों में से एक है। कार्बन परमाणु के एसपी 3 संकरण के लिए धन्यवाद, एक त्रि-आयामी जाली का निर्माण होता है, जिसमें विशेष रूप से सहसंयोजक गैर-ध्रुवीय बंधनों से जुड़े कार्बन परमाणु होते हैं, जिनकी धुरी समान बंधन कोण (109.5 ओ) पर स्थित होती है।

स्तरित संरचनाएँ विशाल द्वि-आयामी अणु माने जा सकते हैं। स्तरित संरचनाओं की विशेषता प्रत्येक परत के भीतर सहसंयोजक बंधन और आसन्न परतों के बीच कमजोर वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन होती है।

स्तरित संरचना वाले पदार्थ का एक उत्कृष्ट उदाहरण ग्रेफाइट है, जिसमें प्रत्येक कार्बन परमाणु एसपी 2 संकरण की स्थिति में है और एक विमान में तीन अन्य सी परमाणुओं के साथ तीन सहसंयोजक एस-बंध बनाता है। प्रत्येक कार्बन परमाणु का चौथा वैलेंस इलेक्ट्रॉन असंकरित होते हैं, जिसके कारण परतों के बीच वैन डेर वाल्स बंधन बहुत कमजोर हो जाते हैं। इसलिए, जब थोड़ा सा भी बल लगाया जाता है, तो अलग-अलग परतें आसानी से एक-दूसरे के साथ फिसलने लगती हैं। यह, उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट की लिखने की क्षमता की व्याख्या करता है। हीरे के विपरीत, ग्रेफाइट अच्छी तरह से बिजली का संचालन करता है: एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, गैर-स्थानीयकृत इलेक्ट्रॉन परतों के तल के साथ आगे बढ़ सकते हैं, और, इसके विपरीत, ग्रेफाइट लगभग लंबवत दिशा में विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करता है।

श्रृंखला संरचनाएँ विशेषता, उदाहरण के लिए, सल्फर ऑक्साइड (एसओ 3) एन, सिनेबार एचजीएस, बेरिलियम क्लोराइड बीईसीएल 2, साथ ही कई अनाकार पॉलिमर और एस्बेस्टस जैसे कुछ सिलिकेट सामग्री की।

क्रिस्टल जाली की परमाणु संरचना वाले पदार्थ अपेक्षाकृत कम हैं। ये, एक नियम के रूप में, IIIA और IVA उपसमूहों (Si, Ge, B, C) के तत्वों द्वारा निर्मित सरल पदार्थ हैं। अक्सर, दो अलग-अलग अधातुओं के यौगिकों में परमाणु जालक होते हैं, उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज (सिलिकॉन ऑक्साइड SiO 2) और कार्बोरंडम (सिलिकॉन कार्बाइड SiC) के कुछ बहुरूप।

सभी परमाणु क्रिस्टल लगभग किसी भी विलायक में उच्च शक्ति, कठोरता, अपवर्तकता और अघुलनशीलता द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं। ये गुण सहसंयोजक बंधन की ताकत के कारण हैं। परमाणु क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों में इंसुलेटर और अर्धचालक से लेकर इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर तक विद्युत चालकता की एक विस्तृत श्रृंखला होती है।

धातु की झंझरी

इन क्रिस्टल लैटिस में उनके नोड्स पर धातु परमाणु और आयन होते हैं, जिनके बीच इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन गैस) उन सभी में आम तौर पर स्वतंत्र रूप से घूमते हैं और एक धातु बंधन बनाते हैं। धातु क्रिस्टल जाली की एक ख़ासियत उनकी बड़ी समन्वय संख्या (8-12) है, जो धातु परमाणुओं की एक महत्वपूर्ण पैकिंग घनत्व का संकेत देती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि परमाणुओं के "कोर", बाहरी इलेक्ट्रॉनों से रहित, एक ही त्रिज्या की गेंदों की तरह अंतरिक्ष में स्थित हैं। धातुओं के लिए, तीन प्रकार के क्रिस्टल जाली सबसे अधिक पाए जाते हैं: 12 की समन्वय संख्या के साथ चेहरा-केंद्रित घन, 8 की समन्वय संख्या के साथ शरीर-केंद्रित घन, और 12 की समन्वय संख्या के साथ हेक्सागोनल, क्लोज-पैक्ड।

धातु बंधन और धातु जाली की विशेष विशेषताएं धातुओं के उच्च पिघलने बिंदु, विद्युत और तापीय चालकता, लचीलापन, लचीलापन और कठोरता जैसे महत्वपूर्ण गुणों को निर्धारित करती हैं।

आणविक जाली

आणविक क्रिस्टल जाली में उनके नोड्स पर अणु होते हैं जो कमजोर अंतर-आणविक बलों - वैन डेर वाल्स या हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। उदाहरण के लिए, बर्फ में हाइड्रोजन बांड द्वारा क्रिस्टल जाली में रखे गए पानी के अणु होते हैं। एक ही प्रकार में ठोस अवस्था में स्थानांतरित कई पदार्थों के क्रिस्टल जाली शामिल हैं, उदाहरण के लिए: सरल पदार्थ एच 2, ओ 2, एन 2, ओ 3, पी 4, एस 8, हैलोजन (एफ 2, सीएल 2, बीआर 2, आई) 2), "सूखी बर्फ" CO2, सभी उत्कृष्ट गैसें और अधिकांश कार्बनिक यौगिक।

चूंकि अंतर-आणविक संपर्क की ताकतें सहसंयोजक या धात्विक बंधनों की तुलना में कमजोर होती हैं, आणविक क्रिस्टल में थोड़ी कठोरता होती है; वे गलने योग्य और अस्थिर हैं, अघुलनशील हैं और विद्युत चालकता प्रदर्शित नहीं करते हैं।