Kimia adalah ilmu yang luar biasa. Begitu banyak hal luar biasa yang dapat ditemukan pada hal-hal yang tampaknya biasa saja.

Segala materi yang ada di sekitar kita berada dalam beberapa keadaan agregasi: gas, cairan, dan padatan. Para ilmuwan juga telah mengidentifikasi yang keempat - plasma. Pada suhu tertentu, suatu zat dapat berubah dari satu keadaan ke keadaan lainnya. Misalnya air: bila dipanaskan di atas 100, dari bentuk cair berubah menjadi uap. Pada suhu di bawah 0, ia berubah menjadi struktur agregat berikutnya - es.

Seluruh dunia material mengandung banyak partikel identik yang saling berhubungan. Elemen-elemen terkecil ini tersusun rapat dalam ruang dan membentuk apa yang disebut kerangka spasial.

Definisi

Kisi kristal adalah struktur khusus zat padat di mana partikel-partikelnya berdiri dalam tatanan geometris yang ketat di ruang angkasa. Di dalamnya Anda dapat menemukan simpul - tempat di mana unsur-unsur berada: atom, ion dan molekul serta ruang antarnodal.

Padat, tergantung pada kisaran suhu tinggi dan rendah, berbentuk kristal atau amorf - dicirikan oleh tidak adanya titik leleh tertentu. Ketika terkena suhu tinggi, mereka melunak dan secara bertahap berubah menjadi bentuk cair. Jenis zat tersebut antara lain: resin, plastisin.

Dalam hal ini, dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

• atom;
• ionik;
• molekuler;
• logam.

Namun pada temperatur yang berbeda, suatu zat dapat mempunyai bentuk yang berbeda dan menunjukkan sifat yang berbeda pula. Fenomena ini disebut modifikasi alotropik.

Tipe atom

Pada jenis ini, simpul-simpulnya mengandung atom-atom dari suatu zat tertentu yang dihubungkan melalui ikatan kovalen. Jenis ikatan ini dibentuk oleh sepasang elektron dari dua atom yang bertetangga. Berkat ini, mereka terhubung secara merata dan dalam urutan yang ketat.

Zat dengan kisi kristal atom dicirikan oleh sifat-sifat berikut: kekuatan dan titik leleh yang tinggi. Jenis ikatan ini terdapat pada berlian, silikon, dan boron..

Tipe ionik

Ion bermuatan berlawanan terletak di titik simpul yang menciptakan medan elektromagnetik yang mencirikan sifat fisik suatu zat. Ini akan mencakup: konduktivitas listrik, sifat tahan api, kepadatan dan kekerasan. Garam meja dan kalium nitrat dicirikan oleh adanya kisi kristal ionik.

Jangan lewatkan: mekanisme pendidikan, contoh spesifik.

Tipe molekul

Pada simpul jenis ini terdapat ion-ion yang dihubungkan satu sama lain oleh gaya van der Waals. Karena ikatan antarmolekul yang lemah, zat seperti es, karbon dioksida, dan parafin bersifat plastisitas, konduktivitas listrik, dan termal.

Jenis logam

Strukturnya menyerupai molekul, namun tetap memiliki ikatan yang lebih kuat. Perbedaan antara tipe ini adalah simpulnya mengandung kation bermuatan positif. Elektron yang berada di ruang interstisial ruang, ikut serta dalam pembentukan medan listrik. Mereka juga disebut gas listrik.

Logam dan paduan sederhana dicirikan oleh jenis kisi logam. Mereka dicirikan oleh adanya kilau logam, plastisitas, konduktivitas termal dan listrik. Mereka dapat meleleh pada suhu berbeda.

Seperti yang telah kita ketahui, suatu zat dapat berada dalam tiga keadaan agregasi: berbentuk gas, keras Dan cairan. Oksigen yang pada kondisi normal berbentuk gas, pada suhu -194 °C berubah menjadi cairan kebiruan, dan pada suhu -218,8 °C berubah menjadi massa seperti salju dengan kristal biru.

Kisaran suhu keberadaan suatu zat dalam wujud padat ditentukan oleh titik didih dan titik leleh. Padatan adalah kristal Dan amorf.

kamu zat amorf tidak ada titik leleh yang tetap - ketika dipanaskan, mereka secara bertahap melunak dan berubah menjadi cairan. Di negara bagian ini, misalnya, ditemukan berbagai resin dan plastisin.

Zat kristal Mereka dibedakan berdasarkan susunan teratur partikel-partikel penyusunnya: atom, molekul, dan ion, pada titik-titik tertentu dalam ruang. Ketika titik-titik tersebut dihubungkan dengan garis lurus maka terciptalah kerangka spasial yang disebut kisi kristal. Titik tempat partikel kristal berada disebut node kisi.

Titik-titik kisi yang kita bayangkan dapat mengandung ion, atom, dan molekul. Partikel-partikel ini melakukan gerakan osilasi. Ketika suhu meningkat, rentang osilasi ini juga meningkat, yang menyebabkan pemuaian termal suatu benda.

Tergantung pada jenis partikel yang terletak di simpul kisi kristal dan sifat hubungan di antara mereka, empat jenis kisi kristal dibedakan: ionik, atom, molekuler Dan logam.

ionik Ini disebut kisi kristal di mana ion-ion terletak di titik simpulnya. Mereka dibentuk oleh zat dengan ikatan ionik, yang dapat mengikat ion sederhana Na+, Cl-, dan kompleks SO24-, OH-. Jadi, kisi kristal ionik memiliki garam, beberapa oksida dan hidroksil logam, mis. zat-zat yang mempunyai ikatan kimia ionik. Misalkan kristal natrium klorida; ia terdiri dari ion Na+ dan CL- negatif yang berselang-seling secara positif, bersama-sama membentuk kisi berbentuk kubus. Ikatan antar ion dalam kristal semacam itu sangat stabil. Oleh karena itu, zat dengan kisi ionik mempunyai kekuatan dan kekerasan yang relatif tinggi; zat tersebut tahan api dan tidak mudah menguap.

atom Kisi kristal adalah kisi kristal yang simpulnya mengandung atom individu. Dalam kisi-kisi seperti itu, atom-atom dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang sangat kuat. Misalnya, intan adalah salah satu modifikasi karbon alotropik.

Zat dengan kisi kristal atom tidak banyak ditemukan di alam. Ini termasuk kristal boron, silikon dan germanium, serta zat kompleks, misalnya yang mengandung silikon (IV) oksida - SiO 2: silika, kuarsa, pasir, kristal batu.

Sebagian besar zat dengan kisi kristal atom memiliki titik leleh yang sangat tinggi (untuk berlian melebihi 3500 ° C), zat tersebut kuat dan keras, praktis tidak larut.

Molekuler Ini disebut kisi kristal di mana molekul-molekulnya terletak di titik-titik simpulnya. Ikatan kimia pada molekul ini juga dapat bersifat polar (HCl, H 2 0) atau non-polar (N 2, O 3). Dan meskipun atom-atom di dalam molekul dihubungkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, gaya tarik-menarik antarmolekul yang lemah bekerja di antara molekul-molekul itu sendiri. Itulah sebabnya zat dengan kisi kristal molekuler dicirikan oleh kekerasan yang rendah, titik leleh yang rendah, dan volatilitas.

Contoh zat tersebut antara lain air padat - es, karbon monoksida (IV) padat - "es kering", hidrogen klorida padat dan hidrogen sulfida, zat padat sederhana yang dibentuk oleh satu - (gas mulia), dua - (H 2, O 2, CL 2 , N 2 , I 2), molekul tiga - (O 3), empat - (P 4), delapan atom (S 8). Sebagian besar senyawa organik padat memiliki kisi kristal molekul (naftalena, glukosa, gula).

blog.site, apabila menyalin materi seluruhnya atau sebagian, diperlukan link ke sumber aslinya.

Mari kita bicara tentang benda padat. Benda padat dapat dibagi menjadi dua kelompok besar: amorf Dan kristal. Kami akan pisahkan sesuai prinsip ada ketertiban atau tidak.

DI DALAM zat amorf molekul-molekulnya tersusun secara acak. Tidak ada pola dalam penataan ruangnya. Pada dasarnya, zat amorf adalah cairan yang sangat kental, sangat kental sehingga berbentuk padat.

Oleh karena itu namanya: “a-” – partikel negatif, “morphe” – bentuk. Zat amorf meliputi: kaca, resin, lilin, parafin, sabun.

Kurangnya keteraturan dalam susunan partikel menentukan sifat fisik benda amorf: mereka tidak mempunyai titik leleh yang tetap. Saat memanas, viskositasnya berangsur-angsur berkurang, dan secara bertahap berubah menjadi cair.

Berbeda dengan zat amorf, terdapat zat kristal. Partikel-partikel zat kristal tersusun secara spasial. Struktur susunan spasial partikel-partikel dalam zat kristal yang benar disebut kisi kristal.

Berbeda dengan benda amorf, zat kristal mempunyai titik leleh yang tetap.

Tergantung pada partikel apa yang ada di dalamnya node kisi, dan hubungan apa yang menyatukan mereka yang membedakannya: molekuler, atom, ionik Dan logam gerbang.

Mengapa pada dasarnya penting untuk mengetahui jenis kisi kristal yang dimiliki suatu zat? Apa definisinya? Semua. Struktur menentukan caranya sifat kimia dan fisika suatu zat.

Contoh paling sederhana: DNA. Di semua organisme di bumi, ia dibangun dari kumpulan komponen struktural yang sama: empat jenis nukleotida. Dan betapa beragamnya kehidupan. Ini semua ditentukan oleh struktur: urutan penyusunan nukleotida.

Kisi kristal molekul.

Contoh tipikalnya adalah air dalam keadaan padat (es). Seluruh molekul terletak di lokasi kisi. Dan jaga agar mereka tetap bersama interaksi antarmolekul: ikatan hidrogen, gaya van der Waals.

Ikatan ini lemah, sehingga kisi molekulnya pun lemah yang paling rapuh, titik leleh zat tersebut rendah.

Tanda diagnostik yang baik: jika suatu zat berbentuk cair atau gas dalam kondisi normal dan/atau berbau, maka kemungkinan besar zat tersebut memiliki kisi kristal molekul. Bagaimanapun, wujud cair dan gas adalah konsekuensi dari fakta bahwa molekul-molekul pada permukaan kristal tidak menempel dengan baik (ikatan lemah). Dan mereka “terpesona”. Properti ini disebut volatilitas. Dan molekul yang mengempis, berdifusi di udara, mencapai organ penciuman kita, yang secara subyektif dirasakan sebagai bau.

Mereka memiliki kisi kristal molekuler:

1. Beberapa zat sederhana nonlogam: I 2, P, S (yaitu semua nonlogam yang tidak memiliki kisi atom).
2. Hampir semua zat organik ( kecuali garam).
3. Dan sebagaimana disebutkan sebelumnya, zat dalam kondisi normal berbentuk cair, atau gas (beku) dan/atau tidak berbau (NH 3, O 2, H 2 O, asam, CO 2).

Kisi kristal atom.

Di simpul kisi kristal atom, berbeda dengan simpul molekul, terdapat atom individu. Ternyata kisi-kisi tersebut disatukan oleh ikatan kovalen (bagaimanapun juga, merekalah yang mengikat atom netral).

Contoh klasiknya adalah standar kekuatan dan kekerasan - berlian (berdasarkan sifat kimianya, ini adalah zat sederhana - karbon). Kontak: kovalen nonpolar, karena kisi hanya dibentuk oleh atom karbon.

Tetapi, misalnya, dalam kristal kuarsa (rumus kimianya adalah SiO 2) terdapat atom Si dan O. Oleh karena itu, ikatannya polar kovalen.

Sifat fisik zat dengan kisi kristal atom:

1. kekuatan, kekerasan
2. titik leleh tinggi (refraktori)
3. zat yang tidak mudah menguap
4. tidak larut (baik dalam air atau pelarut lainnya)

Semua sifat ini disebabkan oleh kekuatan ikatan kovalen.

Ada beberapa zat dalam kisi kristal atom. Tidak ada pola tertentu, jadi Anda hanya perlu mengingatnya:

1. Modifikasi alotropik karbon (C): intan, grafit.
2. Boron (B), silikon (Si), germanium (Ge).
3. Hanya dua modifikasi alotropik fosfor yang memiliki kisi kristal atom: fosfor merah dan fosfor hitam. (fosfor putih memiliki kisi kristal molekul).
4. SiC – karborundum (silikon karbida).
5. BN – boron nitrida.
6. Silika, kristal batu, kuarsa, pasir sungai - semua zat ini memiliki komposisi SiO 2.
7. Korundum, rubi, safir - zat ini memiliki komposisi Al 2 O 3.

Tentunya timbul pertanyaan: C adalah intan dan grafit. Namun keduanya sangat berbeda: grafit bersifat buram, ternoda, dan menghantarkan listrik, sedangkan berlian transparan, tidak ternoda, dan tidak menghantarkan listrik. Mereka berbeda dalam strukturnya.

Keduanya merupakan kisi atom, namun berbeda. Oleh karena itu, sifat-sifatnya berbeda.

Kisi kristal ionik.

Contoh klasik: garam meja: NaCl. Di node kisi ada ion individu: Na + dan Cl – . Kisi ditahan oleh gaya tarik elektrostatis antar ion (“plus” tertarik ke “minus”), yaitu ikatan ionik.

Kisi kristal ionik cukup kuat, tetapi rapuh; suhu leleh zat tersebut cukup tinggi (lebih tinggi dari kisi logam, tetapi lebih rendah dibandingkan zat dengan kisi atom). Banyak yang larut dalam air.

Biasanya, tidak ada masalah dalam menentukan kisi kristal ionik: di mana terdapat ikatan ion, di situ terdapat kisi kristal ionik. Ini: semua garam, oksida logam, alkali(dan hidroksida basa lainnya).

Kisi kristal logam.

Kisi-kisi logam dijual zat sederhana logam. Sebelumnya kami telah mengatakan bahwa semua kemegahan ikatan logam hanya dapat dipahami jika digabungkan dengan kisi kristal logam. Saatnya telah tiba.

Sifat utama logam: elektron aktif tingkat energi eksternal Mereka tidak dipegang dengan baik, sehingga mudah diberikan. Setelah kehilangan elektron, logam berubah menjadi ion bermuatan positif - kation:

Na 0 – 1e → Na +

Dalam kisi kristal logam, proses pelepasan dan perolehan elektron terus-menerus terjadi: sebuah elektron terlepas dari atom logam di satu lokasi kisi. Sebuah kation terbentuk. Elektron yang terlepas ditarik oleh kation lain (atau kation yang sama): atom netral terbentuk kembali.

Node kisi kristal logam mengandung atom netral dan kation logam. Dan elektron bebas bergerak antar node:

Elektron bebas ini disebut gas elektron. Mereka menentukan sifat fisik zat logam sederhana:

1. konduktivitas termal dan listrik
2. kilau metalik
3. kelenturan, keuletan

Ini adalah ikatan logam: kation logam tertarik pada atom netral dan elektron bebas “merekatkan” semuanya.

Cara menentukan jenis kisi kristal.

P.S. Ada sesuatu dalam kurikulum sekolah dan program Unified State Examination tentang topik ini yang tidak sepenuhnya kami setujui. Yaitu: generalisasi bahwa setiap ikatan logam-nonlogam merupakan ikatan ionik. Asumsi ini sengaja dibuat, rupanya untuk menyederhanakan program. Namun hal ini menyebabkan distorsi. Batas antara ikatan ionik dan kovalen tidak menentu. Setiap obligasi memiliki persentase “ionisitas” dan “kovelensi” masing-masing. Ikatan dengan logam dengan aktivitas rendah mempunyai persentase “ionisitas” yang kecil; ikatan ini lebih mirip ikatan kovalen. Namun menurut program Unified State Exam, “dibulatkan” ke arah ionik. Hal ini terkadang menimbulkan hal-hal yang tidak masuk akal. Misalnya, Al 2 O 3 adalah zat dengan kisi kristal atom. Ionicity macam apa yang sedang kita bicarakan di sini? Hanya ikatan kovalen yang dapat menyatukan atom-atom dengan cara ini. Namun menurut standar logam-non-logam, kami mengklasifikasikan ikatan ini sebagai ikatan ionik. Dan kita mendapatkan kontradiksi: kisinya bersifat atomik, tetapi ikatannya bersifat ionik. Inilah yang menyebabkan penyederhanaan yang berlebihan.

Kebanyakan padatan memiliki struktur kristal. sel kristal dibangun dari pengulangan unit struktural yang identik, individual untuk setiap kristal. Unit struktural ini disebut “sel satuan”. Dengan kata lain, kisi kristal berfungsi sebagai cerminan struktur spasial suatu benda padat.

Kisi kristal dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara.

SAYA. Menurut simetri kristal kisi diklasifikasikan menjadi kubik, tetragonal, belah ketupat, heksagonal.

Klasifikasi ini berguna untuk menilai sifat optik kristal, serta aktivitas katalitiknya.

II. Berdasarkan sifat partikelnya, terletak di node kisi dan berdasarkan jenis ikatan kimia ada perbedaan di antara mereka kisi kristal atom, molekul, ionik dan logam. Jenis ikatan dalam kristal menentukan perbedaan kekerasan, kelarutan dalam air, panas larutan dan panas peleburan, serta konduktivitas listrik.

Karakteristik penting dari kristal adalah energi kisi kristal, kJ/mol – energi yang harus dikeluarkan untuk menghancurkan kristal tertentu.

Kisi molekul

Kristal molekul terdiri dari molekul-molekul yang berada pada posisi tertentu dalam kisi kristal oleh ikatan antarmolekul yang lemah (gaya van der Waals) atau ikatan hidrogen. Kisi-kisi ini merupakan karakteristik zat dengan ikatan kovalen.

Ada banyak zat dengan kisi molekuler. Ini adalah sejumlah besar senyawa organik (gula, naftalena, dll.), air kristal (es), karbon dioksida padat (“es kering”), hidrogen halida padat, yodium, gas padat, termasuk gas mulia,

Energi kisi kristal minimal untuk zat dengan molekul non-polar dan polar rendah (CH 4, CO 2, dll.).

Kisi yang dibentuk oleh molekul yang lebih polar juga memiliki energi kisi kristal yang lebih tinggi. Kisi dengan zat yang membentuk ikatan hidrogen (H 2 O, NH 3) memiliki energi paling tinggi.

Karena lemahnya interaksi antar molekul, zat-zat tersebut bersifat mudah menguap, melebur, memiliki kekerasan yang rendah, tidak menghantarkan arus listrik (dielektrik) dan memiliki konduktivitas termal yang rendah.

Kisi atom

Di node kisi kristal atom ada atom-atom dari satu atau beberapa unsur yang dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kovalen sepanjang ketiga sumbu. Seperti kristal yang juga disebut kovalen, jumlahnya relatif sedikit.

Contoh kristal jenis ini antara lain intan, silikon, germanium, timah, serta kristal zat kompleks seperti boron nitrida, aluminium nitrida, kuarsa, dan silikon karbida. Semua zat ini memiliki kisi seperti berlian.

Energi kisi kristal pada zat tersebut praktis sama dengan energi ikatan kimia (200 – 500 kJ/mol). Hal ini menentukan sifat fisiknya: kekerasan tinggi, titik leleh dan titik didih.

Sifat konduktif listrik dari kristal ini bervariasi: berlian, kuarsa, boron nitrida adalah dielektrik; silikon, germanium – semikonduktor; Timah abu-abu metalik menghantarkan listrik dengan baik.

Dalam kristal dengan kisi kristal atom, tidak mungkin membedakan unit struktural yang terpisah. Seluruh kristal tunggal adalah satu molekul raksasa.

kisi ionik

Di node kisi ionik ion positif dan negatif bergantian, di antaranya gaya elektrostatis bekerja. Kristal ionik membentuk senyawa dengan ikatan ionik, misalnya natrium klorida NaCl, kalium fluorida dan KF, dll. Senyawa ionik juga dapat mencakup ion kompleks, misalnya NO 3 -, SO 4 2 -.

Kristal ionik juga merupakan molekul raksasa yang setiap ionnya dipengaruhi secara signifikan oleh ion lainnya.

Energi kisi kristal ionik dapat mencapai nilai yang signifikan. Jadi, E (NaCl) = 770 kJ/mol, dan E (BeO) = 4530 kJ/mol.

Kristal ionik memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi serta kekuatan yang tinggi, namun rapuh. Banyak dari mereka menghantarkan listrik dengan buruk pada suhu kamar (sekitar dua puluh kali lipat lebih rendah dari logam), tetapi dengan meningkatnya suhu, terjadi peningkatan konduktivitas listrik.

Parut logam

Kristal logam berikan contoh struktur kristal paling sederhana.

Ion logam dalam kisi kristal logam kira-kira dapat dianggap berbentuk bola. Dalam logam padat, bola-bola ini dikemas dengan kepadatan maksimum, seperti yang ditunjukkan oleh kepadatan sebagian besar logam yang signifikan (dari 0,97 g/cm 3 untuk natrium, 8,92 g/cm 3 untuk tembaga hingga 19,30 g/cm 3 untuk tungsten dan emas). Pengepakan bola yang paling padat dalam satu lapisan adalah pengepakan heksagonal, di mana setiap bola dikelilingi oleh enam bola lainnya (dalam satu bidang). Pusat dari tiga bola yang berdekatan membentuk segitiga sama sisi.

Sifat-sifat logam seperti keuletan dan kelenturan yang tinggi menunjukkan kurangnya kekakuan pada kisi-kisi logam: bidang-bidangnya cukup mudah bergerak relatif satu sama lain.

Elektron valensi berpartisipasi dalam pembentukan ikatan dengan semua atom dan bergerak bebas ke seluruh volume sepotong logam. Hal ini ditunjukkan dengan tingginya nilai konduktivitas listrik dan konduktivitas termal.

Dalam hal energi kisi kristal, logam menempati posisi perantara antara kristal molekuler dan kovalen. Energi kisi kristal adalah:

Dengan demikian, sifat fisik padatan sangat bergantung pada jenis ikatan kimia dan strukturnya.

Struktur dan sifat benda padat

(Semua definisi, rumus, grafik dan persamaan reaksi diberikan dalam catatan.)

Kristal padat dapat dianggap sebagai struktur tiga dimensi di mana struktur yang sama terulang dengan jelas ke segala arah. Bentuk kristal yang benar secara geometris disebabkan oleh struktur internalnya yang sangat teratur. Jika pusat tarik-menarik ion atau molekul dalam kristal digambarkan sebagai titik, maka kita memperoleh distribusi teratur tiga dimensi dari titik-titik tersebut, yang disebut kisi kristal, dan titik-titik itu sendiri adalah simpul dari kisi kristal. Bentuk luar spesifik kristal merupakan konsekuensi dari struktur internalnya, yang terkait secara khusus dengan kisi kristal.

Kisi kristal adalah gambaran geometris imajiner untuk menganalisis struktur kristal, yang merupakan struktur jaringan volumetrik-spasial di simpul-simpul tempat atom, ion, atau molekul suatu zat berada.

Untuk mengkarakterisasi kisi kristal, parameter berikut digunakan:

1. kisi kristal E cr [KJ/mol] adalah energi yang dilepaskan selama pembentukan 1 mol kristal dari mikropartikel (atom, molekul, ion) yang berwujud gas dan terpisah satu sama lain pada jarak sedemikian rupa sehingga kemungkinan terjadinya interaksi dikecualikan.
2. Konstanta kisi d adalah jarak terkecil antara pusat dua partikel pada lokasi kisi kristal yang berdekatan dan dihubungkan oleh .
3. Nomor koordinasi- jumlah partikel terdekat yang mengelilingi partikel pusat di ruang angkasa dan bergabung dengannya melalui ikatan kimia.

Dasar dari kisi kristal adalah sel satuan, yang diulangi dalam kristal berkali-kali.

Sel satuan adalah unit struktural terkecil dari kisi kristal, yang menunjukkan semua sifat simetrinya.

Sederhananya, sel satuan dapat didefinisikan sebagai bagian kecil dari kisi kristal, yang masih memperlihatkan ciri-ciri kristalnya. Ciri-ciri sel satuan dijelaskan dengan menggunakan tiga aturan Brevet:

• simetri sel satuan harus sesuai dengan simetri kisi kristal;
• sel satuan harus memiliki jumlah maksimum tepi yang identik A,B, Dengan dan sudut yang sama besar di antara keduanya A, B, G. ;
• asalkan dua aturan pertama terpenuhi, sel satuan harus menempati volume minimum.

Untuk menggambarkan bentuk kristal, digunakan sistem tiga sumbu kristalografi a,b,c, yang berbeda dari sumbu koordinat biasa karena merupakan segmen dengan panjang tertentu, sudut antara a, b, g dapat berupa lurus atau tidak langsung.

Model struktur kristal: a) kisi kristal dengan sel satuan yang disorot; b) sel satuan dengan sebutan sudut segi

Bentuk kristal dipelajari oleh ilmu kristalografi geometris, salah satu ketentuan utamanya adalah hukum keteguhan sudut segi: untuk semua kristal suatu zat, sudut antara permukaan yang bersesuaian selalu tetap sama.

Jika Anda mengambil sejumlah besar sel elementer dan mengisi volume tertentu dengannya secara rapat satu sama lain, menjaga paralelisme permukaan dan tepinya, maka kristal tunggal dengan struktur ideal akan terbentuk. Namun dalam praktiknya, polikristal paling sering ditemukan di mana struktur teratur ada dalam batas-batas tertentu, di mana orientasi keteraturannya berubah secara tajam.

Bergantung pada rasio panjang sisi a, b, c dan sudut a, b, g antara permukaan sel satuan, tujuh sistem dibedakan - yang disebut singoni kristal. Namun, sel dasar juga dapat dibangun sedemikian rupa sehingga memiliki simpul tambahan yang terletak di dalam volumenya atau di semua permukaannya - kisi-kisi seperti itu masing-masing disebut berpusat pada tubuh dan berpusat pada wajah. Jika node tambahan hanya berada pada dua sisi yang berlawanan (atas dan bawah), maka itu adalah kisi yang berpusat pada alas. Dengan mempertimbangkan kemungkinan node tambahan, total ada 14 jenis kisi kristal.

Bentuk luar dan ciri-ciri struktur internal kristal ditentukan oleh prinsip “pengemasan” padat: yang paling stabil, dan oleh karena itu struktur yang paling mungkin adalah struktur yang sesuai dengan susunan partikel paling padat dalam kristal dan di dalam kristal. mana ruang kosong terkecil yang tersisa.

Jenis kisi kristal

Tergantung pada sifat partikel yang terkandung dalam simpul kisi kristal, serta sifat ikatan kimia di antara mereka, ada empat jenis utama kisi kristal.

Kisi ionik

Kisi ionik dibangun dari ion-ion berbeda yang terletak di lokasi kisi dan dihubungkan oleh gaya tarik-menarik elektrostatis. Oleh karena itu, struktur kisi kristal ionik harus menjamin netralitas listriknya. Ion dapat berbentuk sederhana (Na +, Cl -) atau kompleks (NH 4 +, NO 3 -). Karena ikatan ionik yang tidak jenuh dan tidak terarah, kristal ionik dicirikan oleh bilangan koordinasi yang besar. Jadi, dalam kristal NaCl, bilangan koordinasi ion Na + dan Cl - adalah 6, dan ion Cs + dan Cl - dalam kristal CsCl adalah 8, karena satu ion Cs + dikelilingi oleh delapan ion Cl -, dan masing-masing Cl - ion dikelilingi oleh delapan ion Cs, masing-masing + . Kisi kristal ionik dibentuk oleh sejumlah besar garam, oksida, dan basa.

Zat dengan kisi kristal ionik memiliki kekerasan yang relatif tinggi, cukup tahan api dan tidak mudah menguap. Sebaliknya, senyawa ionik sangat rapuh, sehingga pergeseran kecil saja pada kisi kristal akan mendekatkan ion-ion bermuatan serupa, tolakan antara keduanya menyebabkan putusnya ikatan ion dan, sebagai akibatnya, munculnya retakan. dalam kristal atau kehancurannya. Dalam keadaan padat, zat dengan kisi kristal ionik bersifat dielektrik dan tidak menghantarkan arus listrik. Namun, ketika dicairkan atau dilarutkan dalam pelarut polar, orientasi geometri ion yang benar relatif satu sama lain terganggu, ikatan kimia mula-mula melemah dan kemudian hancur, dan oleh karena itu sifat-sifatnya juga berubah. Akibatnya, lelehan kristal ionik dan larutannya mulai menghantarkan arus listrik.

Kisi atom

Kisi-kisi ini dibangun dari atom-atom yang terhubung satu sama lain. Mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi tiga jenis: struktur rangka, berlapis dan rantai.

Struktur rangka misalnya memiliki berlian - salah satu zat yang paling keras. Berkat hibridisasi atom karbon sp 3, kisi tiga dimensi dibangun, yang secara eksklusif terdiri dari atom karbon yang dihubungkan oleh ikatan kovalen nonpolar, yang sumbunya terletak pada sudut ikatan yang sama (109,5 o).

Struktur berlapis dapat dianggap sebagai molekul dua dimensi yang sangat besar. Struktur berlapis dicirikan oleh ikatan kovalen dalam setiap lapisan dan interaksi van der Waals yang lemah antara lapisan yang berdekatan.

Contoh klasik zat dengan struktur berlapis adalah grafit, di mana setiap atom karbon berada dalam keadaan hibridisasi sp 2 dan membentuk tiga ikatan s kovalen dengan tiga atom C lainnya dalam satu bidang.Elektron valensi keempat dari setiap atom karbon tidak terhibridisasi, sehingga ikatan van der Waals antar lapisan sangat lemah. Oleh karena itu, bahkan ketika gaya kecil diterapkan, masing-masing lapisan dengan mudah mulai meluncur satu sama lain. Hal ini menjelaskan, misalnya, kemampuan grafit untuk menulis. Tidak seperti intan, grafit menghantarkan listrik dengan baik: di bawah pengaruh medan listrik, elektron yang tidak terlokalisasi dapat bergerak sepanjang bidang lapisan, dan sebaliknya, grafit hampir tidak menghantarkan arus listrik dalam arah tegak lurus.

Struktur rantai karakteristik, misalnya sulfur oksida (SO 3) n, cinnabar HgS, berilium klorida BeCl 2, serta banyak polimer amorf dan beberapa bahan silikat seperti asbes.

Ada relatif sedikit zat dengan struktur atom kisi kristal. Biasanya, ini adalah zat sederhana yang dibentuk oleh unsur-unsur subkelompok IIIA dan IVA (Si, Ge, B, C). Seringkali, senyawa dari dua nonlogam berbeda memiliki kisi atom, misalnya, beberapa polimorf kuarsa (silikon oksida SiO 2) dan karborundum (silikon karbida SiC).

Semua kristal atom dibedakan berdasarkan kekuatan, kekerasan, sifat tahan api, dan ketidaklarutannya yang tinggi di hampir semua pelarut. Sifat-sifat ini disebabkan oleh kekuatan ikatan kovalen. Zat dengan kisi kristal atom memiliki rentang konduktivitas listrik yang luas mulai dari isolator dan semikonduktor hingga konduktor elektronik.

Kisi-kisi logam

Kisi kristal ini mengandung atom dan ion logam pada titik simpulnya, di antaranya elektron (gas elektron) yang umum bergerak bebas dan membentuk ikatan logam. Keunikan kisi kristal logam adalah bilangan koordinasinya yang besar (8-12), yang menunjukkan kepadatan pengepakan atom logam yang signifikan. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa “inti” atom, yang tidak memiliki elektron terluar, terletak di ruang angkasa seperti bola dengan radius yang sama. Untuk logam, tiga jenis kisi kristal yang paling umum ditemukan: kubik berpusat muka dengan bilangan koordinasi 12, kubik berpusat badan dengan bilangan koordinasi 8, dan heksagonal, rapat dengan bilangan koordinasi 12.

Karakteristik khusus dari ikatan logam dan kisi logam menentukan sifat penting logam seperti titik leleh yang tinggi, konduktivitas listrik dan termal, kelenturan, keuletan, dan kekerasan.

Kisi molekul

Kisi kristal molekul mengandung molekul di simpulnya yang terhubung satu sama lain melalui gaya antarmolekul yang lemah—van der Waals atau ikatan hidrogen. Misalnya, es terdiri dari molekul air yang terikat dalam kisi kristal melalui ikatan hidrogen. Jenis yang sama mencakup kisi kristal dari banyak zat yang diubah menjadi padat, misalnya: zat sederhana H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, halogen (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ), “es kering” CO 2, semua gas mulia dan sebagian besar senyawa organik.

Karena kekuatan interaksi antarmolekul lebih lemah dibandingkan kekuatan ikatan kovalen atau logam, kristal molekul memiliki kekerasan yang kecil; Mereka melebur dan mudah menguap, tidak larut dalam dan tidak menunjukkan konduktivitas listrik.