Kristal qəfəslər. Kimyada kristal qəfəslər İon kristal qəfəs

Maddə, bildiyiniz kimi, üç birləşmə vəziyyətində ola bilər: qaz, maye və bərk (şək. 70). Məsələn, normal şəraitdə qaz olan oksigen -194°C temperaturda mavi mayeyə çevrilir, -218.8°C temperaturda isə mavi kristallardan ibarət qar kimi kütləyə bərkiyir.

düyü. 70.
Suyun fiziki vəziyyəti

Bərk maddələr kristal və amorf bölünür.

Amorf maddələrin aydın ərimə nöqtəsi yoxdur - qızdırıldıqda tədricən yumşalır və maye vəziyyətinə keçir. Amorf maddələrə ən çox plastiklər (məsələn, polietilen), mum, şokolad, plastilin, müxtəlif qatranlar və saqqızlar daxildir (şək. 71).

düyü. 71.
Amorf maddələr və materiallar

Kristal maddələr kosmosda ciddi şəkildə müəyyən edilmiş nöqtələrdə onları təşkil edən hissəciklərin düzgün yerləşməsi ilə xarakterizə olunur. Bu nöqtələr düz xətlərlə birləşdirildikdə kristal qəfəs adlanan məkan çərçivəsi əmələ gəlir. Kristal hissəciklərin yerləşdiyi nöqtələrə şəbəkə düyünləri deyilir.

Xəyali kristal qəfəsin düyünlərində monotomik ionlar, atomlar və molekullar ola bilər. Bu hissəciklər salınımlı hərəkətlər edir. Artan temperaturla bu salınımların diapazonu artır, bu, bir qayda olaraq, cisimlərin istilik genişlənməsinə səbəb olur.

Kristal qəfəsin düyünlərində yerləşən hissəciklərin növündən və onlar arasındakı əlaqənin xarakterindən asılı olaraq dörd növ kristal qəfəs fərqləndirilir: ion, atom, molekulyar və metal (cədvəl 6).

Cədvəl 6
D.İ.Mendeleyevin dövri cədvəlində elementlərin yeri və onların sadə maddələrinin kristal qəfəslərinin növləri.

Cədvəldə göstərilməyən elementlərdən əmələ gələn sadə maddələr metal qəfəsə malikdir.

İon qəfəslərə düyünlərində ionlar olan kristal qəfəslər deyilir. Onlar həm sadə ionları Na +, Cl -, həm də mürəkkəb ionları, OH - bağlaya bilən ion bağları olan maddələrdən əmələ gəlir. Nəticə etibarı ilə ion kristal qəfəslərdə duzlar, əsaslar (qələvilər) və bəzi oksidlər olur. Məsələn, natrium xlorid kristalı alternativ müsbət Na + və mənfi Cl - ionlarından tikilərək kubşəkilli qəfəs əmələ gətirir (şək. 72). Belə bir kristalda ionlar arasındakı bağlar çox güclüdür. Buna görə də ion qəfəsi olan maddələr nisbətən yüksək sərtliyə və gücə malikdirlər, odadavamlıdırlar və uçucu deyillər.

düyü. 72.
İon kristal qəfəs (natrium xlorid)

Atom qəfəslərinə düyünlərində ayrı-ayrı atomlar olan kristal qəfəslər deyilir. Belə qəfəslərdə atomlar bir-birinə çox güclü kovalent bağlarla bağlanır.

düyü. 73.
Atom kristal şəbəkəsi (almaz)

Almazda karbonun allotropik modifikasiyalarından biri olan bu tip kristal qəfəs var (şək. 73). Kəsilmiş və cilalanmış brilyantlara brilyant deyilir. Onlar zərgərlikdə geniş istifadə olunur (şək. 74).

düyü. 74.
Brilyantlı iki imperiya tacı:
a - Britaniya İmperiyasının tacı; b - Rusiya İmperiyasının Böyük İmperator Tacı

Atom kristal qəfəsi olan maddələrə kristal bor, silisium və germanium, həmçinin mürəkkəb maddələr, məsələn, silisium (IV) oksidi SiO 2 daxil olan silisium oksidi, kvars, qum, qaya kristalı daxildir (şək. 75).

düyü. 75.
Atom kristal şəbəkəsi (silikon (IV) oksid)

Atom kristal qəfəsli maddələrin əksəriyyəti çox yüksək ərimə nöqtələrinə malikdir (məsələn, almaz üçün 3500 °C-dən yuxarı, silikon üçün - 1415 °C, silisium üçün - 1728 °C), onlar güclü və sərtdir, praktiki olaraq həll olunmur.

Molekulyar molekulların düyünlərdə yerləşdiyi kristal qəfəslərdir. Bu molekullardakı kimyəvi bağlar həm kovalent qütb (hidrogen xlorid HCl, su H20), həm də kovalent qeyri-polyar (azot N2, ozon 03) ola bilər. Molekulların içindəki atomların çox güclü kovalent bağlarla bağlanmasına baxmayaraq, molekulların özləri arasında zəif molekullararası cazibə qüvvələri fəaliyyət göstərir. Buna görə də molekulyar kristal qəfəsləri olan maddələr aşağı sərtliyə, aşağı ərimə nöqtələrinə malikdir və uçucudur.

Molekulyar kristal qəfəsləri olan maddələrə misal olaraq bərk su - buz, bərk karbon monoksit (IV) C) 2 - “quru buz” (şək. 76), bərk hidrogen xlorid HCl və hidrogen sulfid H 2 S, mono ilə əmələ gələn bərk sadə maddələri göstərmək olar. - (nəcib qazlar: helium, neon, arqon, kripton), iki- (hidrogen H 2, oksigen O 2, xlor Cl 2, azot N 2, yod 1 2), üç- (ozon O 3), dörd- (ağ) fosfor P 4 ), səkkiz atomlu (kükürd S 7) molekulları. Bərk üzvi birləşmələrin əksəriyyətində molekulyar kristal qəfəslər (naftalin, qlükoza, şəkər) olur.

düyü. 76.
Molekulyar kristal qəfəs (karbon qazı)

Metal rabitəsi olan maddələr metal kristal qəfəslərə malikdir (şək. 77). Belə qəfəslərin yerlərində atomlar və ionlar var (metal atomlarının asanlıqla çevrildiyi, ümumi istifadə üçün xarici elektronlarını verən atomlar və ya ionlar). Metalların bu daxili quruluşu onların xarakterik fiziki xüsusiyyətlərini müəyyən edir: elastiklik, çeviklik, elektrik və istilik keçiriciliyi, metal parıltı.

düyü. 77.
Metal kristal qəfəs (dəmir)

13 nömrəli laboratoriya təcrübəsi
Müxtəlif növ kristal qəfəsləri olan maddələr toplusu ilə tanışlıq. Kristal qəfəslərin modellərinin hazırlanması

Sizə verilmiş maddə nümunələrinin kolleksiyasını nəzərdən keçirin. Onların düsturlarını yazın, fiziki xassələrini xarakterizə edin və onlara əsaslanaraq kristal qəfəsin növünü təyin edin.

Kristal qəfəslərdən birinin modelini qurun.

Molekulyar quruluşa malik maddələr üçün fransız kimyaçısı J. L. Prust (1799-1803) tərəfindən kəşf edilmiş tərkibin sabitliyi qanunu etibarlıdır. Hal-hazırda bu qanun aşağıdakı kimi tərtib edilmişdir:

Prust qanunu kimyanın əsas qanunlarından biridir. Lakin ionlar kimi qeyri-molekulyar quruluşlu maddələr üçün bu qanun həmişə doğru deyil.

Açar sözlər və ifadələr

1. Maddənin bərk, maye və qaz halları.
2. Bərk maddələr: amorf və kristal.
3. Kristal qəfəslər: ion, atom, molekulyar və metal.
4. Müxtəlif növ kristal qəfəslərə malik maddələrin fiziki xassələri.
5. Kompozisiyanın sabitliyi qanunu.

Kompyuterlə işləmək

1. Elektron müraciətə baxın. Dərs materialını öyrənin və verilən tapşırıqları yerinə yetirin.
2. İnternetdə paraqrafdakı açar söz və ifadələrin məzmununu aşkar edən əlavə mənbələr kimi xidmət edə biləcək e-poçt ünvanlarını tapın. Yeni dərs hazırlamaqda müəllimə öz köməyinizi təklif edin - növbəti abzasın açar sözləri və ifadələri haqqında hesabat hazırlayın.

Suallar və tapşırıqlar

1. -205 °C-də oksigen hansı birləşmə vəziyyətində olacaq?
2. A.Belyayevin “Hava satıcısı” əsərini xatırlayın və kitabda verilmiş təsvirdən istifadə edərək bərk oksigenin xassələrini xarakterizə edin.
3. Plastiklər hansı növ maddələrdir (kristal və ya amorf)? Plastiklərin hansı xassələri sənayedə istifadəsinin əsasını təşkil edir?
4. Hansı növ almaz kristal qəfəsdir? Almaz üçün xarakterik olan fiziki xüsusiyyətləri sadalayın.
5. Bu hansı növ yod kristal şəbəkəsidir? Yodun xarakterik olan fiziki xüsusiyyətlərini sadalayın.
6. Niyə metalların ərimə nöqtəsi çox geniş diapazonda dəyişir? Bu suala cavab hazırlamaq üçün əlavə ədəbiyyatdan istifadə edin.
7. Niyə silisium məhsulu zərbə zamanı parçalanır, qurğuşun isə yalnız düzləşir? Bu hallardan hansında kimyəvi bağ pozulur, hansında isə yox? Niyə?

Təbiətdə hazırda məlum olan 14 bərk su növündən yalnız birinə - buz tapırıq. Qalanları ekstremal şəraitdə formalaşır və xüsusi laboratoriyalardan kənar müşahidələr üçün əlçatmazdır. Buzun ən maraqlı xüsusiyyəti onun heyrətamiz müxtəlif xarici təzahürləridir. Eyni kristal quruluşu ilə şəffaf dolu və buzlaqlar, tüklü qar lopaları, qar sahəsindəki sıx parlaq firn qabığı və ya nəhəng buzlaq kütlələri şəklində tamamilə fərqli görünə bilər.

Honsyu adasının qərb sahilində yerləşən Yaponiyanın kiçik Kaqa şəhərində qeyri-adi muzey fəaliyyət göstərir. Qar və buz. Onun əsasını laboratoriyada göydən düşənlər qədər gözəl süni qar dənəcikləri yetişdirməyi öyrənən ilk şəxs Ukihiro Nakaya qoyub. Bu muzeydə ziyarətçilər hər tərəfdən müntəzəm altıbucaqlılarla əhatə olunmuşdur, çünki adi buz kristallarına xas olan məhz bu “altıbucaqlı” simmetriyadır (yeri gəlmişkən, yunan sözü kristallos əslində “buz” deməkdir). O, bir çox unikal xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir və bütün sonsuz müxtəlifliyi ilə qar dənələrini altı, daha az üç və ya on iki şüa ilə ulduz şəklində böyüdür, lakin heç vaxt dörd və ya beş şüa ilə deyil.

Açıq işdə molekullar

Bərk suyun quruluşunun açarı onun molekulunun quruluşundadır. H2O sadə şəkildə tetraedr (üçbucaqlı əsaslı piramida) kimi təqdim edilə bilər. Mərkəzdə oksigen, iki təpədə hidrogen, daha dəqiq desək, proton var, elektronları oksigenlə kovalent bağın yaranmasında iştirak edir. Qalan iki təpəni molekuldaxili bağların əmələ gəlməsində iştirak etməyən cüt oksigen valent elektronları tutur, buna görə də onları tək adlandırırlar.

Bir molekulun protonu digər molekulun bir cüt tək oksigen elektronu ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, molekuldaxili bağdan daha az güclü, lakin qonşu molekulları bir yerdə tutmaq üçün kifayət qədər güclü bir hidrogen bağı yaranır. Hər bir molekul eyni vaxtda digər molekullarla ciddi şəkildə müəyyən edilmiş bucaqlarda dörd hidrogen bağı yarada bilər ki, bu da dondurulduqda sıx strukturun yaradılmasına imkan vermir. Hidrogen bağlarının bu görünməz çərçivəsi molekulları boş kanalları olan krujevalı bir şəbəkədə təşkil edir. Buz qızdırılan kimi krujeva çökür: su molekulları torun boşluqlarına düşməyə başlayır və bu, mayenin daha sıx strukturuna səbəb olur, buna görə də su buzdan daha ağırdır.

Atmosfer təzyiqində əmələ gələn və 0°C-də əriyən buz ən çox yayılmış, lakin hələ də tam başa düşülməyən maddədir. Quruluşunda və xassələrində çox şey qeyri-adi görünür. Buzun kristal qəfəsinin yerlərində oksigen atomları nizamlı şəkildə düzülmüş, nizamlı altıbucaqlılar əmələ gətirir, lakin hidrogen atomları bağlar boyunca müxtəlif mövqelər tutur. Atomların bu davranışı ümumiyyətlə atipikdir - bir qayda olaraq, bərk maddədə hamı eyni qanuna tabe olur: ya bütün atomlar nizamlı şəkildə düzülür, sonra o, kristaldır, ya da təsadüfi, sonra isə amorf maddədir.

Buz nə qədər qəribə səslənsə də, əritmək çətindir. Su molekullarını bir-birinə bağlayan hidrogen bağları olmasaydı, 90°C-də əriyərdi. Eyni zamanda, su donduqda, əksər məlum maddələrdə olduğu kimi həcmdə azalmır, ancaq buzun açıq bir quruluşunun meydana gəlməsi səbəbindən artır.

Buzun "qəribəlikləri" həm də onun böyüyən kristallarının elektromaqnit şüalanmasının əmələ gəlməsini əhatə edir. Çoxdan məlumdur ki, suda həll olunan çirklərin çoxu böyüməyə başlayanda buzun üzərinə keçmir, başqa sözlə, donur. Buna görə də, ən çirkli gölməçədə belə, buz filmi təmiz və şəffafdır. Çirklər bərk və maye mühitin interfeysində, əhəmiyyətli potensial fərqinə səbəb olan müxtəlif işarəli elektrik yüklərinin iki qatı şəklində toplanır. Yüklənmiş çirklər təbəqəsi gənc buzun alt sərhədi ilə birlikdə hərəkət edir və elektromaqnit dalğaları yayır. Bunun sayəsində kristallaşma prosesini ətraflı şəkildə müşahidə etmək olar. Beləliklə, uzunluğu iynə şəklində böyüyən bir kristal, yanal proseslərlə örtülmüş bir kristaldan fərqli olaraq yayır və böyüyən taxılların şüalanması kristalların çatlaması zamanı baş verənlərdən fərqlənir. Radiasiya impulslarının formasına, ardıcıllığına, tezliyinə və amplitudasına görə buzun hansı sürətlə donduğunu və hansı buz quruluşunun əldə edildiyini müəyyən etmək olar.

Yanlış buz

Bərk vəziyyətdə su, son məlumatlara görə, 14 struktur dəyişikliyinə malikdir. Onların bəziləri kristaldir (əksəriyyəti), bəziləri amorfdur, lakin hamısı bir-birindən su molekullarının və xassələrinin nisbi düzülüşünə görə fərqlənir. Düzdür, bizə tanış olan buzdan başqa hər şey ekzotik şəraitdə - çox aşağı temperaturda və yüksək təzyiqdə, su molekulunda hidrogen bağlarının bucaqları dəyişdikdə və altıbucaqlıdan başqa sistemlər əmələ gələndə əmələ gəlir. Məsələn, 110°C-dən aşağı temperaturda su buxarı oktaedr və ölçüləri bir neçə nanometr olan kublar şəklində metal boşqabın üzərinə çökür - bu kub buz deyilən şeydir. Temperatur 110°-dən bir qədər yuxarı olarsa və buxar konsentrasiyası çox aşağı olarsa, lövhədə həddindən artıq sıx amorf buz təbəqəsi əmələ gəlir.

XIII və XIV buzun son iki modifikasiyası Oksford alimləri tərəfindən bu yaxınlarda, 2006-cı ildə aşkar edilmişdir. Monoklin və ortoromb qəfəsləri olan buz kristallarının mövcud olması ilə bağlı 40 illik proqnozu təsdiqləmək çətin idi: 160 ° C temperaturda suyun özlülüyü çox yüksəkdir və həddindən artıq təmiz soyudulmuş suyun molekulları belə miqdarda birləşərək əmələ gəlir. kristal nüvə, çətin. Katalizator kömək etdi: aşağı temperaturda su molekullarının hərəkətliliyini artıran hidroklor turşusu. Buzun bu cür modifikasiyaları yerüstü təbiətdə əmələ gələ bilməz, lakin onları digər planetlərin donmuş peyklərində axtarmaq olar.

Komissiya belə qərar verdi

Qar dənəciyi buzun tək kristalıdır, altıbucaqlı kristalın mövzusundakı variasiyadır, lakin qeyri-tarazlıq şəraitində tez böyüyən biridir. Ən maraqlı ağıllar əsrlər boyu öz gözəlliklərinin və sonsuz müxtəlifliyinin sirri ilə mübarizə aparırlar. Astronom Johannes Kepler 1611-ci ildə "Altıbucaqlı qar dənələri haqqında" bütöv bir traktat yazdı. 1665-ci ildə Robert Huk mikroskopla gördüyü hər şeyin çoxlu eskizlərində müxtəlif formalı qar dənəciklərinin çoxlu rəsmlərini nəşr etdi. Mikroskop altında qar dənəciyinin ilk uğurlu fotoşəkili 1885-ci ildə amerikalı fermer Wilson Bentley tərəfindən çəkilmişdir. Bundan sonra dayana bilmədi. Ömrünün sonuna qədər, qırx ildən çox Bentley onların şəklini çəkdi. Beş mindən çox kristal və heç biri eyni deyil.

Bentley səbəbinin ən məşhur davamçıları artıq adı çəkilən Ukihiro Nakaya və amerikalı fizik Kennet Libbrechtdir. Nakaya ilk dəfə qar dənəciklərinin ölçüsü və formasının havanın temperaturu və rütubətindən asılı olduğunu irəli sürmüş və laboratoriyada müxtəlif formalı buz kristallarını yetişdirməklə bu fərziyyəni parlaq şəkildə təsdiq etmişdir. Libbrecht hətta əvvəlcədən müəyyən edilmiş formada xüsusi hazırlanmış qar dənəciklərini yetişdirməyə başladı.

Qar dənəciyinin həyatı temperaturun aşağı düşməsi ilə su buxarı buludunda kristal buz nüvələrinin əmələ gəlməsi ilə başlayır. Kristallaşmanın mərkəzi toz hissəcikləri, istənilən bərk hissəciklər və hətta ionlar ola bilər, lakin istənilən halda ölçüsü millimetrin onda birindən az olan bu buz parçaları artıq altıbucaqlı kristal qəfəsə malikdir.

Bu nüvələrin səthində qatılaşan su buxarı əvvəlcə kiçik altıbucaqlı prizma əmələ gətirir, onun altı küncündən tamamilə eyni buz iynələri və yanal proseslər böyüməyə başlayır. Onlar eynidir, çünki embrionun ətrafındakı temperatur və rütubət də eynidir. Onların üzərində, öz növbəsində, bir ağacda olduğu kimi yanal tumurcuqlar və budaqlar böyüyür. Belə kristallar dendritlər adlanır, yəni ağaca bənzəyir.

Buludda yuxarı və aşağı hərəkət edən bir qar dənəciyi müxtəlif temperatur və su buxarının konsentrasiyası olan şəraitlə qarşılaşır. Onun forması dəyişir, altıbucaqlı simmetriya qanunlarına sonuna qədər tabe olur. Qar dənəcikləri beləcə fərqli olur. Baxmayaraq ki, nəzəri cəhətdən eyni buludda eyni hündürlükdə, onlar eyni şəkildə “çıxa bilər”. Ancaq hər birinin yerə qədər öz yolu var, orta hesabla bir qar dənəciyi saatda 0,9 km sürətlə düşür; Bu o deməkdir ki, hər birinin öz tarixi və öz yekun forması var. Qar dənəciyini əmələ gətirən buz şəffafdır, lakin onlar çox olduqda çoxsaylı üzlərə əks olunan və səpələnən günəş işığı bizə ağ qeyri-şəffaf kütlə təəssüratı yaradır - biz buna qar deyirik.

Qar dənəciklərinin müxtəlifliyi ilə qarışıqlığın qarşısını almaq üçün Qar və Buz üzrə Beynəlxalq Komissiya 1951-ci ildə buz kristallarının kifayət qədər sadə təsnifatını qəbul etdi: lövhələr, ulduz kristalları, sütunlar və ya sütunlar, iynələr, məkan dendritləri, uçlu sütunlar və qeyri-müntəzəm formalar. Və daha üç növ buzlu yağıntı: incə qar qranulları, buz qranulları və dolu.

Şaxtanın, şaxtanın və şüşə üzərindəki naxışların böyüməsi eyni qanunlara tabedir. Bu hadisələr qar dənəcikləri kimi kondensasiya, molekul molekul, yerdə, otda, ağaclarda əmələ gəlir. Pəncərədəki naxışlar şaxtalı havada, isti otaq havasından gələn nəm şüşənin səthində kondensasiya edildikdə görünür. Ancaq su damcıları donduqda və ya su buxarı ilə doymuş buludlardakı buz qar dənəciklərinin embrionlarına sıx təbəqələrdə donduqda dolu daşları əmələ gəlir. Digər, artıq formalaşmış qar dənəcikləri, dolu daşlarına donaraq, onlarla birləşə bilər, buna görə dolu daşları ən qəribə formalar alır.

Yer üzündə bizim üçün suyun bir bərk modifikasiyası - adi buz kifayətdir. O, sözün həqiqi mənasında insan məskəninin və ya yaşayışının bütün sahələrinə nüfuz edir. Böyük miqdarda toplanan qar və buz, ayrı-ayrı kristalların və ya qar dənəciklərinin xüsusiyyətlərindən əsaslı şəkildə fərqli xüsusiyyətlərə malik xüsusi strukturlar əmələ gətirir. Dağ buzlaqları, su sahələrinin buz örtükləri, əbədi don və sadəcə mövsümi qar örtüyü böyük regionların və bütövlükdə planetin iqliminə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir: hətta qarı heç vaxt görməyənlər də Yerin qütblərində yığılmış kütlələrinin nəfəsini hiss edirlər. məsələn, Dünya Okeanının səviyyəsində uzunmüddətli dalğalanmalar şəklində. Buz isə planetimizin görünüşü və üzərindəki canlıların rahat yaşayış mühiti üçün o qədər vacibdir ki, elm adamları onun üçün xüsusi bir mühit - öz sahəsini atmosferin hündürlüyünə və yer qabığının dərinliyinə qədər uzanan kriosfer ayırıblar.

Olqa Maksimenko, kimya elmləri namizədi

Bildiyimiz kimi, bütün maddi maddələr üç əsas vəziyyətdə mövcud ola bilər: maye, bərk və qaz. Düzdür, plazmanın da vəziyyəti var ki, alimlər bunu maddənin dördüncü vəziyyətindən nə az, nə çox hesab edirlər, amma bizim məqaləmiz plazma haqqında deyil. Maddənin bərk vəziyyəti ona görə bərk olur ki, o, xüsusi kristal quruluşa malikdir, onun hissəcikləri müəyyən və aydın şəkildə müəyyən edilmiş qaydada yerləşir və beləliklə, kristal qəfəs yaradır. Kristal qəfəsin strukturu təkrarlanan eyni elementar hüceyrələrdən ibarətdir: atomlar, molekullar, ionlar və müxtəlif qovşaqlarla bağlanmış digər elementar hissəciklər.

Kristal qəfəslərin növləri

Kristal qəfəsin hissəciklərindən asılı olaraq, onun on dörd növü var, bunlardan ən məşhurları bunlardır:

• İon kristal qəfəs.
• Atom kristal qəfəsi.
• Molekulyar kristal qəfəs.
• kristal hüceyrə.

İon kristal qəfəs

İonların kristal qəfəslərinin quruluşunun əsas xüsusiyyəti ionların özlərinin əks elektrik yükləridir, bunun nəticəsində ion kristal qəfəsə malik olan maddələrin xüsusiyyətlərini təyin edən elektromaqnit sahəsi əmələ gəlir. Və bunlar odadavamlılıq, sərtlik, sıxlıq və elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyətidir. İon kristal şəbəkəsinin tipik nümunəsi süfrə duzudur.

Atom kristal qəfəsi

Atom kristal qəfəsi olan maddələr, bir qayda olaraq, düyünlərində güclü atomlara malikdir. İki eyni atom bir-biri ilə qardaş elektronları paylaşdıqda kovalent bağ yaranır və beləliklə qonşu atomlar üçün ümumi elektron cütü əmələ gəlir. Buna görə kovalent bağlar atomları möhkəm və bərabər şəkildə ciddi bir ardıcıllıqla bağlayır - bəlkə də bu, atom kristal şəbəkəsinin quruluşunun ən xarakterik xüsusiyyətidir. Bənzər bağları olan kimyəvi elementlər sərtliyi və yüksək temperaturu ilə öyünə bilər. Almaz, silisium, germanium və bor kimi kimyəvi elementlər atom kristal şəbəkəsinə malikdir.

Molekulyar kristal qəfəs

Kristal qəfəsin molekulyar növü sabit və sıx yığılmış molekulların olması ilə xarakterizə olunur. Onlar kristal şəbəkənin düyünlərində yerləşirlər. Bu qovşaqlarda onlar ion qarşılıqlı təsir qüvvələrindən on dəfə zəif olan van der Vals qüvvələri tərəfindən tutulur. Molekulyar kristal qəfəsin parlaq nümunəsi buzdur - bərk maddə, lakin mayeyə çevrilmək xüsusiyyətinə malikdir - kristal qəfəsin molekulları arasındakı bağlar çox zəifdir.

Metal kristal qəfəs

Bir metal kristal şəbəkənin əlaqə növü iondan daha çevik və çevikdir, baxmayaraq ki, görünüşdə çox oxşardırlar. Onun fərqli xüsusiyyəti qəfəs yerlərində müsbət yüklü kationların (metal ionlarının) olmasıdır. Düyünlər arasında elektrik sahəsinin yaradılmasında iştirak edən elektronlar yaşayır, bu elektronlara elektrik qazı da deyilir; Metal kristal qəfəsin belə bir quruluşunun olması onun xüsusiyyətlərini izah edir: mexaniki möhkəmlik, istilik və elektrik keçiriciliyi, ərimə qabiliyyəti.

Kristal qəfəslər, video

Və nəhayət, kristal qəfəslərin xüsusiyyətləri haqqında ətraflı video izahat.

Bərk maddələr adətən kristal quruluşa malikdir. Kosmosda ciddi şəkildə müəyyən edilmiş nöqtələrdə hissəciklərin düzgün yerləşməsi ilə xarakterizə olunur. Bu nöqtələr əqli olaraq kəsişən düz xətlərlə birləşdirildikdə fəza çərçivəsi əmələ gəlir ki, bu da adlanır. kristal qəfəs.

Hissəciklərin yerləşdiyi nöqtələr deyilir kristal qəfəs düyünləri. Xəyali qəfəsin düyünlərində ionlar, atomlar və ya molekullar ola bilər. Onlar salınımlı hərəkətlər edirlər. Temperaturun artması ilə salınımların amplitüdü artır, bu da cisimlərin istilik genişlənməsində özünü göstərir.

Hissəciklərin növündən və onlar arasındakı əlaqənin xarakterindən asılı olaraq dörd növ kristal qəfəslər fərqləndirilir: ion, atom, molekulyar və metal.

İonlardan ibarət kristal qəfəslərə ion deyilir. Onlar ion bağları olan maddələrdən əmələ gəlir. Buna misal olaraq natrium xlorid kristalını göstərmək olar, burada artıq qeyd edildiyi kimi, hər bir natrium ionu altı xlorid ionu və hər bir xlorid ionu altı natrium ionu ilə əhatə olunmuşdur. Bu tənzimləmə, ionlar kristalda yerləşən kürələr şəklində göstərildiyi təqdirdə ən sıx qablaşdırmaya uyğun gəlir. Çox vaxt kristal qəfəslər Şəkildə göstərildiyi kimi təsvir olunur, burada yalnız hissəciklərin nisbi mövqeləri göstərilir, lakin onların ölçüləri deyil.

Kristalda və ya ayrı-ayrı molekulda verilmiş zərrəciklə yaxından bitişik olan ən yaxın qonşu hissəciklərin sayı deyilir. koordinasiya nömrəsi.

Natrium xlorid qəfəsində hər iki ionun koordinasiya nömrələri 6-dır. Deməli, natrium xlorid kristalında ayrı-ayrı duz molekullarını təcrid etmək mümkün deyil. Onların heç biri yoxdur. Bütün kristal bərabər sayda Na + və Cl - ionlarından, Na n Cl n, burada n böyük rəqəmdən ibarət nəhəng bir makromolekul kimi qəbul edilməlidir. Belə bir kristalda ionlar arasındakı bağlar çox güclüdür. Buna görə də ion qəfəsi olan maddələr nisbətən yüksək sərtliyə malikdirlər. Onlar odadavamlıdır və alçaq uçurlar.

İon kristallarının əriməsi ionların bir-birinə nisbətən həndəsi cəhətdən düzgün oriyentasiyasının pozulmasına və aralarındakı əlaqənin gücünün azalmasına səbəb olur. Buna görə də onların ərimələri elektrik cərəyanını keçirir. İon birləşmələri ümumiyyətlə su kimi qütb molekullarından ibarət mayelərdə asanlıqla həll olunur.

Düyünlərində ayrı-ayrı atomların olduğu kristal qəfəslərə atom deyilir. Belə qəfəslərdəki atomlar bir-biri ilə güclü kovalent bağlarla bağlıdır. Məsələn, karbonun modifikasiyalarından biri olan almazdır. Almaz, hər biri dörd qonşu atomla bağlanmış karbon atomlarından ibarətdir. Almazda karbonun koordinasiya sayı 4-dür . Almaz qəfəsdə, natrium xlorid qəfəsindəki kimi, molekullar yoxdur. Bütün kristal nəhəng bir molekul kimi qəbul edilməlidir. Atom kristal şəbəkəsi bərk bor, silisium, germanium və bəzi elementlərin karbon və silisiumla birləşmələri üçün xarakterikdir.

Molekullardan (qütblü və qeyri-qütblü) ibarət kristal qəfəslərə molekulyar deyilir.

Belə qəfəslərdəki molekullar bir-biri ilə nisbətən zəif molekullararası qüvvələr vasitəsilə bağlanır. Buna görə də molekulyar qəfəsli maddələr aşağı sərtliyə və aşağı ərimə nöqtələrinə malikdir, suda həll olunmur və ya az həll olunur və onların məhlulları demək olar ki, elektrik cərəyanını keçirmir. Molekulyar qəfəsli qeyri-üzvi maddələrin sayı azdır.

Bunlara misal olaraq buz, bərk karbon monoksit (IV) (“quru buz”), bərk hidrogen halidləri, bir- (nəcib qazlar), iki- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2) əmələ gələn bərk sadə maddələri göstərmək olar. H 2, O 2, N 2), üç- (O 3), dörd- (P 4), səkkiz- (S 8) atom molekulları. Yodun molekulyar kristal şəbəkəsi Şəkildə göstərilmişdir. . Əksər kristal üzvi birləşmələr molekulyar qəfəsə malikdir.

Kristal qəfəsin düyünlərində bəzi maddələrin qeyri-qütb molekulları varsa (məsələn, yod mən 2, oksigen O 2 və ya azot N 2), onda onlar bir-birlərinə qarşı heç bir elektrik “rəğbəti” yaşamırlar. Başqa sözlə, onların molekulları elektrostatik qüvvələr tərəfindən cəlb edilməməlidir. Və hələ də bir şey onları yaxın saxlayır. Tam olaraq nə?

Belə çıxır ki, bərk halda bu molekullar bir-birinə o qədər yaxınlaşır ki, onların elektron buludlarında ani (çox zəif də olsa) reaksiyalar başlayır. ofsetlər- elektron buludlarının kondensasiyası və seyrəkləşməsi. Qütb olmayan hissəciklərin əvəzinə artıq elektrostatik olaraq bir-birinə cəlb oluna bilən "ani dipollar" görünür. Lakin bu cazibə çox zəifdir. Buna görə də, qeyri-qütblü maddələrin kristal qəfəsləri kövrəkdir və yalnız çox aşağı temperaturda, "kosmik" soyuqda mövcuddur.

Astronomlar həqiqətən də göy cisimlərini - kometləri, asteroidləri, hətta bütöv planetləri aşkar ediblər. azot, oksigen və normal yer şəraitində qazlar halında mövcud olan və planetlərarası fəzada bərk hala gələn digər maddələr.

	Bir çox sadə və mürəkkəb maddələrlə molekulyar kristal qəfəs hər kəsə yaxşı məlumdur. Bu, məsələn, kristaldir yod mən 2:
Kristal qəfəs belə qurulur yod: yod molekullarından ibarətdir (hər birində iki yod atomu var).
	Və bu molekullar bir-biri ilə olduqca zəif bağlıdır. Buna görə kristal yod belə uçucudur və hətta ən kiçik qızdırma ilə buxarlanır, qazlı yoda - gözəl bənövşəyi buxara çevrilir.

Nə ümumi maddələr molekulyar kristal qəfəs?

• Kristal su (buz) qütb molekullarından ibarətdir su H2O.
• Dondurmanı soyutmaq üçün istifadə edilən “quru buz” kristalları da molekulyar kristallardır karbon qazı CO2.
• Başqa bir nümunə molekullardan kristallar əmələ gətirən şəkərdir saxaroza.

Kristal qəfəsin düyünlərində maddənin molekulları olduqda, bu molekullar qütblü olsa belə, aralarındakı bağlar çox güclü olmur.
Buna görə də belə kristalları əritmək və ya molekulyar kristal quruluşlu maddələri buxarlamaq üçün onları qırmızı istiliyə qədər qızdırmaq lazım deyil.
Artıq 0 °C-də kristal quruluşu buz məhv edilir və belə çıxır su. Və "quru buz" normal təzyiqdə ərimir, dərhal qaza çevrilir karbon qazı- sublimasiya edir.

Başqa bir şey maddələrdir atom hər bir atomun öz qonşularına çox güclü kovalent bağlarla bağlandığı kristal qəfəs və bütövlükdə bütün kristal, istəsək, nəhəng molekul sayıla bilər.

Məsələn, hesab edə bilərsiniz almaz kristal, atomlardan ibarətdir karbon.

	Atom karbon İLƏ, iki qoşalaşdırılmamış ehtiva edir R -elektron atoma çevrilir karbon İLƏ*, burada xarici valentlik səviyyəsinin bütün dörd elektronu fərdi orbitallarda yerləşir və kimyəvi bağlar yaratmağa qadirdir. Kimyaçılar belə bir atom adlandırırlar. həyəcanlı".
Bu vəziyyətdə, dörd kimyəvi bağ var və hamısı çox davamlı. Təəccüblü deyil almaz - ən sərt maddədir təbiətdə və qədim zamanlardan bəri bütün qiymətli daşların və qiymətli daşların şahı hesab olunur. Və adının özü yunanca "sarsılmaz" deməkdir.
	Kəsilmiş kristallardan almaz bahalı zinət əşyalarını bəzəyən brilyantlar istehsal edir

İnsanlar tərəfindən tapılan ən gözəl brilyantların öz, bəzən də faciəvi tarixi var. Oxuyun >>>

Amma almaz təkcə bəzək üçün getmir. Onun kristalları ən sərt materialların emalı, qayaların qazılması, şüşə və büllurların kəsilməsi və kəsilməsi üçün alətlərdə istifadə olunur.

Almazdan (solda) və qrafitdən (sağda) kristal qəfəs

Qrafit eyni kompozisiya karbon, lakin onun kristal qəfəs quruluşu almazın quruluşu ilə eyni deyil. IN qrafit karbon atomları qatlarda düzülmüşdür, onların içərisində karbon atomlarının birləşməsi bal pətəyinə bənzəyir. Bu təbəqələr bir-birinə hər təbəqədəki karbon atomlarından çox daha sərbəst bağlıdır. Buna görə də qrafit O, asanlıqla lopalara ayrılır və onunla yaza bilərsiniz. Qələmlərin istehsalı üçün, həmçinin yüksək temperaturda işləyən maşın hissələri üçün uyğun quru sürtkü kimi istifadə olunur. Bundan başqa, qrafit elektrik cərəyanını yaxşı keçirir və ondan elektrodlar hazırlanır.

Ucuz mümkündürmü qrafit qiymətlilərə çevrilir almaz? Bu mümkündür, lakin bunun üçün inanılmaz yüksək təzyiq (bir neçə min atmosfer) və yüksək temperatur (bir yarım min dərəcə) tələb olunacaq.
"Xorlamaq" daha asandır almaz: yalnız onu 1500 ° C-yə hava girişi olmadan və kristal quruluşu ilə qızdırmaq lazımdır almaz daha az nizamlı bir quruluşa çevriləcək qrafit.