Кристалдық торлар. Химиядағы кристалдық торлар Иондық кристалдық торлар

Материя, өздеріңіз білетіндей, агрегацияның үш күйінде болуы мүмкін: газ тәрізді, сұйық және қатты (70-сурет). Мысалы, қалыпты жағдайда газ болып табылатын оттегі -194°С температурада көк түсті сұйықтыққа айналады, ал -218,8°С температурада көк түсті кристалдардан тұратын қар тәрізді массаға айналады.

Күріш. 70.
Судың физикалық күйлері

Қатты денелер кристалдық және аморфты болып бөлінеді.

Аморфты заттардың анық балқу температурасы болмайды – қыздырған кезде олар бірте-бірте жұмсарып, сұйық күйге айналады. Аморфты заттарға пластмассалардың көпшілігі (мысалы, полиэтилен), балауыз, шоколад, пластилин, әртүрлі шайырлар және сағыздар жатады (71-сурет).

Күріш. 71.
Аморфты заттар мен материалдар

Кристалдық заттар кеңістіктегі қатаң белгіленген нүктелерде олардың құрамдас бөлшектерінің дұрыс орналасуымен сипатталады. Бұл нүктелерді түзу сызықтармен қосқанда кристалдық тор деп аталатын кеңістіктік рамка пайда болады. Кристалл бөлшектері орналасқан нүктелер тор түйіндері деп аталады.

Елестетілген кристалдық тордың түйіндерінде бір атомды иондар, атомдар және молекулалар болуы мүмкін. Бұл бөлшектер тербелмелі қозғалыстар жасайды. Температураның жоғарылауымен бұл тербелістердің диапазоны артады, бұл, әдетте, денелердің жылулық кеңеюіне әкеледі.

Кристалл торының түйіндерінде орналасқан бөлшектердің түріне және олардың арасындағы байланыс сипатына қарай кристалдық торлардың төрт түрі бөлінеді: иондық, атомдық, молекулалық және металлдық (6-кесте).

6-кесте
Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі элементтердің орны және олардың жай заттарының кристалдық торларының түрлері

Кестеде көрсетілмеген элементтерден түзілген қарапайым заттардың металл торы болады.

Иондық торлар түйіндерінде иондар бар кристалдық торлар деп аталады. Олар иондық байланыстары бар заттармен түзіледі, олар жай иондар Na +, Cl - және күрделі иондар, OH - екеуін де байланыстыра алады. Демек, иондық кристалдық торларда тұздар, негіздер (сілтілер) және кейбір оксидтер болады. Мысалы, натрий хлоридінің кристалы ауыспалы оң Na+ және теріс Cl - иондарынан түзіліп, текше тәрізді тор түзеді (72-сурет). Мұндай кристалдағы иондар арасындағы байланыс өте күшті. Сондықтан иондық торы бар заттар салыстырмалы түрде жоғары қаттылық пен беріктікке ие, олар отқа төзімді және ұшпайды.

Күріш. 72.
Иондық кристалдық тор (натрий хлориді)

Атомдық торлар кристалдық торлар деп аталады, олардың түйіндерінде жеке атомдар болады. Мұндай торларда атомдар бір-бірімен өте күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысады.

Күріш. 73.
Атомдық кристалдық тор (алмас)

Алмазда кристалдық тордың бұл түрі бар (73-сурет), көміртегінің аллотропиялық модификацияларының бірі. Кесілген және жылтыратылған гауһар тастар бриллианттар деп аталады. Олар зергерлік бұйымдарда кеңінен қолданылады (74-сурет).

Күріш. 74.
Гауһар тастары бар екі империялық тәж:
а - Британ империясының тәжі; б - Ресей империясының ұлы императорлық тәжі

Атомдық кристалдық торы бар заттарға кристалдық бор, кремний және германий, сондай-ақ күрделі заттар, мысалы, кремний (IV) оксиді SiO 2 кіретін кремний тотығы, кварц, құм, тау кристалы жатады (75-сурет).

Күріш. 75.
Атомдық кристалдық тор (кремний (IV) оксиді)

Атомдық кристалдық торы бар заттардың көпшілігінің балқу температуралары өте жоғары (мысалы, алмаз үшін ол 3500 °C жоғары, кремний үшін - 1415 °C, кремний диоксиді үшін - 1728 °C), олар берік және қатты, іс жүзінде ерімейді.

Молекулалық - молекулалары түйіндерде орналасқан кристалдық торлар. Бұл молекулалардағы химиялық байланыстар ковалентті полярлы (HCl сутегі хлориді, су H20) және ковалентті полярлы емес (азот N2, озон 03) болуы мүмкін. Молекулалардың ішіндегі атомдар өте күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысқанына қарамастан, молекулалардың өздері арасында әлсіз молекулааралық тартылыс күштері әрекет етеді. Сондықтан молекулалық кристалдық торлары бар заттардың қаттылығы төмен, балқу температурасы төмен, ұшқыш болады.

Молекулалық кристалдық торлары бар заттардың мысалы ретінде қатты су – мұз, қатты көміртегі тотығы (IV) C) 2 – «құрғақ мұз» (76-сурет), қатты сутегі хлориді HCl және күкіртсутек H 2 S, мономен түзілген қатты жай заттар. - (асыл газдар: гелий, неон, аргон, криптон), екі- (сутегі H 2, оттегі O 2, хлор Cl 2, азот N 2, йод 1 2), үш- (озон O 3), төрт- (ақ) фосфор P 4 ), сегіз атомды (күкірт S 7) молекулалары. Қатты органикалық қосылыстардың көпшілігінде молекулалық кристалдық торлар (нафталин, глюкоза, қант) болады.

Күріш. 76.
Молекулалық кристалдық тор (көмірқышқыл газы)

Металлдық байланысы бар заттардың металдық кристалдық торлары болады (77-сурет). Мұндай торлардың орындарында атомдар мен иондар болады (не атомдар немесе иондар, оларға металл атомдары оңай айналады, жалпы пайдалану үшін сыртқы электрондарын береді). Металдардың бұл ішкі құрылымы олардың тән физикалық қасиеттерін: иілгіштігін, иілгіштігін, электр және жылу өткізгіштігін, металдық жылтырлығын анықтайды.

Күріш. 77.
Металл кристалдық тор (темір)

Зертханалық тәжірибе No13
Кристалл торының әртүрлі типтері бар заттар жиынтығымен таныстыру. Кристалл торларының үлгілерін жасау

Сізге берілген зат үлгілерінің жинағын қарап шығыңыз. Олардың формулаларын жазып, физикалық қасиеттерін сипаттаңыз және олардың негізінде кристалдық тордың түрін анықтаңыз.

Кристалл торларының біреуінің моделін құрастыр.

Молекулалық құрылымы бар заттар үшін француз химигі Ж.Л.Пруст (1799-1803) ашқан құрамның тұрақтылық заңы жарамды. Қазіргі уақытта бұл заң келесідей тұжырымдалған:

Пруст заңы – химияның негізгі заңдарының бірі. Бірақ иондық сияқты молекулалық емес құрылымдағы заттар үшін бұл заң әрқашан дұрыс бола бермейді.

Негізгі сөздер мен сөз тіркестері

1. Заттың қатты, сұйық және газ тәрізді күйлері.
2. Қатты денелер: аморфты және кристалды.
3. Кристалдық торлар: иондық, атомдық, молекулалық және металдық.
4. Әр түрлі кристалдық торлары бар заттардың физикалық қасиеттері.
5. Композицияның тұрақтылық заңы.

Компьютермен жұмыс

1. Электрондық өтінімді қараңыз. Сабақ материалын оқып, берілген тапсырмаларды орындаңыз.
2. Параграфтағы кілт сөздер мен сөз тіркестерінің мазмұнын ашатын қосымша көздер ретінде қызмет ете алатын Интернеттен электрондық пошта мекенжайларын табыңыз. Жаңа сабақты дайындауда мұғалімге өз көмегіңізді ұсыныңыз - келесі абзацтың тірек сөздері мен сөз тіркестері бойынша баяндама жасаңыз.

Сұрақтар мен тапсырмалар

1. -205°С температурада оттегі қандай агрегаттық күйде болады?
2. А.Беляевтің «Ауа сатушы» еңбегін еске түсіріп, кітапта берілген сипаттамасы бойынша қатты оттегінің қасиеттерін сипаттаңыз.
3. Пластмассалар қандай заттардың түріне (кристалды немесе аморфты) жатады? Пластмассалардың өнеркәсіптік қолданылуының негізінде қандай қасиеттері жатыр?
4. Алмаз кристалдық тордың қандай түрі? Алмазға тән физикалық қасиеттерді көрсетіңіз.
5. Йодтың кристалдық торының қандай түріне жатады? Йодқа тән физикалық қасиеттерді көрсетіңіз.
6. Неліктен металдардың балқу температурасы өте кең диапазонда өзгереді? Бұл сұраққа жауап дайындау үшін қосымша әдебиеттерді пайдаланыңыз.
7. Неліктен кремний өнімі соқтығысқанда бөліктерге бөлінеді, ал қорғасын тек тегістеледі? Осы жағдайлардың қайсысында химиялық байланыс бұзылады, ал қайсысында бұзылмайды? Неліктен?

Табиғаттағы қатты судың қазіргі кезде белгілі 14 түрінің біз тек біреуін - мұзды табамыз. Қалғандары төтенше жағдайларда қалыптасады және арнайы зертханалардан тыс бақылаулар үшін қол жетімсіз. Мұздың ең қызықты қасиеті - оның сыртқы көріністерінің таңғажайып әртүрлілігі. Бірдей кристалдық құрылыммен ол мөлдір бұршақ және мұз айдыны, үлпілдек қардың үлпектері, қар өрісіндегі тығыз жылтыр қыртыс немесе алып мұздық массалары түрінде көрінуі мүмкін.

Хонсю аралының батыс жағалауында орналасқан жапондық кішкентай Кага қаласында ерекше мұражай бар. Қар мен мұз. Оның негізін зертханада аспаннан құлағандай әдемі жасанды қар түйіршіктерін өсіруді алғаш үйренген Укихиро Накая қойған. Бұл мұражайда келушілер барлық жағынан кәдімгі алтыбұрыштармен қоршалған, өйткені кәдімгі мұз кристалдарына дәл осы «алтыбұрышты» симметрия тән (айтпақшы, гректің kristallos сөзі «мұз» дегенді білдіреді). Ол өзінің көптеген қайталанбас қасиеттерін анықтайды және қар ұшқындарын өзінің шексіз алуан түрлілігімен алты, сирек үш немесе он екі сәулесі бар жұлдыздар түрінде өсіреді, бірақ ешқашан төрт немесе бес сәулемен емес.

Ашық жұмыстағы молекулалар

Қатты судың құрылымының кілті оның молекуласының құрылымында жатыр. H2O қарапайым түрде тетраэдр (үшбұрышты негізі бар пирамида) түрінде ұсынылуы мүмкін. Орталықта оттегі, екі төбесінде сутегі, дәлірек айтқанда протон, оның электрондары оттегімен коваленттік байланыс түзуге қатысады. Қалған екі төбеде молекулаішілік байланыстардың түзілуіне қатыспайтын оттегінің валенттік электрондарының жұптары орналасқан, сондықтан оларды жалғыз деп атайды.

Бір молекуланың протоны басқа молекуланың жұп жалғыз оттегі электрондарымен әрекеттескенде, молекулаішілік байланысқа қарағанда күшті емес, бірақ көрші молекулаларды біріктіретіндей күшті сутектік байланыс түзіледі. Әрбір молекула бір мезгілде басқа молекулалармен қатаң анықталған бұрыштарда төрт сутегі байланысын құра алады, бұл мұздатылған кезде тығыз құрылымды құруға мүмкіндік бермейді. Бұл сутегі байланыстарының көзге көрінбейтін шеңбері молекулаларды қуыс арналары бар шілтерлі желіге орналастырады. Мұз қызған кезде шілтер құлап кетеді: су молекулалары тордың бос жерлеріне түсе бастайды, бұл сұйықтықтың неғұрлым тығыз құрылымына әкеледі, сондықтан су мұздан ауыр.

Атмосфералық қысымда түзілетін және 0°С-та еритін мұз – ең көп таралған, бірақ әлі де толық зерттелмеген зат. Оның құрылымы мен қасиеттерінде көп нәрсе әдеттен тыс көрінеді. Мұздың кристалдық торының орындарында оттегі атомдары реттелген түрде орналасып, дұрыс алтыбұрыштар құрайды, бірақ сутегі атомдары байланыстар бойында әртүрлі позицияларды алады. Атомдардың мұндай мінез-құлқы әдетте атипті болып табылады - әдетте, қатты затта барлығы бірдей заңға бағынады: не барлық атомдар реттелген түрде орналасады, содан кейін ол кристалды, немесе кездейсоқ, содан кейін ол аморфты зат болып табылады.

Мұз қаншалықты оғаш естілсе де еруі қиын. Егер су молекулаларын біріктіретін сутектік байланыс болмаса, ол 90°С-та балқитын еді. Сонымен қатар, су қатқанда, ол көптеген белгілі заттар сияқты көлемі азаймайды, бірақ ашық мұз құрылымының пайда болуына байланысты ұлғаяды.

Мұздың «біртүрлілігі» оның өсіп келе жатқан кристалдары арқылы электромагниттік сәулеленуді де қамтиды. Суда еріген қоспалардың көпшілігі мұз өсе бастағанда оған ауыспайды, басқаша айтқанда, қатып қалады; Сондықтан ең лас шалшықта да мұз пленкасы таза және мөлдір болады. Қоспалар қатты және сұйық орталардың шекарасында, таңбалары әртүрлі электр зарядтарының екі қабаты түрінде жиналады, бұл айтарлықтай потенциалдар айырмасын тудырады. Қоспалардың зарядталған қабаты жас мұздың төменгі шекарасымен бірге қозғалып, электромагниттік толқындар шығарады. Осының арқасында кристалдану процесін егжей-тегжейлі байқауға болады. Осылайша, ұзындығы ине түрінде өсетін кристал бүйірлік процестермен жабылған кристалдан басқаша сәуле шығарады, ал өсіп келе жатқан дәндердің сәулеленуі кристалдар жарылған кездегіден ерекшеленеді. Сәулелену импульстерінің пішіні, реттілігі, жиілігі және амплитудасы бойынша мұздың қандай жылдамдықпен қататынын және мұздың қандай құрылымы алынатынын анықтауға болады.

Дұрыс емес мұз

Қатты күйде су соңғы мәліметтер бойынша 14 құрылымдық модификацияға ие. Олардың кейбіреулері кристалды (көпшілігі), кейбіреулері аморфты, бірақ олардың барлығы бір-бірінен су молекулалары мен қасиеттерінің салыстырмалы орналасуымен ерекшеленеді. Рас, бізге таныс мұздан басқаның бәрі экзотикалық жағдайда – өте төмен температура мен жоғары қысымда, су молекуласындағы сутектік байланыстардың бұрыштары өзгеріп, алтыбұрыштыдан басқа жүйелер пайда болғанда түзіледі. Мысалы, 110°С-тан төмен температурада су буы октаэдр және өлшемдері бірнеше нанометр текшелер түрінде металл пластинада тұнбаға түседі - бұл текше мұз деп аталады. Температура 110°-тан сәл жоғары болса, ал будың концентрациясы өте төмен болса, пластинада өте тығыз аморфты мұз қабаты пайда болады.

XIII және XIV мұздың соңғы екі модификациясын Оксфорд ғалымдары жақында, 2006 жылы ашты. Моноклиникалық және орторомбты торлары бар мұз кристалдары болуы керек деген 40 жастағы болжамды растау қиын болды: 160 ° C температурадағы судың тұтқырлығы өте жоғары және өте таза суытылған судың молекулалары осындай мөлшерде біріктіріліп, түзіледі. кристалдық ядро, қиын. Катализатор көмектесті: төмен температурада су молекулаларының қозғалғыштығын арттыратын тұз қышқылы. Мұздың мұндай модификациялары жердегі табиғатта қалыптаса алмайды, бірақ оларды басқа планеталардың қатып қалған серіктерінен іздеуге болады.

Комиссия осылай шешті

Қар ұшқыны - мұздың бір кристалы, алтыбұрышты кристалл тақырыбының вариациясы, бірақ тепе-теңдіксіз жағдайларда тез өсетін. Ең ізденімпаз саналар ғасырлар бойы өздерінің сұлулығы мен шексіз алуан түрлілігінің құпиясымен күресіп келеді. Астроном Иоганнес Кеплер 1611 жылы «Алты бұрышты қар түйіршіктері туралы» бүкіл трактатын жазды. 1665 жылы Роберт Гук микроскоппен көрген барлық нәрселердің үлкен көлемдегі эскизінде әртүрлі пішіндегі қар бүршіктерінің көптеген суреттерін жариялады. Микроскоп астындағы қар ұшқынының алғашқы сәтті фотосуретін 1885 жылы американдық фермер Уилсон Бентли түсірген. Содан бері ол тоқтай алмады. Өмірінің соңына дейін, қырық жылдан астам уақыт бойы Bentley оларды суретке түсірді. Бес мыңнан астам кристалдар, бірде-біреуі бірдей емес.

Bentley себебінің ең танымал ізбасарлары - жоғарыда аталған Укихиро Накая және американдық физик Кеннет Либрехт. Накая бірінші болып қар түйіршіктерінің мөлшері мен пішіні ауа температурасы мен ылғалдылыққа байланысты екенін айтты және зертханада әртүрлі пішіндегі мұз кристалдарын өсіру арқылы бұл гипотезаны тәжірибе жүзінде тамаша дәлелдеді. Ал Либбрехт тіпті алдын ала белгіленген пішіндегі тапсырыс бойынша жасалған снежинкаларды өсіре бастады.

Қар ұшқынының өмірі температура төмендеген кезде су буының бұлтында кристалды мұз ядроларының пайда болуымен басталады. Кристалдану орталығы шаң бөлшектері, кез келген қатты бөлшектер немесе тіпті иондар болуы мүмкін, бірақ кез келген жағдайда, өлшемі миллиметрдің оннан бір бөлігінен аз мұздың бұл бөліктерінде алтыбұрышты кристалдық тор бар.

Осы ядролардың бетінде конденсацияланған су буы алдымен кішкентай алтыбұрышты призманы құрайды, оның алты бұрышынан толығымен бірдей мұз инелер мен бүйірлік процестер өсе бастайды. Олар бірдей, өйткені эмбрионның айналасындағы температура мен ылғалдылық бірдей. Оларда, өз кезегінде, ағаштағы сияқты бүйірлік қашу мен бұтақтар өседі. Мұндай кристалдар дендриттер деп аталады, яғни ағашқа ұқсас.

Бұлтта жоғары және төмен қозғала отырып, қар ұшқыны әртүрлі температура мен су буының концентрациясы бар жағдайларға тап болады. Оның пішіні алтыбұрышты симметрия заңдарына соңғысына дейін бағынып өзгереді. Қар түйіршіктері осылайша өзгереді. Теориялық тұрғыдан алғанда, бір биіктікте бір бұлтта, олар бірдей «шығуы» мүмкін. Бірақ әрқайсысының жерге апаратын өз жолы бар, ол орташа есеппен сағатына 0,9 км жылдамдықпен түседі. Бұл әрқайсысының өз тарихы және өзінің соңғы формасы бар дегенді білдіреді. Қар ұшқындарын құрайтын мұз мөлдір, бірақ олар көп болған кезде көптеген беттерге шағылысып, шашыраңқы күн сәулесі бізге ақ мөлдір емес массаның әсерін береді - біз оны қар дейміз.

Қар ұшқындарының әртүрлілігімен шатастырмау үшін 1951 жылы Қар және мұз жөніндегі халықаралық комиссия мұз кристалдарының өте қарапайым классификациясын қабылдады: пластиналар, жұлдызды кристалдар, бағандар немесе бағаналар, инелер, кеңістіктік дендриттер, ұшы бар бағаналар және дұрыс емес пішіндер. Мұзды жауын-шашынның тағы үш түрі: жұқа қар түйіршіктері, мұз түйіршіктері және бұршақ.

Аяздың, қыраудың және әйнектегі өрнектердің өсуі де сол заңдылықтарға бағынады. Бұл құбылыстар қар түйіршіктері сияқты конденсациядан, молекула-молекуладан, жерде, шөпте, ағаштарда пайда болады. Терезедегі өрнектер аязды ауа райында, жылы бөлмедегі ауаның ылғалдылығы әйнектің бетінде конденсацияланған кезде пайда болады. Бірақ бұршақ тастары су тамшылары қатқанда немесе су буымен қаныққан бұлттағы мұз қар бүршіктерінің эмбриондарында тығыз қабаттарда қатып қалғанда пайда болады. Басқа, бұрыннан қалыптасқан қар бүршіктері бұршақтарға қатып, олармен біріктірілуі мүмкін, соның арқасында бұршақ ең оғаш пішіндерге ие болады.

Жердегі біз үшін судың бір қатты модификациясы - кәдімгі мұз - жеткілікті. Ол адамның өмір сүруінің немесе тұруының барлық аймақтарына тікелей енеді. Қар мен мұз үлкен мөлшерде жиналып, жеке кристалдар мен қар түйіршіктерінен түбегейлі ерекшеленетін қасиеттері бар ерекше құрылымдарды құрайды. Тау мұздықтары, акваториялардың мұз жамылғылары, мәңгі тоңдар және жай ғана маусымдық қар жамылғысы үлкен аймақтардың және жалпы планетаның климатына айтарлықтай әсер етеді: тіпті қарды ешқашан көрмегендер де оның Жер полюстерінде жиналған массасының тынысын сезінеді, өйткені мысалы, Дүниежүзілік мұхит деңгейінің ұзақ мерзімді ауытқуы түрінде. Ал мұздың біздің планетамыздың пайда болуы және ондағы тірі тіршілік иелерінің қолайлы ортасы үшін маңыздылығы соншалық, ғалымдар оған арнайы орта – криосфера бөлді, ол өз доменін атмосфераға жоғары және жер қыртысына тереңдетеді.

Ольга Максименко, химия ғылымдарының кандидаты

Біз білетіндей, барлық материалдық заттар үш негізгі күйде болуы мүмкін: сұйық, қатты және газ тәрізді. Рас, плазма күйі де бар, оны ғалымдар материяның төртінші күйінен кем санамайды, бірақ біздің мақаламыз плазма туралы емес. Заттың қатты күйі сондықтан қатты болады, өйткені оның ерекше кристалдық құрылымы бар, оның бөлшектері белгілі және нақты анықталған тәртіпте болады, осылайша кристалдық тор жасайды. Кристалл торының құрылымы қайталанатын бірдей элементар жасушалардан тұрады: атомдар, молекулалар, иондар және әртүрлі түйіндер арқылы қосылған басқа элементар бөлшектер.

Кристалл торларының түрлері

Кристалдық тордың бөлшектеріне байланысты оның он төрт түрі бар, олардың ең танымалдары:

• Иондық кристалдық тор.
• Атомдық кристалдық тор.
• Молекулалық кристалдық тор.
• кристалдық жасуша.

Иондық кристалдық тор

Иондардың кристалдық торының құрылымының негізгі ерекшелігі иондардың өздеріне қарама-қарсы электр зарядтары болып табылады, нәтижесінде иондық кристалдық торы бар заттардың қасиеттерін анықтайтын электромагниттік өріс пайда болады. Ал бұл отқа төзімділік, қаттылық, тығыздық және электр тогын өткізу қабілеті. Иондық кристалдық тордың типтік мысалы ас тұзы болып табылады.

Атомдық кристалдық тор

Атомдық кристалдық торы бар заттардың, әдетте, түйіндерінде күшті атомдары болады. Ковалентті байланыс екі бірдей атом бір-бірімен бауырлас электрондарды бөліскенде пайда болады, осылайша көрші атомдар үшін ортақ электрон жұбын құрайды. Осыған байланысты коваленттік байланыстар атомдарды қатаң тәртіпте тығыз және біркелкі байланыстырады - бұл атомдық кристалдық тордың құрылымының ең тән белгісі болуы мүмкін. Ұқсас байланыстары бар химиялық элементтер өздерінің қаттылығымен және жоғары температурасымен мақтана алады. Алмаз, кремний, германий және бор сияқты химиялық элементтер атомдық кристалдық торға ие.

Молекулалық кристалдық тор

Кристалдық тордың молекулалық түрі тұрақты және тығыз орналасқан молекулалардың болуымен сипатталады. Олар кристалдық тордың түйіндерінде орналасады. Бұл түйіндерде оларды ван-дер-вальс күштері ұстайды, олар иондық әсерлесу күштерінен он есе әлсіз. Молекулалық кристалдық тордың жарқын мысалы - мұз - қатты зат, алайда, сұйыққа айналу қасиеті бар - кристалдық тордың молекулалары арасындағы байланыстар өте әлсіз.

Металл кристалдық тор

Металл кристалдық тордың қосылу түрі иондық торға қарағанда икемді және икемді, бірақ сыртқы түрі бойынша олар өте ұқсас. Оның айырықша ерекшелігі - тор учаскелерінде оң зарядталған катиондардың (металл иондарының) болуы. Түйіндердің арасында электр өрісін құруға қатысатын электрондар өмір сүреді, бұл электрондарды электрлік газ деп те атайды; Металл кристалдық тордың мұндай құрылымының болуы оның қасиеттерін түсіндіреді: механикалық беріктік, жылу және электр өткізгіштік, балқу.

Кристалды торлар, бейне

Соңында, кристалдық торлардың қасиеттері туралы егжей-тегжейлі бейне түсініктеме.

Қатты заттардың әдетте кристалдық құрылымы болады. Ол бөлшектердің кеңістікте қатаң белгіленген нүктелерде дұрыс орналасуымен сипатталады. Бұл нүктелер қиылысатын түзулер арқылы ойша байланысқан кезде кеңістіктік жақтау пайда болады, ол деп аталады. кристалдық тор.

Бөлшектердің орналасқан нүктелері деп аталады кристалдық тор түйіндері. Елестетілген тордың түйіндерінде иондар, атомдар немесе молекулалар болуы мүмкін. Олар тербелмелі қозғалыстар жасайды. Температураның жоғарылауымен тербеліс амплитудасы артады, бұл денелердің жылулық кеңеюінде көрінеді.

Бөлшектердің түріне және олардың арасындағы байланыс сипатына қарай кристалдық торлардың төрт түрін ажыратады: иондық, атомдық, молекулалық және металлдық.

Иондардан тұратын кристалдық торлар иондық деп аталады. Олар иондық байланыстары бар заттардан түзіледі. Мысал ретінде натрий хлоридінің кристалын келтіруге болады, онда жоғарыда айтылғандай, әрбір натрий ионы алты хлорид ионымен, ал әрбір хлорид ионы алты натрий ионымен қоршалған. Бұл орналасу ең тығыз қаптамаға сәйкес келеді, егер иондар кристалда орналасқан шарлар түрінде ұсынылса. Көбінесе кристалдық торлар суретте көрсетілгендей бейнеленген, мұнда тек бөлшектердің салыстырмалы орналасуы көрсетілген, бірақ олардың өлшемдері емес.

Кристалдағы немесе жеке молекуладағы берілген бөлшекке жақын көршілес бөлшектердің саны деп аталады. үйлестіру нөмірі.

Натрий хлоридінің торында екі ионның координациялық сандары 6. Демек, натрий хлоридінің кристалында тұздың жеке молекулаларын бөліп алу мүмкін емес. Олар жоқ. Бүкіл кристалды Na+ және Cl – иондарының, Na n Cl n, мұндағы n – үлкен санның тең санынан тұратын алып макромолекула ретінде қарастыру керек. Мұндай кристалдағы иондар арасындағы байланыс өте күшті. Сондықтан иондық торы бар заттардың қаттылығы салыстырмалы түрде жоғары болады. Олар отқа төзімді және төмен ұшады.

Иондық кристалдардың балқуы иондардың бір-біріне қатысты геометриялық дұрыс бағдарлануының бұзылуына және олардың арасындағы байланыстың беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Сондықтан олардың балқымалары электр тогын өткізеді. Иондық қосылыстар әдетте су сияқты полярлы молекулалардан тұратын сұйықтықтарда оңай ериді.

Түйіндерінде жеке атомдар орналасқан кристалдық торлар атомдық деп аталады. Мұндай торлардағы атомдар бір-бірімен күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысқан. Мысал ретінде көміртегі модификацияларының бірі алмазды келтіруге болады. Алмаз көміртегі атомдарынан тұрады, олардың әрқайсысы көршілес төрт атоммен байланысқан. Алмаздағы көміртектің координациялық саны - 4 . Натрий хлоридінің торындағы сияқты алмаз торында молекулалар болмайды. Бүкіл кристалды алып молекула ретінде қарастыру керек. Атомдық кристалдық тор қатты борға, кремнийге, германийге және кейбір элементтердің көміртек пен кремниймен қосылыстарына тән.

Молекулалардан (полюсті және полюссіз) тұратын кристалдық торлар молекулалық деп аталады.

Мұндай торлардағы молекулалар бір-бірімен салыстырмалы түрде әлсіз молекулааралық күштер арқылы байланысады. Сондықтан молекулалық торы бар заттардың қаттылығы төмен және балқу температурасы төмен, суда ерімейді немесе аз ериді, ал олардың ерітінділері дерлік электр тогын өткізбейді. Молекулярлық торы бар бейорганикалық заттардың саны аз.

Олардың мысалдары мұз, қатты көміртегі тотығы (IV) («құрғақ мұз»), қатты галогенсутек, бір- (асыл газдар), екі- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2,) түзетін қатты қарапайым заттар. H 2 , O 2 , N 2), үш- (O 3), төрт- (P 4), сегіз- (S 8) атомдық молекулалар. Йодтың молекулалық кристалдық торы суретте көрсетілген. . Көптеген кристалдық органикалық қосылыстардың молекулалық торы болады.

Егер кристалдық тордың түйіндерінде кейбір заттардың полярлы емес молекулалары болса (мысалы, йод I 2, оттегі O 2немесе азот N 2), содан кейін олар бір-біріне электрлік «көзайымды» сезбейді. Басқаша айтқанда, олардың молекулалары электростатикалық күштермен тартылмауы керек. Сонда да бір нәрсе оларды жақын ұстайды. Нақты не?

Қатты күйде бұл молекулалар бір-біріне жақындайтыны сонша, олардың электронды бұлттарында лезде (өте әлсіз болса да) реакциялар басталады екен. офсеттер- электрон бұлттарының конденсациялануы және сиректенуі. Полярлы емес бөлшектердің орнына электростатикалық түрде бір-біріне тартылуы мүмкін «лезде дипольдар» пайда болады. Дегенмен, бұл тартымдылық өте әлсіз. Сондықтан полярлы емес заттардың кристалдық торлары нәзік және өте төмен температурада, «ғарыштық» суықта ғана болады.

Астрономдар шынымен де аспан денелерін тапты - кометалар, астероидтар, тіпті тұтас планеталар мұздатылған азот, оттегіжәне қалыпты жер жағдайында газ түрінде болатын және планетааралық кеңістікте қатты күйге түсетін басқа заттар.

	Көптеген қарапайым және күрделі заттар бар молекулалықкристалдық тор барлығына жақсы таныс. Бұл, мысалы, кристалдық йод I 2:
Кристалл торы осылай салынған йод: ол йод молекулаларынан тұрады (олардың әрқайсысында екі йод атомы бар).
	Және бұл молекулалар бір-бірімен өте әлсіз байланысқан. Сондықтан кристалды йод соншалықты ұшпа және тіпті аздап қыздырғанда ол буланып, газ тәрізді йодқа - әдемі күлгін буға айналады.

Қандай жалпы заттар молекулалық кристалдық тор?

• Кристалды су (мұз) полярлы молекулалардан тұрады су H2O.
• Балмұздақты салқындату үшін қолданылатын құрғақ мұз кристалдары да молекулалық кристалдар болып табылады. Көмір қышқыл газы CO2.
• Тағы бір мысал, молекулалардан кристалдар түзетін қант сахароза.

Кристалл торының түйіндерінде заттың молекулалары болған кезде, бұл молекулалар полярлы болса да, олардың арасындағы байланыстар онша күшті болмайды.
Сондықтан мұндай кристалдарды балқыту немесе молекулалық кристалдық құрылымы бар заттарды буландыру үшін оларды қызыл ыстыққа дейін қыздырудың қажеті жоқ.
0 °C температурада кристалдық құрылым мұзжойылады және ол шығады су. Ал «құрғақ мұз» қалыпты қысымда ерімейді, бірден газға айналады Көмір қышқыл газы- сублимациялайды.

Тағы бір нәрсе - бар заттар атомдықәрбір атом көршілерімен өте күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысқан кристалдық тор және тұтастай алғанда бүкіл кристалды, қажет болса, үлкен молекула деп санауға болады.

Мысалы, қарастыруға болады алмаз кристалы,атомдардан тұрады көміртек.

	Атом көміртек МЕН, құрамында екі жұпталмаған Р -электрон атомға айналады көміртек МЕН*, мұнда сыртқы валенттілік деңгейінің барлық төрт электрондары жеке орбитальдарда және химиялық байланыстар түзуге қабілетті. Химиктер мұндай атомды « толқыған".
Бұл жағдайда төрт химиялық байланыс бар және барлығы өте төзімді. Таңқаларлық емес алмаз - ең қатты заттабиғатта және ежелден ол барлық асыл тастар мен асыл тастардың патшасы болып саналады. Ал оның атауы грек тілінен аударғанда «бұзылмайтын» дегенді білдіреді.
	Кесілген кристалдардан алмазқымбат зергерлік бұйымдарды безендіретін гауһар тастар шығарады

Адамдар тапқан ең әдемі гауһар тастардың өзіндік, кейде қайғылы тарихы бар. Оқыңыз >>>

Бірақ алмазбезендіру үшін ғана емес. Оның кристалдары ең қатты материалдарды өңдеуге, тау жыныстарын бұрғылауға, шыны мен кристалды кесуге және кесуге арналған құралдарда қолданылады.

Алмаздың кристалдық торы (сол жақта) және графит (оң жақта)

Графитбірдей құрам көміртек, бірақ оның кристалдық торының құрылымы алмастың құрылымына ұқсамайды. IN графиткөміртек атомдары қабаттарда орналасқан, олардың ішінде көміртегі атомдарының қосындысы бал ұясына ұқсас. Бұл қабаттар бір-бірімен әр қабаттағы көміртек атомдарына қарағанда әлдеқайда еркін байланысқан. Сондықтан графитОл үлпектерге оңай бөлінеді және онымен жазуға болады. Ол қарындаштарды өндіру үшін, сондай-ақ жоғары температурада жұмыс істейтін машина бөліктеріне жарамды құрғақ майлау ретінде қолданылады. Сонымен қатар, графитэлектр тогын жақсы өткізеді, одан электродтар жасалады.

Бұл арзан болуы мүмкін бе графитасылға айналады алмаз? Бұл мүмкін, бірақ бұл керемет жоғары қысымды (бірнеше мың атмосфера) және жоғары температураны (бір жарым мың градус) қажет етеді.
«Бүліну» әлдеқайда оңай алмаз: сіз жай ғана оны 1500 ° C ауаға қол жеткізбестен жылытуыңыз керек және кристалдық құрылымы алмазаз реттелген құрылымға айналады графит.