В чем заключается главная особенность внутреннего строения кристаллов

Внутреннее строение кристаллов

Давно предполагали, что внешняя форма кристалла является лишь отображением его скрытого внутреннего строения и обусловлена правильным расположением частиц — молекул или атомов, составляющих кристалл, в строго определенных точках пространства.

Вся совокупность таких точек образует так называемую пространственную (кристаллическую) решетку той или иной формы, служащую геометрическим выражением структуры кристаллического вещества (рис. 2); точки, в которых расположены частицы, называются узлами решетки.

Доказать правильность этих представлений удалось сравнительно недавно, лишь после того, как было установлено, что рентгеновы лучи отклоняются при прохождении сквозь кристалл и что по величине отклонения можно судить о расположении частиц кристалла.

Вслед за тем были разработаны очень точные И удобные методы исследования кристаллов при помощи рентге новых лучей, получившие в настоящее время широкое распространение не только в научных лабораториях, но и на производствах, особенно в металлургии.

Биология 6 кл Строение растительной клетки

Рентгеновские лучи в изучении строения кристаллов

Применение для изучения кристаллов рентгеновых лучей дало возможность определить характер пространственной решетки многих кристаллов. Важным результатом этих исследований явилось открытие, что в узлах решетки многих сложных веществ (например, солей) находятся не молекулы, а отдельные положительно и отрицательно заряженные ионы.

В связи с этим различают четыре основных вида решеток: молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Молекулярные решетки характеризуются тем, что в узлах их находятся молекулы. Такие решетки образуют соединения неполярного или малополярного типа и вообще соединения с атомной связью.

Структурными единицами атомной решетки являются нейтральные атомы, ковалентно связанные друг с другом. Решетки такого рода свойственны некоторым простым веществам, например алмазу.

Ионные решетки с чередующимися в узлах положительными и отрицательными ионами характерны для соединений, построенных по ионному типу; к ним относятся почти все соли, многие окислы и некоторые другие вещества.

Наконец, особое строение имеют решетки металлов. Узлы таких решеток заняты не нейтральными атомами, а положительными ионами, в промежутках между которыми находятся свободные, легкоподвижные электроны. Подробнее о металлических решетках будет сказано при описании металлов.

Различие решетками

Различие между молекулярными, атомными и ионными решетками обусловливается не только типом образующих их частиц, но и характером взаимодействия последних. Кулоновские силы, действующие между положительно и отрицательно заряженными ионами в ионных структурах, создают значительно более прочную связь между частицами, чем силы, связывающие-электронейтральные атомы или молекулы.

Строение клетки за 8 минут (даже меньше)

Поэтому температура плавления и твердость ионных соединений обычно гораздо выше, чем у веществ, образованных полярными или неполярными молекулами.

Прочность связи между частицами, образующими кристалл, характеризуется величиной работы, которую нужно затратить для разрушения решетки и удаления составляющих ее частиц на такие расстояния, на которых уже можно пренебречь их взаимодействием. Эта работа носит название энергии кристал лической решетки. Ее относят к одному молю вещества и выражают в больших калориях.

Так, например, для разложения 1 моля NaCl на свободные газообразные ионы надо затратить 185 ккал

[NaCl] = [Na] + + [Cl] — — 185 ккал

Очевидно, что при образовании 1 моля NaCl из свободных газообразных ионов должно выделиться такое же количество энергии.

Физические свойства кристаллов

Физические свойства твердого вещества находятся в теснейшей зависимости от вида кристаллической решетки, т. е. от вида и характера связи между ее структур ными единицами.

По своей структуре решетки могут быть чрезвычайно разнообразны. Наименьшая часть решетки, которая еще передает все характерные особенности ее структуры, называется элементарной ячейкой. В общем случае ячейка имеет форму параллелепипеда и содержит определенное число частиц. Весь кристалл состоит из огромного числа таких ячеек, приложенных друг к другу.

Как при укладке кирпичей вплотную друг к другу совершенно не обязательно, чтобы внешняя форма сооружения повторяла форму кирпича, так и в случае кристалла форма его отнюдь еще не определяет форму кристаллической ячейки. Однако о форме ячейки можно судить по характеру кристаллографических осей.

Наиболее простое строение имеют решетки кристаллов правильной системы, элементарная ячейка которых представляет собой куб.

На рис. 3 изображена часть кубической решетки хлористого натрия NaCl, а именно ее элементарная ячейка, выделенная из целого кристалла, чтобы показать, как она заполнена ионами внутри кристалла.

В узлах решетки находятся ионы хлора и ионы натрия, расположенные так, что каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия и каждый ион натрия шестью ионами хлора. В этом легко убедиться, если представить решетку продолженной во все стороны.

Характерно, что ионы натрия и хлора не связаны здесь попарно друг с другом: в кристалле нет ничего, что соответствовало бы молекуле NaCl. Подобное же строение имеют кристаллы других солей. Отсюда следует, что строго установленное в химии понятие о молекулах газообразных веществ не применимо к твердым кристаллическим веществам, образующим ионные решетки.

Структура солей кристаллов

При рассмотрении структуры солей и других соединений, образующих ионные решетки, невольно возникает вопрос: могут ли вообще существовать молекулы этих соединений, раз их кристаллы состоят из ионов? На этот вопрос надо ответить утвердительно, так как определение плотности паров различных солей при высоких температурах показывает, что эти пары состоят из молекул, а не из ионов.

Очень важной величиной, характеризующей кристалл. является константа его решетки d, указывающая наименьшее расстояние между центрами двух соседних частиц в элементарной ячейке и определяемая обычно рентгенометрическим путем. Для кубической решетки константа может быть легко вычислена, если известна длина ребер элементарного куба.

Так, например, у кристаллов хлористого натрия длина ребра куба а,определенная рентгенометрическим путем, равна 5,628 ангстрема, а кратчайшее расстояние между ионами натрия и хлора равно половине этой величины, т. е. d= 2,814 ангстрема.

Статья на тему Внутреннее строение кристаллов

Похожие страницы:

Содержание статьи1 Определение радиусов атомов и ионов1.1 Как определяют радиусы атомов и ионов1.2 Определение координационного числа Определение радиусов атомов и.

Форма кристаллов В общем случае форма кристаллов зависит от температуры и внешнего давления. Так, например, нитрат аммония NH4NO3 при обычном давлении известен.

Содержание статьи1 Что такое кристаллическое строение твердых тел1.1 Кристаллическое строение1.2 Пространственная решетка в металлах1.3 Решетка кристаллов в реальных условиях Что.

Гидрид натрия NaH Основное получение гидрида натрия пропускание водорода через нагретый натрий при температуре до 360 — 400°C , а.

Кристаллогидраты и двойные соли как комплексные соединения Особенный интерес представляет возможность замещения молекул аммиака в комплексе молекулами воды. Для хрома.

Содержание статьи1 Что такое структура кристаллов1.1 Кристаллы это что1.2 ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ РЕНТГЕНОВСКИМИ ЛУЧАМИ Что такое структура кристаллов Из опыта известно, что.

Источник

Особенности кристаллического состоянии

Особенностями внутреннего строения кристаллов, отли­чающими их от некристаллических (аморфных) тел, являются упоря­доченное, периодически повторяющееся расположение материальных частиц (атомов, тонов, молекул) в пространстве и симметричность этого расположения. При этом указанная упорядоченность проявляется на расстояниях, значительно превышающих размеры самих частиц, и сохраняется в пределах всего кристалла, т.е. имеет место дальний порядок (в противоположность ближнему порядку — упорядоченности в расположении частиц в ближайших к данному атому областях, соизмеримых с размером атомов).

Второй особенностью кристаллов является их анизотроп­ность, т.е. неодинаковость свойств по различным направлениям в кристалле. Анизотропия, или векториальность свойств кристаллов по различным направлениям, является следствием их геометрической анизотропии, т.е. различия материальных частиц и связей в различ­ных направлениях в структуре кристалла.

Третьей особенностью свойств кристаллов является их однородность, проявляющаяся в том, что любые два участка кристалла обладают совершенно одинаковы­ми свойствами (по параллельным направлениям).

Кристалл — есть твердое однородное анизотроп­ное тело, ограниченное плоскими гранями, возникающими на нем в силу свойств самого тела, причем кристаллы одного и того же веще­ства могут иметь разную величину, форму и количество граней, но углы между соответствующими гранями всегда остаются постоян­ными.

Кристаллические вещества могут существовать в виде монокрис­таллов или поликристаллических веществ. Монокристаллами назы­ваются одиночные кристаллы, встречающиеся в природе или выра­щиваемые искусственно для нужд науки и техники. Однако гораздо большее распространение имеют поликристаллические вещества, со­стоящие из множества мелких сросшихся монокристаллов, в обыч­ных условиях по разному ориентированных по отношению друг к другу, сцепление между которыми осуществляется за счет межатом­ных и межмолекулярных сил. При такой беспорядочной ориентации характерная для монокристаллов анизотропия свойств будет, есте­ственно, отсутствовать и в целом они будут изотропными, т.е. будут иметь по различным направлениям одинаковые свойства.

Для описания периодичности в расположении материальных частиц кристаллических фаз вводится понятие «кристаллическая решетка». Кристаллическая решетка — математическая абстракция, характеризующая схему трехмерной периодичности в бесконечной системе точек (узлов решетки) в пространстве. Всю решетку можно представить себе как бесконечную систему элементарных параллелепипедов, целиком заполняющих пространство за счет бесконечного повторения в трех независимых направлениях одного элементарного параллелепипеда, который но­сит название элементарной ячейки. Величина ребер элементарного па­раллелепипеда и углы между ними называются параметрами решетки и являются материальными константами каждого кристаллического вещества. Элементарная ячейка представляет собой наименьшую часть кристалла, которая отражает все особенности его внутреннего строения.

В зависимости от вида частиц и преимущественного типа хими­ческой связи в кристалле решетки разделяются на две большие груп­пы: молекулярные и координационные.

В молекулярных решетках вузлах находятся молекулы. Для таких решеток характерна сильная внутримолекулярная связь и слабая остаточная (ван-дер-ваальсовая)связь между молекулами. К соеди­нениям с такими решетками относится большинство органических веществ. Для них характерны легкоплав­кость, высокая летучесть, низкая твердость.

В кристаллах с коор­динационными решетками нельзя выделить отдельные дискретные молекулы, а силы связи между данным атомом или ионом и всеми его соседям и в координационной сфере примерно одинаковы (в этом случае весь кристалл можно рассматривать как одну гигантскую мо­лекулу). Координационные решетки характерны для большинства неорганических веществ, в том числе силикатов и других тугоплавких соединений.

Координационные решетки, в спою очередь, можно разделить на ионные,атомные (ковалентные) и металлические. В узлах ионных решеток попеременно располагаются положительные и отрицатель­ные ионы. В узлах атомных (ковалентных) решеток располагаются нейтральные атомы, связанные преимущественно ковалентной связью.

К веществам с подобными решетками относятся, например, алмаз, кремний, некоторые карбиды, силициды и т.д. В узлах металлических решеток, характерных для металлов, располагаются ионы металла, погружен­ные в «электронный газ». Такое строение решетки обусловливает вы­сокие электропроводность, теплопроводность и пластичность.

Важной характеристикой кристаллических структур является координационное число атомов или ионов. Координационным числом называется число частиц, непосредственно окружающих данный ион или атом. Так, в ионе [Si04] 4- координационное чис­ло атома кремния по кислороду равно 4.

Источник

Внутреннее строение кристаллов. Кристаллические решётки.

Внешняя форма кристалла отражает его внутреннее строение и обусловлена правильным расположением частиц, составляющих кристалл, — молекул, атомов или ионов.

Это расположение можно представить в виде кристаллической решётки – пространственного каркаса, образованного пересекающимися прямыми линиями. В точках пересечения линий – узлах решётки – лежат центры частиц.

В зависимости от природы частиц, находящихся в узлах кристаллической решётки, и от того, какие силы взаимодействия между ними преобладают в данном кристалле, различают следующие виды кристаллических решёток:

1. молекулярные,

2. атомные,

3. ионные и

4. металлические.

Молекулярные и атомные решётки присущи веществам с ковалентной связью, ионные – ионным соединениям, металические – металам и их сплавам.

Самостоятельно разобрать типы химических связей

Атомные кристаллические решётки

В узлах атомных решёток находятся атомы. Они связаны друг с другом ковалентной связью.

Веществ, обладающих атомными решётками, сравнительно мало. К ним принадлежат алмаз, кремний и некоторые неорганические соединения.

Эти вещества характеризуются высокой твёрдостью, они тугоплавки и нерастворимы практически ни в каких растворителях. Такие их свойства объясняются прочностью ковалентной связи.

Молекулярные кристаллические решётки

В узлах молекулярных решёток находятся молекулы. Они связаны друг с другом межмолекулярными силами.

Веществ с молекулярной решёткой очень много. К ним принадлежат неметаллы, за исключением углерода и кремния, все органические соединения с не ионной связью и многие неорганические соединения.

Силы межмолекулярного взаимодействия значительно слабее сил ковалентной связи, поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую твёрдость, легкоплавки и летучи.

Ионные кристаллические решётки

В узлах ионных решёток располагаются, чередуясь положительно и отрицательно заряженные ионы. Они связаны друг с другом силами электростатического притяжения.

К соединениям с ионной связью, образующим ионные решётки, относится большинство солей и небольшое число оксидов.

По прочности ионные решётки уступают атомным, но превышают молекулярные.

Ионные соединения имеют сравнительно высокие температуры плавления. Летучесть их в большинстве случаев не велика.

Металлические кристаллические решётки

В узлах металлических решёток находятся атомы металла, между которыми свободно движутся общие для этих атомов электроны.

Наличием свободных электронов в кристаллических решётках металлов можно объяснить их многие свойства: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокую электро- и теплопроводность

Существуют вещества, в кристаллах которых значительную роль играют два рода взаимодействия между частицами. Так, в графите атомы углерода связаны друг с другом в одних направлениях ковалентной связью, а в других – металлической. Поэтому решётку графита можно рассматривать и как атомную, и как металлическую.

Во многих неорганических соединениях, например, в BeO, ZnS, CuCl, связь между частицами, находящимися в узлах решётки, является частично ионной, а частично ковалентной. Поэтому решётки подобных соединений можно рассматривать как промежуточные между ионными и атомными.

Аморфное состояние вещества

Свойства аморфных веществ

Среди твёрдых тел встречаются такие, в изломе которых нельзя обнаружить никаких признаков кристаллов. Например, если расколоть кусок обыкновенного стекла, то его излом окажется гладким и, в отличие от изломов кристаллов, ограничен не плоскими, а овальными поверхностями.

Подобная же картина наблюдается при раскалывании кусков смолы, клея и некоторых других веществ. Такое состояние вещества называется аморфным.

АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ, состояние твердого тела, характеризующееся изотропией физических свойств, обусловленной неупорядоченным расположением атомов и молекул. В отличие от кристаллического состояния (смотри Кристаллы), переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно. Критическая точка, называемая температурой плавления, отсутствует. В аморфном состоянии находятся стекла, смолы, пластмассы и др.

Различие между кристаллическими и аморфными телами особенно резко проявляется в их отношении к нагреванию.

В то время как кристаллы каждого вещества плавятся при строго определённой температуре и при той же температуре происходит переход из жидкого состояния в твёрдое, аморфные тела не имеют постоянной температуры плавления. При нагревании аморфное тело постепенно размягчается, начинает растекаться и, наконец, становится совсем жидким. При охлаждении оно также постепенно затвердевает.

В связи с отсутствием определённой температуры плавления аморфные тела обладают другой способностью: многие из них подобно жидкостям текучи, т.е. при длительном действии сравнительно небольших сил они постепенно изменяют свою форму. Например, кусок смолы, положенный на плоскую поверхность, в теплом помещении на несколько недель растекается, принимая форму диска.

Строение аморфных веществ

Различие между кристаллическим и аморфным состоянием вещества состоит в следующем.

Упорядоченное расположение частиц в кристалле, отражаемое элементарной ячейкой, сохраняется на больших участках кристаллов, а в случае хорошо образованных кристаллов – во всём их объёме.

В аморфных телах упорядоченность в расположении частиц наблюдается только на очень малых участках. Кроме того, в ряде аморфных тел даже эта местная упорядоченность носит лишь приблизительный характер.

Это различие можно коротко сформулировать следующим образом:

· структура кристаллов характеризуется дальним порядком,

· структура аморфных тел – ближним.

Примеры аморфных веществ.

К стабильно-аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи, парафин, воск и др.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник