Kristal kafes çeşitleri ve maddelerin özellikleri. G.I. Malysheva, Novinsk ortaokulunda kimya öğretmeni (Novinki yerleşimi, Bogorodsky bölgesi, Nijniy Novgorod bölgesi)
Maddenin yapısı yalnızca kimyasal parçacıklardaki atomların göreceli düzeniyle değil, aynı zamanda bu kimyasal parçacıkların uzaydaki konumuyla da belirlenir. Atomların, moleküllerin ve iyonların en düzenli düzeni kristaller(Yunanca'dan " kristaller" - buz), burada kimyasal parçacıklar (atomlar, moleküller, iyonlar) belirli bir sırayla düzenlenerek uzayda bir kristal kafes oluşturur. Belirli oluşum koşulları altında, düzenli simetrik çokyüzlülerin doğal şekline sahip olabilirler. Kristal durumu parçacıkların düzenlenmesinde uzun menzilli düzenin varlığı ve simetri kristal kafesi ile karakterize edilir.
Amorf durum yalnızca kısa menzilli düzenin varlığıyla karakterize edilir. Amorf maddelerin yapıları sıvılara benzer ancak akışkanlığı çok daha azdır. Amorf durum genellikle kararsızdır. Mekanik yüklerin veya sıcaklık değişimlerinin etkisi altında amorf cisimler kristalleşebilir. Amorf durumdaki maddelerin reaktivitesi kristal duruma göre çok daha yüksektir.
Amorf maddeler
Ana işaret amorf(Yunanca'dan " şekilsiz" - biçimsiz) maddenin durumu - atomik veya moleküler bir kafesin yokluğu, yani kristal durumun karakteristik yapısının üç boyutlu periyodikliği.
Sıvı bir madde soğutulduğunda her zaman kristalleşmez. belirli koşullar altında dengesiz bir katı amorf (camsı) durum oluşabilir. Camsı hal, basit maddeler (karbon, fosfor, arsenik, kükürt, selenyum), oksitler (örneğin bor, silikon, fosfor), halojenürler, kalkojenitler ve birçok organik polimer içerebilir.
Bu durumda madde uzun süre stabil kalabilir; örneğin bazı volkanik camların yaşının milyonlarca yıl olduğu tahmin edilmektedir. Fiziksel ve Kimyasal özellikler camsı amorf durumdaki maddeler, kristalli bir maddenin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Örneğin camsı germanyum dioksit kimyasal olarak kristal olandan daha aktiftir. Sıvı ve katı amorf halin özelliklerindeki farklılıklar, parçacıkların termal hareketinin doğası ile belirlenir: amorf durumda, parçacıklar yalnızca salınım ve dönme hareketleri yapabilir, ancak maddenin kalınlığı boyunca hareket edemezler.
Amorf bir durumda yalnızca katı halde bulunabilen maddeler vardır. Bu, düzensiz birim dizisine sahip polimerleri ifade eder.
Amorf cisimler izotropik yani mekanik, optik, elektriksel ve diğer özellikleri yöne bağlı değildir. Amorf cisimlerin sabit bir erime noktası yoktur; erime belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelir. Amorf bir maddenin katı durumdan sıvı duruma geçişine özelliklerde ani bir değişiklik eşlik etmez. Amorf durumun fiziksel bir modeli henüz oluşturulmamıştır.
Kristal maddeler
Sağlam kristaller- aynı yapısal elemanın kesin tekrarlanabilirliği ile karakterize edilen üç boyutlu oluşumlar ( Birim hücre) Her yönden. Birim hücre, kristalde sonsuz sayıda tekrarlanan, paralel boru şeklindeki bir kristalin en küçük hacmidir.
Geometrik olarak doğru biçim kristaller her şeyden önce kesinlikle düzenli iç yapılarıyla belirlenir. Bir kristaldeki atomlar, iyonlar veya moleküller yerine, bu parçacıkların ağırlık merkezleri olarak noktaları gösterirsek, kristal kafes adı verilen bu tür noktaların üç boyutlu düzenli dağılımını elde ederiz. Noktaların kendilerine denir düğümler kristal kafes.
Kristal kafes türleri
Kristal kafesin hangi parçacıklardan yapıldığına ve aralarındaki kimyasal bağın niteliğine bağlı olarak, Çeşitli türler kristaller.
İyonik kristaller katyonlar ve anyonlar (örneğin çoğu metalin tuzları ve hidroksitleri) tarafından oluşturulur. İçlerinde parçacıklar arasında iyonik bir bağ vardır.
İyonik kristaller şunlardan oluşabilir: tek atomlu iyonlar. Kristaller bu şekilde inşa edilir sodyum klorit, potasyum iyodür, kalsiyum florür.
Tek atomlu metal katyonları ve çok atomlu anyonlar, örneğin nitrat iyonu NO 3 -, sülfat iyonu SO 4 2−, karbonat iyonu CO 3 2−, birçok tuzun iyonik kristallerinin oluşumuna katılır.
İyonik bir kristalde tek molekülleri izole etmek imkansızdır. Her katyon, her anyon tarafından çekilir ve diğer katyonlar tarafından itilir. Kristalin tamamı devasa bir molekül olarak düşünülebilir. Böyle bir molekülün boyutu sınırlı değildir çünkü yeni katyonlar ve anyonlar eklenerek büyüyebilir.
İyonik bileşiklerin çoğu, koordinasyon sayısının değeri, yani belirli bir iyonun etrafındaki komşuların sayısı (4, 6 veya 8) bakımından birbirinden farklı olan yapısal tiplerden birinde kristalleşir. Eşit sayıda katyon ve anyon içeren iyonik bileşikler için dört ana kristal kafes türü bilinmektedir: sodyum klorür (her iki iyonun koordinasyon sayısı 6'dır), sezyum klorür (her iki iyonun koordinasyon sayısı 8'dir), sfalerit ve wurtzit (her iki yapısal tip de katyon ve anyonun 4'e eşit koordinasyon sayısı ile karakterize edilir). Katyon sayısı anyon sayısının yarısı ise katyonların koordinasyon sayısı anyonların koordinasyon sayısının iki katı olmalıdır. Bu durumda florit (koordinasyon numarası 8 ve 4), rutil (koordinasyon numarası 6 ve 3) ve kristobalitin (koordinasyon numarası 4 ve 2) yapısal tipleri gerçekleşir.
Tipik olarak iyonik kristaller sert fakat kırılgandır. Kırılganlıkları, kristalin hafif bir deformasyonuyla bile katyonların ve anyonların, benzer iyonlar arasındaki itici kuvvetlerin katyonlar ve anyonlar arasındaki çekici kuvvetlere üstün gelmeye başlayacak şekilde yer değiştirmesi ve kristalin yok edilmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.
İyonik kristallerin erime noktaları yüksektir. Erimiş halde iyonik kristalleri oluşturan maddeler elektriksel olarak iletkendir. Bu maddeler suda çözündüğünde katyonlara ve anyonlara ayrışır ve ortaya çıkan çözeltiler iletkendir. elektrik.
Elektrolitik ayrışmanın eşlik ettiği polar solventlerde yüksek çözünürlük, yüksek dielektrik sabiti ε olan bir solvent ortamında iyonlar arasındaki çekim enerjisinin azalmasından kaynaklanmaktadır. Dielektrik sabiti su, vakumdan 82 kat daha yüksektir (şartlı olarak iyonik bir kristalde bulunur), iyonlar arasındaki çekim sulu çözelti. Etki iyonların çözülmesiyle arttırılır.
Atomik kristaller kovalent bağlarla bir arada tutulan bireysel atomlardan oluşur. Basit maddelerden yalnızca bor ve grup IVA elementleri bu tür kristal kafeslere sahiptir. Çoğunlukla metal olmayan bileşiklerin birbirleriyle (örneğin silikon dioksit) bileşikleri de atomik kristaller oluşturur.
İyonik kristaller gibi atomik kristaller de dev moleküller olarak kabul edilebilir. Çok dayanıklı ve serttirler, ısıyı ve elektriği iyi iletmezler. Atomik kristal kafeslere sahip maddeler yüksek sıcaklıklarda erir. Pratik olarak herhangi bir çözücüde çözünmezler. Düşük reaktivite ile karakterize edilirler.
Moleküler kristaller, atomların kovalent bağlarla bağlandığı ayrı moleküllerden oluşur. Moleküller arasında daha zayıf moleküller arası kuvvetler etki eder. Kolayca yok edilirler, bu nedenle moleküler kristaller düşük erime noktalarına, düşük sertliğe ve yüksek uçuculuğa sahiptir. Moleküler kristal kafesleri oluşturan maddelerin elektriksel iletkenliği yoktur ve bunların çözeltileri ve eriyikleri de elektrik akımını iletmez.
Moleküller arası kuvvetler, bir molekülün negatif yüklü elektronlarının komşu moleküllerin pozitif yüklü çekirdekleriyle elektrostatik etkileşimi nedeniyle ortaya çıkar. Moleküller arası etkileşimlerin gücü birçok faktörden etkilenir. Bunlardan en önemlisi polar bağların varlığı, yani elektron yoğunluğunun bir atomdan diğerine kaymasıdır. Ayrıca elektron sayısı fazla olan moleküller arasında moleküller arası etkileşimler daha güçlüdür.
Basit maddeler formundaki metal olmayanların çoğu (örneğin, iyot I2, argon Ar, kükürt S8) ve birbirleriyle olan bileşikler (örneğin, su, karbon dioksit, hidrojen klorür) ve hemen hemen tüm katı organik maddeler moleküler kristaller oluşturur.
Metaller metalik bir kristal kafes ile karakterize edilir. Atomlar arasında metalik bir bağ içerir. Metal kristallerinde atom çekirdekleri, paketlenmeleri mümkün olduğu kadar yoğun olacak şekilde düzenlenmiştir. Bu tür kristallerdeki bağlanma delokalizedir ve tüm kristal boyunca uzanır. Metal kristalleri yüksek elektriksel ve termal iletkenliğe, metalik parlaklığa ve opaklığa ve kolay deforme olabilirliğe sahiptir.
Kristal kafeslerin sınıflandırılması sınırlayıcı durumlara karşılık gelir. İnorganik maddelerin kristallerinin çoğu ara tiplere aittir - kovalent-iyonik, moleküler-kovalent, vb. Örneğin bir kristalde grafit Her katmanın içindeki bağlar kovalent-metaliktir ve katmanlar arasında moleküller arasıdır.
İzomorfizm ve polimorfizm
Birçok kristalli madde aynı yapıya sahiptir. Aynı zamanda aynı madde farklı kristal yapılar oluşturabilir. Bu, olaylara yansıyor izomorfizm Ve polimorfizm.
izomorfizm kristal yapılarda atomların, iyonların veya moleküllerin birbirini değiştirme yeteneğinde yatmaktadır. Bu terim (Yunancadan " ISO'lar" - eşittir ve " morfe" - form) 1819'da E. Mitscherlich tarafından önerildi. İzomorfizm yasası, 1821'de E. Mitscherlich tarafından şu şekilde formüle edildi: “Aynı şekilde bağlanan aynı sayıda atom, aynı kristal formları verir; Üstelik kristal form, atomların kimyasal yapısına bağlı değildir; yalnızca sayıları ve göreceli konumlarıyla belirlenir."
Berlin Üniversitesi kimya laboratuvarında çalışan Mitscherlich, kurşun, baryum ve stronsiyum sülfat kristallerinin tamamen benzerliğine ve diğer birçok maddenin kristal formlarının benzerliğine dikkat çekti. Gözlemleri ünlü İsveçli kimyager J.-Ya'nın dikkatini çekti. Mitscherlich'in gözlemlenen modelleri fosforik ve arsenik asit bileşikleri örneğini kullanarak doğruladığını öne süren Berzelius. Çalışma sonucunda "iki seri tuzun yalnızca birinin asit radikali olarak arsenik içermesi, diğerinin ise fosfor içermesi bakımından farklılık gösterdiği" sonucuna varıldı. Mitscherlich'in keşfi çok geçmeden mineralogların dikkatini çekti ve minerallerdeki elementlerin izomorfik yer değiştirmesi sorunu üzerine araştırmaya başladı.
İzomorfizme eğilimli maddelerin ortak kristalizasyonu sırasında ( izomorfik maddeler), karışık kristaller (izomorfik karışımlar) oluşur. Bu ancak birbirini değiştiren parçacıkların boyutlarının çok az farklı olması (%15'ten fazla olmaması) durumunda mümkündür. Ek olarak, izomorfik maddelerin atom veya iyonların benzer uzaysal düzenlemesine ve dolayısıyla dış şekli benzer kristallere sahip olması gerekir. Bu tür maddeler örneğin şapı içerir. Potasyum şap kristallerinde KAl(SO 4) 2 . 12H20 potasyum katyonları kısmen veya tamamen rubidyum veya amonyum katyonları ile ve alüminyum katyonları krom(III) veya demir(III) katyonları ile değiştirilebilir.
İzomorfizm doğada yaygındır. Çoğu mineral karmaşık, değişken bileşime sahip izomorfik karışımlardır. Örneğin, sfalerit ZnS mineralinde çinko atomlarının %20'ye kadarı demir atomları ile değiştirilebilir (ZnS ve FeS farklı kristal yapılara sahipken). İzomorfizm, nadir ve eser elementlerin jeokimyasal davranışları, bunların dağılımları ile ilişkilidir. kayalar ve izomorfik safsızlıklar formunda bulundukları cevherler.
İzomorfik ikame birçok şeyi belirler faydalı özellikler yapay malzemeler modern teknoloji- yarı iletkenler, ferromıknatıslar, lazer malzemeleri.
Birçok madde, farklı yapı ve özelliklere sahip ancak aynı bileşime sahip kristal formlar oluşturabilir ( polimorfik değişiklikler). Polimorfizm- katıların ve sıvı kristallerin, aynı kimyasal bileşime sahip, farklı kristal yapı ve özelliklere sahip iki veya daha fazla formda bulunabilme yeteneği. Bu kelime Yunancadan geliyor" polimorflar"- çeşitli. Polimorfizm fenomeni, 1798'de iki farklı mineralin - kalsit ve aragonit - aynı özelliklere sahip olduğunu keşfeden M. Klaproth tarafından keşfedildi. kimyasal bileşim CaCO3.
Basit maddelerin polimorfizmi genellikle allotropi olarak adlandırılırken, polimorfizm kavramı kristal olmayan allotropik formlar (örneğin gaz halindeki O2 ve O3) için geçerli değildir. Tipik örnek polimorfik formlar - özellikleri bakımından keskin bir şekilde farklılık gösteren karbon modifikasyonları (elmas, lonsdaleit, grafit, karbinler ve fullerenler). Karbonun en kararlı varoluş şekli grafittir, ancak normal koşullar altında diğer modifikasyonları süresiz olarak devam edebilir. Yüksek sıcaklıklarda grafite dönüşürler. Elmas durumunda bu durum, oksijen yokluğunda 1000 o C'nin üzerine ısıtıldığında meydana gelir. Tersine geçişin başarılması çok daha zordur. Sadece yüksek sıcaklık (1200-1600 o C) değil, aynı zamanda 100 bin atmosfere kadar muazzam bir basınç da gereklidir. Grafitin elmasa dönüşümü, erimiş metallerin (demir, kobalt, krom ve diğerleri) varlığında daha kolaydır.
Moleküler kristaller söz konusu olduğunda, polimorfizm, kristal içindeki moleküllerin farklı paketlenmesinde veya moleküllerin şeklindeki değişikliklerde ve iyonik kristallerde - katyonların ve anyonların farklı göreceli konumlarında kendini gösterir. Bazı basit ve karmaşık maddelerin ikiden fazla polimorfu vardır. Örneğin silikon dioksitin on modifikasyonu vardır, kalsiyum florürün altı, amonyum nitratın dört modifikasyonu vardır. Polimorfik modifikasyonlar genellikle belirtilir Yunan harfleriα, β, γ, δ, ε,... kararlı olan modifikasyonlardan başlayarak Düşük sıcaklık.
Birkaç polimorfik modifikasyona sahip bir madde buhardan, çözeltiden veya eriyikten kristalleştirildiğinde, ilk önce belirli koşullar altında daha az stabil olan bir modifikasyon oluşur ve bu daha sonra daha stabil bir modifikasyona dönüşür. Örneğin, fosfor buharı yoğunlaştığında, normal koşullar altında yavaşça, ancak ısıtıldığında hızla kırmızı fosfora dönüşen beyaz fosfor oluşur. Kurşun hidroksit dehidre edildiğinde ilk önce (yaklaşık 70 o C) düşük sıcaklıklarda daha az kararlı olan sarı β-PbO oluşur; yaklaşık 100 o C'de kırmızı α-PbO'ya dönüşür, 540 o C'de ise dönüşür. β-PbO'ya geri dönün.
Bir polimorftan diğerine geçişe polimorfik dönüşüm denir. Bu geçişler sıcaklık veya basınç değiştiğinde meydana gelir ve özelliklerde ani bir değişiklik eşlik eder.
Bir değişiklikten diğerine geçiş süreci geri döndürülebilir veya geri döndürülemez olabilir. Böylece, BN (bor nitrür) bileşimine sahip beyaz yumuşak grafit benzeri bir madde 1500-1800 o C'de ısıtıldığında ve onlarca atmosfer basıncında yüksek sıcaklık modifikasyonu oluşur - Borazon Sertlik bakımından elmasa yakındır. Sıcaklık ve basınç normal şartlara karşılık gelen değerlere düştüğünde borazon yapısını korur. Tersine çevrilebilir bir geçiş örneği, 95 o C'de iki kükürt modifikasyonunun (ortorombik ve monoklinik) karşılıklı dönüşümleridir.
Polimorfik dönüşümler yapıda önemli değişiklikler olmadan gerçekleşebilir. Bazen kristal yapısında hiç bir değişiklik olmaz, örneğin 769 o C'de α-Fe'nin β-Fe'ye geçişi sırasında demirin yapısı değişmez ancak ferromanyetik özellikleri kaybolur.
Maddelerin moleküler ve moleküler olmayan yapısı. Maddenin yapısı
Kimyasal etkileşimlere giren tek tek atomlar veya moleküller değil, maddelerdir. Maddeler bağ türlerine göre sınıflandırılır moleküler Ve moleküler olmayan yapı. Moleküllerden oluşan maddelere denir moleküler maddeler. Bu tür maddelerdeki moleküller arasındaki bağlar çok zayıftır, molekül içindeki atomlar arasındaki bağlardan çok daha zayıftır ve nispeten düşük sıcaklıklarda bile kırılırlar - madde önce sıvıya, sonra gaza dönüşür (iyotun süblimleşmesi). Moleküllerden oluşan maddelerin erime ve kaynama noktaları molekül ağırlığı arttıkça artar. İLE moleküler maddeler atomik yapıya sahip maddeleri (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W) içerir, aralarında metaller ve metal olmayanlar bulunur. Maddelere moleküler olmayan yapı iyonik bileşikler içerir. Metal olmayan metallerin çoğu bileşiği şu yapıya sahiptir: tüm tuzlar (NaCl, K2S04), bazı hidritler (LiH) ve oksitler (CaO, MgO, FeO), bazlar (NaOH, KOH). İyonik (moleküler olmayan) maddeler yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptir.
Katılar: amorf ve kristal
Katılar ikiye ayrılır kristal ve amorf.
Amorf maddeler net bir erime noktalarına sahip değiller - ısıtıldıklarında yavaş yavaş yumuşarlar ve sıvı bir duruma dönüşürler. Örneğin hamuru ve çeşitli reçineler amorf bir durumdadır.
Kristal maddeler karakterize edilir doğru konum oluştukları parçacıklar: uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalarda atomlar, moleküller ve iyonlar. Bu noktalar düz çizgilerle bağlandığında kristal kafes adı verilen uzamsal bir çerçeve oluşur. Kristal parçacıklarının bulunduğu noktalara kafes düğümleri denir. Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların türüne ve aralarındaki bağlantının niteliğine bağlı olarak dört tip kristal kafes ayırt edilir: iyonik, atomik, moleküler ve metalik.
Kristal kafeslere iyonik denir, iyonların bulunduğu düğümlerde. Hem basit Na+, Cl- iyonlarını hem de SO4 2-, OH - kompleksini bağlayabilen iyonik bağları olan maddelerden oluşurlar. Sonuç olarak, metallerin tuzları ve bazı oksitleri ve hidroksitleri iyonik kristal kafeslere sahiptir. Örneğin, küp şeklinde bir kafes oluşturan alternatif pozitif Na + ve negatif Cl - iyonlarından bir sodyum klorür kristali oluşturulur. Böyle bir kristaldeki iyonlar arasındaki bağlar çok kararlıdır. Bu nedenle iyonik kafesli maddeler nispeten yüksek sertlik ve mukavemet ile karakterize edilir, refrakterdir ve uçucu değildir.
Kristal kafes - a) ve amorf kafes - b).
Kristal kafes - a) ve amorf kafes - b). Atomik kristal kafesler
atomik düğümlerinde ayrı ayrı atomların bulunduğu kristal kafesler denir. Bu tür kafeslerde atomlar birbirine bağlanır çok güçlü kovalent bağlar. Bu tür kristal kafeslere sahip maddelerin bir örneği, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri olan elmastır. Atomik kristal kafesli maddelerin çoğu çok yüksek erime noktalarına sahiptir (örneğin elmas için 3500 ° C'nin üzerindedir), güçlü ve serttirler ve pratik olarak çözünmezler.
Moleküler kristal kafesler
Moleküler düğümlerinde moleküllerin bulunduğu kristal kafesler denir. Bu moleküllerdeki kimyasal bağlar hem polar (HCl, H2O) hem de polar olmayan (N2, O2) olabilir. Moleküllerin içindeki atomlar çok güçlü kovalent bağlarla birbirine bağlı olmasına rağmen, Moleküller arası çekimin zayıf kuvvetleri moleküllerin kendi aralarında etki eder.. Bu nedenle moleküler kristal kafeslere sahip maddeler düşük sertliğe, düşük erime noktalarına sahiptir ve uçucudur. Çoğu katı organik bileşiğin moleküler kristal kafesleri vardır (naftalin, glikoz, şeker).
Moleküler kristal kafes (karbon dioksit) Metal kristal kafesler
olan maddeler metal bağı metal kristal kafeslere sahiptir. Bu tür kafeslerin düğümlerinde atomlar ve iyonlar(metal atomlarının kolayca dönüştüğü atomlar veya iyonlar, dış elektronlarından vazgeçerek " Genel kullanım"). Bu iç yapı metaller karakteristik fiziksel özelliklerini belirler: dövülebilirlik, süneklik, elektriksel ve termal iletkenlik, karakteristik metalik parlaklık.
Hile sayfaları
Katılar genellikle kristal yapıya sahiptir. Uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalarda parçacıkların doğru düzenlenmesi ile karakterize edilir. Bu noktalar kesişen düz çizgilerle zihinsel olarak birbirine bağlandığında uzaysal bir çerçeve oluşur. kristal kafes.
Parçacıkların bulunduğu noktalara denir kristal kafes düğümleri. Hayali bir kafesin düğümleri iyonlar, atomlar veya moleküller içerebilir. Salınım hareketleri yaparlar. Sıcaklık arttıkça salınımların genliği artar ve bu da cisimlerin termal genleşmesinde kendini gösterir.
Parçacıkların türüne ve aralarındaki bağlantının niteliğine bağlı olarak dört tür kristal kafes ayırt edilir: iyonik, atomik, moleküler ve metalik.
İyonlardan oluşan kristal kafeslere iyonik denir. İyonik bağa sahip maddelerden oluşurlar. Bir örnek, daha önce de belirtildiği gibi, her bir sodyum iyonunun altı klorür iyonu ve her bir klorür iyonunun altı sodyum iyonu ile çevrelendiği bir sodyum klorür kristalidir. Bu düzenleme, eğer iyonlar kristalde bulunan küreler olarak temsil edilirse, en yoğun paketlenmeye karşılık gelir. Çoğu zaman, kristal kafesler Şekil 2'de gösterildiği gibi tasvir edilir; burada yalnızca karşılıklı düzenleme parçacıklar, ancak boyutları değil.
Bir kristalde veya tek bir molekülde belirli bir parçacığa yakın bitişik en yakın komşu parçacıkların sayısına denir. koordinasyon numarası.
Sodyum klorür kafesinde her iki iyonun koordinasyon sayısı 6'dır. Dolayısıyla bir sodyum klorür kristalinde tek tek tuz moleküllerini izole etmek imkansızdır. Bunların hiçbiri yok. Kristalin tamamı, eşit sayıda Na + ve Cl - iyonlarından, Na n Cl n'den (n büyük bir sayıdır) oluşan dev bir makromolekül olarak düşünülmelidir. Böyle bir kristaldeki iyonlar arasındaki bağlar çok güçlüdür. Bu nedenle iyonik kafese sahip maddeler nispeten yüksek bir sertliğe sahiptir. Refrakterdirler ve alçaktan uçarlar.
İyonik kristallerin erimesi, iyonların birbirlerine göre geometrik olarak doğru yöneliminin bozulmasına ve aralarındaki bağın gücünün azalmasına yol açar. Bu nedenle eriyikleri elektrik akımını iletir. İyonik bileşikler genellikle su gibi polar moleküllerden oluşan sıvılarda kolayca çözünür.
Düğümlerinde bireysel atomların bulunduğu kristal kafeslere atomik denir. Bu tür kafeslerdeki atomlar birbirine güçlü kovalent bağlarla bağlanır. Bir örnek, karbonun modifikasyonlarından biri olan elmastır. Elmas, her biri dört komşu atoma bağlı karbon atomlarından oluşur. Elmastaki karbonun koordinasyon sayısı 4'tür 
. Elmas kafesinde, sodyum klorür kafesinde olduğu gibi molekül yoktur. Kristalin tamamı dev bir molekül olarak düşünülmelidir. Atomik kristal kafes, katı bor, silikon, germanyum ve bazı elementlerin karbon ve silikonlu bileşiklerinin karakteristiğidir.
Moleküllerden (polar ve polar olmayan) oluşan kristal kafeslere moleküler denir.
Bu tür kafeslerdeki moleküller, nispeten zayıf moleküller arası kuvvetlerle birbirine bağlanır. Bu nedenle moleküler kafesli maddeler düşük sertliğe ve düşük erime noktalarına sahiptir, suda çözünmez veya az çözünür ve çözeltileri neredeyse elektrik akımı iletmez. Moleküler kafesli inorganik maddelerin sayısı azdır.
Bunlara örnek olarak buz, katı karbon monoksit (IV) (“kuru buz”), katı hidrojen halojenürler, bir- (soy gazlar), iki- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2 , O 2 , N 2), üç (O 3), dört (P 4), sekiz (S 8) atomik moleküller. İyotun moleküler kristal kafesi Şekil 2'de gösterilmektedir. 
. Çoğu kristalli organik bileşiğin moleküler bir kafesi vardır.
Çoğu madde, koşullara bağlı olarak üç durumdan birinde olma yeteneği ile karakterize edilir. toplanma durumları: katı, sıvı veya gaz halinde.
Örneğin, su normal basınç 0-100 o C sıcaklık aralığında sıvıdır, 100 o C'nin üzerindeki sıcaklıklarda yalnızca gaz halinde bulunabilir ve 0 o C'nin altındaki sıcaklıklarda katıdır.
Katı haldeki maddeler amorf ve kristal olarak ikiye ayrılır.
Amorf maddelerin karakteristik bir özelliği, net bir erime noktasının olmamasıdır: akışkanlıkları artan sıcaklıkla birlikte yavaş yavaş artar. Amorf maddeler arasında balmumu, parafin, çoğu plastik, cam vb. gibi bileşikler bulunur.
Yine de kristalli maddelerin belirli bir erime noktası vardır; kristal yapıya sahip bir madde, belirli bir sıcaklığa ulaştığında, yavaş yavaş değil, aniden katı halden sıvı duruma geçer. Kristalli maddelere bir örnek sofra tuzu, şeker, buz.
Amorf ve kristal katıların fiziksel özelliklerindeki fark öncelikle bu tür maddelerin yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Amorf ve kristal haldeki bir madde arasındaki farkın ne olduğu en kolay şekilde aşağıdaki çizimden anlaşılabilir:
Gördüğünüz gibi amorf bir maddede, kristalin aksine, parçacıkların dizilişinde bir düzen yoktur. Kristalin bir maddede birbirine yakın iki atomu zihinsel olarak düz bir çizgiyle bağlarsanız, aynı parçacıkların bu çizgi üzerinde kesin olarak tanımlanmış aralıklarla uzanacağını görebilirsiniz:
Dolayısıyla kristal maddeler söz konusu olduğunda kristal kafes gibi bir kavramdan bahsedebiliriz.
Kristal kafes kristali oluşturan parçacıkların bulunduğu uzaydaki noktaları birbirine bağlayan uzaysal çerçeve denir.
Kristali oluşturan parçacıkların uzayda bulunduğu noktalara denir. kristal kafes düğümleri .
Kristal kafesin düğümlerinde hangi parçacıkların bulunduğuna bağlı olarak bunlar ayırt edilir: moleküler, atomik, iyonik Ve metal kristal kafesler .
Düğümlerde moleküler kristal kafes
Moleküler kafes örneği olarak buz kristali kafesiAtomların güçlü kovalent bağlarla bağlandığı moleküller vardır, ancak moleküller zayıf moleküller arası kuvvetler tarafından birbirine yakın tutulur. Bu tür zayıf moleküller arası etkileşimler nedeniyle, moleküler kafesli kristaller kırılgandır. Bu tür maddeler, önemli ölçüde daha düşük erime ve kaynama noktalarına sahip olmaları, elektrik akımını iletmemeleri ve çeşitli çözücüler içinde çözülebilmeleri veya çözülmemeleri nedeniyle diğer yapı türlerine sahip maddelerden farklılık gösterir. Bu tür bileşiklerin çözeltileri, bileşiğin sınıfına bağlı olarak elektrik akımını iletebilir veya iletmeyebilir. Moleküler kristal kafesli bileşikler birçok basit maddeyi içerir - metal olmayanlar (sertleştirilmiş H2, O2, Cl2, ortorombik kükürt S8, beyaz fosfor P4) ve ayrıca birçok karmaşık madde - metal olmayan hidrojen bileşikleri, asitler, metal olmayan oksitler, çoğu organik madde. Bir maddenin gaz halinde olması veya sıvı hal Moleküler kristal kafesten bahsetmek uygun değildir: Moleküler yapı tipi terimini kullanmak daha doğrudur.
Atomik kafes örneği olarak elmas kristal kafesDüğümlerde atomik kristal kafes
atomlar var. Dahası, böyle bir kristal kafesin tüm düğümleri, güçlü kovalent bağlarla tek bir kristal halinde birbirine "bağlanır". Aslında böyle bir kristal dev bir moleküldür. Yapısal özellikleri nedeniyle atomik kristal kafese sahip tüm maddeler katıdır, yüksek erime noktalarına sahiptir, kimyasal olarak aktif değildir, suda veya organik çözücülerde çözünmez ve eriyikleri elektrik akımı iletmez. Atomik yapıya sahip maddelerin bor B, karbon C (elmas ve grafit), basit maddelerden silikon Si ve karmaşık maddelerden silikon dioksit Si02 (kuvars), silikon karbür SiC, bor nitrür BN içerdiği unutulmamalıdır.
olan maddeler için iyonik kristal kafes
kafes bölgelerinde iyonlar var, ilgili arkadaş iyonik bağlar aracılığıyla birbirleriyle
İyonik bağlar oldukça güçlü olduğundan iyonik kafese sahip maddeler nispeten yüksek sertliğe ve refrakterliğe sahiptir. Çoğu zaman suda çözünürler ve eriyik gibi çözeltileri elektrik akımını iletir.
İyonik kristal kafesli maddeler arasında metal ve amonyum tuzları (NH4+), bazlar ve metal oksitler bulunur. Bir maddenin iyonik yapısının kesin bir işareti, bileşiminde hem tipik bir metal hem de metal olmayan atomların bulunmasıdır.
İyonik kafes örneği olarak sodyum klorürün kristal kafesi
serbest metallerin kristallerinde gözlenir, örneğin sodyum Na, demir Fe, magnezyum Mg, vb. Metal kristal kafes durumunda, düğümleri arasında elektronların hareket ettiği katyonlar ve metal atomları bulunur. Bu durumda, hareketli elektronlar periyodik olarak katyonlara bağlanır, böylece yüklerini nötralize ederler ve bunun karşılığında tek tek nötr metal atomları elektronlarının bir kısmını "serbest bırakır" ve sırayla katyonlara dönüşür. Aslında "serbest" elektronlar tek tek atomlara değil, kristalin tamamına aittir.
Bu tür yapısal özellikler, metallerin ısıyı ve elektrik akımını iyi iletmesine ve çoğu zaman yüksek sünekliğe (dövülebilirliğe) sahip olmasına yol açar.
Metallerin erime sıcaklıklarının yayılımı çok büyüktür. Örneğin, cıvanın erime noktası yaklaşık olarak eksi 39 °C'dir (normal koşullar altında sıvı) ve tungstenin erime noktası ise 3422 °C'dir. Normal koşullar altında cıva dışındaki tüm metallerin katı olduğu unutulmamalıdır.
Katılarda parçacıklar (moleküller, atomlar ve iyonlar) birbirine o kadar yakın yerleştirilmiştir ki, aralarındaki etkileşim kuvvetleri onların birbirinden ayrılmasına izin vermez. Bu parçacıklar yalnızca denge konumu etrafında salınım hareketleri gerçekleştirebilirler. Bu nedenle katılar şeklini ve hacmini korur.
Katılar moleküler yapılarına göre ikiye ayrılır. kristalimsi Ve amorf .
Kristal cisimlerin yapısı
Kristal hücre
Kristal, katılar, moleküller, atomlar veya iyonların kesin olarak tanımlanmış bir geometrik düzende düzenlenerek uzayda bir yapı oluşturduğu anlamına gelir. kristal kafes . Bu düzen üç boyutlu uzayda her yönde periyodik olarak tekrarlanır. Uzun mesafelerde varlığını sürdürür ve uzayla sınırlı değildir. O aradı uzun bir yoldan .
Kristal kafes türleri
Kristal kafes, parçacıkların bir kristalde nasıl düzenlendiğini hayal etmek için kullanılabilecek matematiksel bir modeldir. Bu parçacıkların uzayda bulunduğu noktaları zihinsel olarak düz çizgilerle birleştirerek bir kristal kafes elde ederiz.
Bu kafesin bölgelerinde bulunan atomlar arasındaki mesafeye denir. Kafes parametresi .
Düğümlerde hangi parçacıkların bulunduğuna bağlı olarak kristal kafesler moleküler, atomik, iyonik ve metalik .
Kristalin cisimlerin erime noktası, elastikiyet ve dayanıklılık gibi özellikleri kristal kafesin tipine bağlıdır.
Sıcaklık, katının erimesinin başlayacağı bir değere yükseldiğinde kristal kafes tahrip olur. Moleküller daha fazla özgürlük kazanır ve katı kristalli madde sıvı aşamaya geçer. Moleküller arasındaki bağlar ne kadar güçlü olursa erime noktası da o kadar yüksek olur.
Moleküler kafes
Moleküler kafeslerde moleküller arasındaki bağlar güçlü değildir. Bu nedenle normal koşullar altında bu tür maddeler sıvı veya gaz halindedir. Katı hal onlar için yalnızca düşük sıcaklıklarda mümkündür. Erime noktaları (katıdan sıvıya geçiş) de düşüktür. Ve normal koşullar altında gaz halindedirler. Örnekler arasında iyot (I2), “kuru buz” (karbon dioksit CO2) yer alır.
Atomik kafes
Atomik kristal kafesi olan maddelerde atomlar arasındaki bağlar güçlüdür. Bu nedenle maddelerin kendisi çok serttir. Onlar eriyor Yüksek sıcaklık. Silikon, germanyum, bor, kuvars, bazı metallerin oksitleri ve doğadaki en sert madde olan elmas kristal atomik bir yapıya sahiptir.
İyonik kafes
İyonik kristal kafesli maddeler arasında alkaliler, çoğu tuz ve tipik metallerin oksitleri bulunur. İyonların çekici kuvveti çok güçlü olduğundan bu maddeler ancak çok yüksek sıcaklıklarda eriyebilir. Bunlara refrakter denir. Onlar sahip yüksek güç ve sertlik.
Metal ızgara
Tüm metallerin ve alaşımlarının sahip olduğu metal kafesin düğümlerinde hem atomlar hem de iyonlar bulunur. Bu yapı sayesinde metaller iyi işlenebilirlik ve sünekliğe, yüksek ısı ve elektrik iletkenliğine sahiptir.
Çoğu zaman, kristal şekli düzenli bir çokyüzlüdür. Bu tür çokyüzlülerin yüzleri ve kenarları belirli bir madde için her zaman sabit kalır.
Tek kristale denir tek kristal . Onun hakkı var geometrik şekil, sürekli bir kristal kafes.
Doğal tek kristallerin örnekleri elmas, yakut, yapay elmas, kaya tuzu, İzlanda spar, kuvars. İÇİNDE yapay koşullar kristalizasyon işlemi sırasında çözeltiler veya eriyikler belirli bir sıcaklığa soğutulup onlardan ayrıldığında tek kristaller elde edilir sağlam kristaller şeklinde. Yavaş bir kristalleşme hızıyla bu tür kristallerin kesimi doğal bir şekle sahiptir. Bu şekilde özel olarak endüstriyel koşullarÖrneğin, yarı iletkenlerin veya dielektriklerin tek kristalleri elde edilir.
Rastgele bir araya gelen küçük kristallere denir polikristaller . En açık örnek polikristal - granit taş. Tüm metaller aynı zamanda polikristalindir.
Kristal cisimlerin anizotropisi
Kristallerde parçacıklar şu şekilde düzenlenmiştir: farklı yoğunluklar farklı yönlerde. Atomları kristal kafesin yönlerinden birine düz bir çizgiyle bağlarsak, aralarındaki mesafe bu yön boyunca aynı olacaktır. Başka herhangi bir yönde atomlar arasındaki mesafe de sabittir, ancak değeri zaten önceki durumdaki mesafeden farklı olabilir. Bu şu anlama geliyor: farklı güzergahlar Farklı büyüklükteki etkileşim kuvvetleri atomlar arasında etki eder. Dolayısıyla maddenin bu yönlerdeki fiziksel özellikleri de farklılık gösterecektir. Bu fenomene denir anizotropi - Maddenin özelliklerinin yöne bağımlılığı.
Kristalin bir maddenin elektriksel iletkenliği, ısıl iletkenliği, elastikiyeti, kırılma indisi ve diğer özellikleri kristaldeki yöne bağlı olarak değişir. Elektrik akımı farklı yönlerde farklı şekilde iletilir, madde farklı şekilde ısıtılır ve ışık ışınları farklı şekilde kırılır.
Polikristallerde anizotropi olgusu gözlenmez. Maddenin özellikleri her yönde aynı kalır.
