Vrste kristalnih mrež. Vrste kristalnih mrež kovin

Pri opravljanju številnih fizikalnih in kemijskih reakcij snov prehaja v trdno agregatno stanje. Istočasno se molekule in atomi strinjajo v tako prostorskem redu, da bodo sile interakcije med delci snovi čim bolj uravnotežene. S tem dosežemo trdnost trdne snovi. Atomi, ko so zasedli določeno pozicijo, naredijo majhna nihajna gibanja, katerih amplituda je odvisna od temperature, vendar njihov položaj v prostoru ostaja fiksen. Sile privlačnosti in odbojnosti se na določeni razdalji medsebojno usklajujejo.

Sodobne ideje o strukturi snovi

Sodobna znanost trdi, da atom sestavlja nabito jedro, ki nosi pozitivni naboj, in elektroni, ki nosijo negativne naboje. S hitrostjo več tisoč bilijonov vrtljajev na sekundo se elektroni vrtijo v svojih orbitah in ustvarijo elektronski oblak okoli jedra. Pozitivni naboj jedra je numerično enak negativnemu naboju elektronov. Atom materije tako ostaja električno nevtralen. Možne interakcije z drugimi atomi se pojavijo, ko se elektroni ločijo od naravnega atoma in s tem motijo ​​električno ravnovesje. V enem primeru so atomi razporejeni v določenem vrstnem redu, ki se imenuje kristalna rešetka. V drugem pa se zaradi kompleksne interakcije jeder in elektronov združujejo v molekule različnih vrst in kompleksnosti.

Definicija kristalne rešetke

V agregatu so različne vrste kristalnih mrež snovi mreže z različno prostorsko orientacijo, v vozliščih katerih so ioni, molekule ali atomi. Ta stabilna geometrijska prostorska pozicija se imenuje kristalna mreža snovi. Razdalja med vozlišči ene kristalne celice se imenuje obdobje identitete. Prostorski koti, v katerih se nahajajo vozlišča celice, se imenujejo parametri. Po metodi gradnje povezav so lahko kristalne rešetke enostavne, bazične, osredotočene na obraz in osredotočene na telo. Če se delci snovi nahajajo le v kotih paralelepipeda, se takšna mreža imenuje preprosta. Primer take mreže je prikazan spodaj:

Če se poleg vozlišč delcev snovi nahaja sredi prostorskih diagonal, se taka konstrukcija delcev v snovi imenuje kristalno rešetka, ki je osredotočena na telo. Na sliki je ta tip prikazan vizualno.

Če je poleg vozlišč v vozliščih rešetke tudi vozlišče in se na mestu, kjer se križajo imaginarne diagonale paralelepipedov, dobimo s sredinsko usmerjeno vrsto rešetke.

Vrste kristalnih mrež

Različne mikrodelce, ki sestavljajo snov, določajo različne vrste kristalnih mrež. Lahko določijo načelo gradnje odnosa med mikrodelci znotraj kristala. Fizični tipi kristalnih mrež - ionski, atomski in molekularni. To vključuje tudi različne vrste kristalne rešetke kovin. Študij načel notranje strukture elementov, vključenih v kemijo. Vrste kristalnih mrež so podrobneje predstavljene spodaj.

Jonske kristalne rešetke

Tipi podatkov kristalne rešetke so prisotne v spojinah z ionsko vrsto vezi. V tem primeru mrežna mesta vsebujejo ione z nasprotnim električnim nabojem. Zaradi elektromagnetnega polja so sile inter-ionske interakcije precej močne, kar povzroča fizikalne lastnosti snovi. Običajne značilnosti so ognjevarnost, gostota, trdota in sposobnost vodenja električnega toka. Ionske vrste kristalnih mrež so prisotne v snoveh, kot je npr sol, kalijev nitrat in drugo.

Atomske kristalne mreže

Ta vrsta strukture snovi je del elementov, katerih struktura je določena s kovalentno kemično vezjo. Te vrste kristalnih mrež vsebujejo ločene atome v vozliščih, ki so med seboj povezani z močnimi kovalentne vezi. Podobna vrsta vezi nastopi, ko dva enaka atoma "delita" elektrone in tako tvorita skupni par elektronov za sosednje atome. Zaradi te interakcije kovalentne vezi enakomerno in močno vežejo atome v določenem vrstnem redu. Kemični elementi, ki vsebujejo atomske vrste kristalnih mrež, imajo trdoto, visoko tališče, slabo obnašanje električni tok in kemično neaktivna. Klasični primeri elementov s podobno notranjo strukturo vključujejo diamant, silicij, germanij in bor.

Molekularne mreže

Snovi, ki imajo molekularno vrsto kristalne mreže, so sistem stabilnih, medsebojno povezanih, tesno zapakiranih molekul, ki se nahajajo na mestih kristalne rešetke. V takšnih spojinah molekule ohranijo svoj prostorski položaj v plinastih, tekočih in trdnih fazah. Na mestih kristala so molekule zadržane v šibkih van der Waalsovih silah, ki so desetkrat šibkejše od ionskih interakcijskih sil.

Molekule, ki tvorijo kristale, so lahko polarne in nepolarne. Zaradi spontanega gibanja elektronov in nihanja jeder v molekulah se lahko električno ravnovesje premakne - tako nastopi trenutni električni dipolni trenutek. Pravilno usmerjeni dipoli ustvarjajo privlačne sile v rešetki. Ogljikov dioksid in parafin sta značilna primera elementov z molekularno mrežo.

Kovinske kristalne rešetke

Kovinska vez je bolj prožna in plastična kot ionska, čeprav se zdi, da oba temeljita na istem principu. Tipi kristalnih mrež kovin pojasnjujejo njihove tipične lastnosti - kot so npr. Mehanska trdnost, toplotna in električna prevodnost ter topljivost.

Posebnost kovinske kristalne rešetke je prisotnost pozitivno nabitih kovinskih ionov (kationov) na mestih te rešetke. Med vozlišči so elektroni, ki so neposredno vključeni v ustvarjanje električnega polja okoli rešetke. Število elektronov, ki se gibljejo v tej kristalni rešetki, se imenuje elektronski plin. V odsotnosti električnega polja prosti elektroni izvajajo kaotično gibanje, ki naključno komunicira z mrežastimi ioni. Vsaka taka interakcija spreminja gibanje in smer gibanja negativno nabitih delcev. Elektroni v svojem električnem polju privlačijo katione k sebi, pri čemer uravnavajo svoje medsebojno odganjanje. Čeprav se elektroni štejejo za proste, njihova energija ni dovolj, da bi zapustila kristalno mrežo, zato so ti nabiti delci vedno v njenih mejah.

Prisotnost električnega polja daje dodatno energijo elektronskemu plinu. Povezava z ioni v kristalni rešetki kovin ni trajna, zato elektroni zlahka zapustijo njene meje. Elektroni se gibljejo vzdolž električnih vodov, tako da zapustijo pozitivno nabite ione.

Sklepi

Kemija namenja veliko pozornosti preučevanju notranje strukture snovi. Vrste kristalnih mrež različnih elementov določajo skoraj celoten spekter njihovih lastnosti. Z delovanjem na kristale in spreminjanjem njihove notranje strukture je mogoče doseči povečanje želenih lastnosti snovi in ​​odstraniti nezaželene, pretvorjene kemijske elemente. Tako lahko preučevanje notranje strukture bližnjega sveta pomaga spoznati bistvo in načela strukture vesolja.