КРИСТАЛІЧНІ ТВЕРДІ РЕЧОВИНИ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИДИ, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці кристалічні тверді речовини є ті , чиї мікроскопічні структури впорядковані і підкоряються відмітний зразок для конкретної решітки; наприклад: кубічний, шестикутний, триклінічний, ромбоедричний, серед інших.

Кажуть, що ці тверді речовини існують як кристали, відображаючи грані та геометричні конструкції, що відображають, наскільки вони впорядковані всередині. Інші приклади кристалічних твердих речовин - алмаз, кварц, антрацен, сухий лід, хлорид калію або оксид магнію.

Кришталево чиста смужка коричневого цукру. Джерело: Pixabay.

Відома пара кристалічних твердих речовин - цукор і сіль (NaCl). На перший погляд, обидва демонструють білі кристали; але їх властивості сильно відрізняються. Цукор - молекулярне кристалічне тверде тіло, а сіль - іонне кристалічне тверде речовина. Перша складається з молекул сахарози; друге ^- іони Na ⁺ та Cl ^- .

Зображення вище дає змогу побачити, як яскраві кристали цукру можуть бути Однак кристали солі не відстають. Хоча цукор і сіль здаються братами, їх структура відрізняється: цукор, який є сахарозою, має моноклінічну структуру; при цьому сіль - кубічна структура.

Кристалічна структура хлориду натрію, NaCl

Цукрова пудра і сіль (глазур) залишаються кристально чистими; його кристали дістали лише набагато менше для наших очей. Кристалічність твердого тіла визначається тим більше його внутрішньою структурою, ніж зовнішнім виглядом або яскравістю.

Будова кристалічних речовин

Впорядковані структури кристалічних твердих тіл. Джерело: Габріель Болівар.

Кристалічні тверді речовини мають упорядковані структури. Їх геометричні характеристики залежатимуть від типу кристалічної решітки, до якої вони належать, яка, у свою чергу, проектується зовні у вигляді кристала (кристалічна система). Верхнє зображення ілюструє дві важливі концепції таких структур: періодичність та кристалічні зерна.

Просторове упорядкування частинок кристалічного твердого речовини є періодичним; тобто повторюється знову і знову у всіх напрямках. Це створює свою структурну структуру для кожної твердої та кристалічної решітки; наприклад, саме тут сіль і цукор починають диференціюватися поза хімічною природою.

В А ромби розташовані таким чином, щоб породити більший ромб. Кожен фіолетовий ромб являє собою частинку або набір частинок (атоми, іони або молекули). Таким чином, можна очікувати, що макроскопічний кристал A матиме ромбоедричний вигляд.

Тим часом у Б ромби розташовані так, що вони походять із кристалічних зерен; це дуже маленькі кристали (кристаліти). Потім, як кажуть, B є полікристалічним твердим речовиною; тобто утворюється агломерацією множинних кристалітів.

На закінчення тверда речовина може бути просто кристалічною (А) або полікристалічною (В); A утворює кристали, тоді як B - полікристали.

Властивості

Властивості кристалічних твердих тіл залежать від їх типу кристала. Вже відомо, що їхні структури впорядковані, і що вони також мають тенденцію представляти яскраві риси, в які закохуються любителі мінералів. Однак було зазначено, що порошкоподібне тверде речовина, навіть «відключене», також можна класифікувати як кристалічне.

Спосіб просторово орієнтованих їх частинок дозволяє їм мати деякі важливі властивості для їх характеристики. Наприклад, кристалічні тверді речовини здатні до дифракції рентгенівських променів, створюючи дифракційні спектри, з яких можна визначити мікроскопічну структуру кристала.

Крім того, оскільки структура періодична, тепло дифундує однаково в усьому твердому тілі; до тих пір, поки немає ніяких домішок. Таким чином, температури плавлення кристалічного твердого речовини є постійними і не змінюються незалежно від того, як вони вимірюються.

Види кристалічних речовин

Типи кристалічних твердих тіл ґрунтуються на тому, з якого типу частинок вони складаються та якими є їх взаємодії чи зв’язки. По суті є чотири типи: іонні, металеві, молекулярні та ковалентні мережі.

Навіть коли вони мають певну ступінь домішок, вони продовжують бути кристалічними, навіть якщо на їх властивості впливають і вони не виявляють однакових значень, очікуваних для чистого твердого речовини.

Іоніка

Сіль є прикладом іонного кристалічного твердого речовини, оскільки вона складається з іонів Na ⁺ та Cl ^- . Тому в цьому типі твердих тіл керує іонний зв’язок: саме електростатичні сили керують структурним упорядкуванням.

Металеві

Усі металеві атоми утворюють металеві кристали. Це означає, що, наприклад, срібна виделка - це конгломерат з плавлених кристалів срібла. Внутрішня або мікроскопічна структура однакова в кожному дюймі предмета і залишається незмінною від ручки виделки до кінчика зубів.

Молекулярний

Цукор є прикладом молекулярного кристалічного твердого речовини, оскільки він складається з молекул сахарози. Тому цей тип твердого тіла складається з молекул, яким за допомогою міжмолекулярних взаємодій (а не ковалентних зв’язків) вдається встановити впорядковану структуру.

Ковалентні мережі

Нарешті, ми маємо кристалічні тверді речовини ковалентних мереж. У них переважають ковалентні зв’язки, оскільки вони відповідають за встановлення порядку та утримання атомів, сильно закріплених у відповідних просторових положеннях. Ми говоримо не про іони, атоми чи молекули, а про тривимірні мережі.

Приклади

Далі, нарешті, будуть наведені приклади для кожного з типів кристалічних твердих тіл.

Іоніка

Всі солі є іонними твердими речовинами. Так само існують сульфіди, гідроксиди, оксиди, галогеніди та інші сполуки, які також складаються з іонів, або їх взаємодія по суті є іонною. Отже, у нас є:

-KCl

-Випад ₄

-Ba (OH) ₂

-ВИПАДКА ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

На додаток до цих прикладів переважна більшість мінералів вважається іонними кристалічними речовинами.

Металеві

Будь-який металевий елемент зустрічається природним чином як металеві кристали. Деякі з них:

-Копер

-Ірон

-Алюміній

-Хром

-Металічний водень (під немислимим тиском)

-Тунгстен

-Цірконій

-Тітаній

-Магній

-Натрій

Молекулярний

Існує велика різноманітність молекулярних кристалічних речовин. Практично будь-яка органічна сполука, що твердне, утворить кристали, якщо її чистота чи висока структура її не надто складна. Отже, у нас є:

-Лодо (H ₂ O)

-Сухий лід (CO ₂ )

-І ₂

-Р ₄

-S ₈ (та його поліморфи)

-Антрацен

-Твердий кисень

-Твердий аміак

-Фенолфталеїн

-Бензойна кислота

Ковалентні мережі

І нарешті, серед деяких кристалічних твердих тіл ковалентних мереж ми маємо:

-Діамант

-Графіт

-Вуглецеві нанотрубки

-Фуллеренос

-Кварц

-Силікон

-Нерманій

-Нітрид бору

З цього списку вуглецеві нанотрубки та фулерени також можна розглядати як молекулярні кристалічні тверді речовини. Це тому, що, хоча вони складаються з ковалентно пов'язаних атомів вуглецю, вони визначають одиниці, які можна візуалізувати як макромолекули (футбольні м'ячі та трубки).

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
3. Вікіпедія. (2020). Кришталевий. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Хімія LibreTexts. (16 червня 2019 р.). Кристалічні та аморфні тверді речовини. Відновлено з: chem.libretexts.org
5. Рейчел Бернштейн та Ентоні Карпі. (2020). Властивості твердих тіл. Відновлено з: visionlearning.com