ความสามารถในการละลายน้ำของโครงผลึกอะตอมมิก ประเภทของโปรยคริสตัล ประเภทของโครงคริสตัลโลหะ

เมื่อทำกายภาพหลายอย่างแล้ว ปฏิกริยาเคมีสารจะกลายเป็นของแข็ง สถานะของการรวมตัว. ในกรณีนี้ โมเลกุลและอะตอมมีแนวโน้มที่จะจัดเรียงตัวเองตามลำดับเชิงพื้นที่ ซึ่งแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของสสารจะมีความสมดุลสูงสุด นี่คือวิธีรับความแข็งแกร่งของสารที่เป็นของแข็ง อะตอมเมื่อครอบครองตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งแล้วจะมีขนาดเล็กลง การเคลื่อนไหวแบบสั่นแอมพลิจูดซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ตำแหน่งในอวกาศยังคงคงที่ แรงดึงดูดและแรงผลักจะสมดุลกันในระยะที่กำหนด

แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ระบุว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุซึ่งมีประจุบวก และอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ ด้วยความเร็วหลายพันล้านล้านรอบต่อวินาที อิเล็กตรอนจะหมุนในวงโคจรของพวกมัน ทำให้เกิดเมฆอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส ประจุบวกของนิวเคลียสจะมีค่าเท่ากับตัวเลขประจุลบของอิเล็กตรอน ดังนั้นอะตอมของสารจึงยังคงเป็นกลางทางไฟฟ้า อันตรกิริยาที่เป็นไปได้กับอะตอมอื่นเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนแยกออกจากอะตอมต้นกำเนิด ซึ่งรบกวนสมดุลทางไฟฟ้า ในกรณีหนึ่ง อะตอมจะถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน ซึ่งเรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล อีกอย่างเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของนิวเคลียสและอิเล็กตรอนจึงรวมตัวเป็นโมเลกุล หลากหลายชนิดและความซับซ้อน

คำจำกัดความของคริสตัลขัดแตะ

เบ็ดเสร็จ หลากหลายชนิดโครงผลึกของสารเป็นโครงข่ายที่มีการวางแนวเชิงพื้นที่ต่างกันที่โหนดซึ่งมีไอออน โมเลกุล หรืออะตอมอยู่ ตำแหน่งเชิงพื้นที่ทางเรขาคณิตที่มั่นคงนี้เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัลของสสาร ระยะห่างระหว่างโหนดของเซลล์ผลึกหนึ่งเซลล์เรียกว่าคาบการระบุตัวตน มุมเชิงพื้นที่ซึ่งเป็นที่ตั้งของโหนดเซลล์เรียกว่าพารามิเตอร์ ตามวิธีการสร้างพันธะ โครงผลึกอาจเป็นแบบธรรมดา ยึดฐาน ยึดใบหน้า และยึดลำตัว หากอนุภาคของสสารอยู่ที่มุมของเส้นขนานเท่านั้นตาข่ายดังกล่าวจะเรียกว่าง่าย ตัวอย่างของขัดแตะดังกล่าวแสดงอยู่ด้านล่าง:

นอกเหนือจากโหนดแล้ว หากอนุภาคของสสารตั้งอยู่ตรงกลางของเส้นทแยงมุมเชิงพื้นที่ การจัดเรียงของอนุภาคในสสารนี้เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัลที่มีศูนย์กลางร่างกาย ประเภทนี้แสดงไว้อย่างชัดเจนในรูป

นอกจากโหนดที่จุดยอดของโครงตาข่ายแล้ว ยังมีโหนดอยู่ที่ตำแหน่งที่เส้นทแยงมุมจินตภาพของจุดตัดขนานที่ขนานกัน แสดงว่าคุณมีโครงตาข่ายแบบมีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง

ประเภทของโปรยคริสตัล

อนุภาคขนาดเล็กต่างๆ ที่ประกอบเป็นสารจะกำหนดประเภทของโครงผลึกชนิดต่างๆ พวกเขาสามารถกำหนดหลักการของการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาคขนาดเล็กภายในคริสตัลได้ ประเภททางกายภาพของโครงผลึก ได้แก่ ไอออนิก อะตอม และโมเลกุล รวมถึงโครงตาข่ายคริสตัลโลหะประเภทต่างๆ ด้วย เคมีศึกษาหลักการของโครงสร้างภายในขององค์ประกอบ ประเภทของโครงคริสตัลมีรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

โครงผลึกไอออนิก

โครงผลึกประเภทนี้มีอยู่ในสารประกอบที่มีพันธะไอออนิก ในกรณีนี้ ไซต์ขัดแตะจะมีไอออนที่อยู่ตรงข้ามกัน ค่าไฟฟ้า. ต้องขอบคุณสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างไอออนิกจึงค่อนข้างแรง และนี่คือสาเหตุ คุณสมบัติทางกายภาพสาร ลักษณะทั่วไปคือการหักเหของแสง ความหนาแน่น ความแข็ง และความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า โครงผลึกประเภทไอออนิกพบได้ในสารต่างๆ เช่น เกลือแกง โพแทสเซียมไนเตรต และอื่นๆ

โปรยคริสตัลอะตอม

โครงสร้างของสสารประเภทนี้มีอยู่ในองค์ประกอบที่โครงสร้างถูกกำหนดโดยพันธะเคมีโควาเลนต์ ประเภทของโปรยคริสตัล ชนิดนี้ประกอบด้วยอะตอมเดี่ยวๆ เรียงกันเป็นปม เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง พันธะประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่เหมือนกันสองอะตอม “ใช้” อิเล็กตรอนร่วมกัน จึงเกิดเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมสำหรับอะตอมข้างเคียง ด้วยปฏิกิริยานี้ พันธะโควาเลนต์จึงจับอะตอมอย่างเท่าเทียมกันและแข็งแกร่งในลำดับที่แน่นอน องค์ประกอบทางเคมีที่มีผลึกขัดแตะประเภทอะตอมนั้นมีความแข็ง มีจุดหลอมเหลวสูง เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ไม่ดี และไม่มีการใช้งานทางเคมี ตัวอย่างคลาสสิกองค์ประกอบที่มีความคล้ายคลึงกัน โครงสร้างภายในคุณสามารถตั้งชื่อเพชร ซิลิคอน เจอร์เมเนียม โบรอนได้

โปรยคริสตัลโมเลกุล

สารที่มีประเภทโมเลกุลของผลึกขัดแตะคือระบบของโมเลกุลที่มีความเสถียร มีปฏิกิริยาโต้ตอบ และอัดแน่นกันอย่างใกล้ชิด ซึ่งอยู่ที่โหนดของผลึกขัดแตะ ในสารประกอบดังกล่าว โมเลกุลจะรักษาตำแหน่งเชิงพื้นที่ในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ที่จุดเชื่อมต่อของคริสตัล โมเลกุลจะถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อน ซึ่งอ่อนแรงกว่าแรงอันตรกิริยาไอออนิกหลายสิบเท่า

โมเลกุลที่ก่อตัวเป็นผลึกสามารถเป็นได้ทั้งแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้ว เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและการสั่นสะเทือนของนิวเคลียสในโมเลกุลโดยธรรมชาติ สมดุลทางไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงได้ - นี่คือวิธีที่โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าเกิดขึ้นทันที ไดโพลที่มีการวางตำแหน่งอย่างเหมาะสมจะสร้างแรงดึงดูดในโครงตาข่าย คาร์บอนไดออกไซด์และพาราฟินเป็นตัวอย่างทั่วไปขององค์ประกอบที่มีโครงตาข่ายโมเลกุล

โครงคริสตัลโลหะ

พันธะโลหะมีความยืดหยุ่นและเหนียวกว่าพันธะไอออนิก แม้ว่าอาจดูเหมือนว่าทั้งสองมีพื้นฐานอยู่บนหลักการเดียวกันก็ตาม ประเภทของโครงผลึกของโลหะจะอธิบายคุณสมบัติทั่วไปของโลหะเหล่านั้น เช่น ความแข็งแรงทางกล การนำความร้อนและไฟฟ้า และการหลอมละลาย

ลักษณะเด่นของโครงตาข่ายคริสตัลโลหะคือการมีอยู่ของไอออนโลหะที่มีประจุบวก (แคตไอออน) ที่บริเวณโครงตาข่ายนี้ ระหว่างโหนดจะมีอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการสร้าง สนามไฟฟ้ารอบตะแกรง จำนวนอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายในโครงตาข่ายคริสตัลนี้เรียกว่าแก๊สอิเล็กตรอน

ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่อย่างวุ่นวาย โดยสุ่มโต้ตอบกับไอออนของโครงตาข่าย อันตรกิริยาแต่ละครั้งจะเปลี่ยนโมเมนตัมและทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุลบ ด้วยสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะดึงดูดแคตไอออนเข้าสู่ตัวเอง เพื่อสร้างสมดุลให้กับแรงผลักกันของพวกมัน แม้ว่าอิเล็กตรอนจะถือว่าเป็นอิสระ แต่พลังงานของพวกมันไม่เพียงพอที่จะออกจากโครงตาข่ายคริสตัล ดังนั้นอนุภาคที่มีประจุเหล่านี้จึงอยู่ภายในขอบเขตของมันตลอดเวลา

การมีสนามไฟฟ้าให้ ก๊าซอิเล็กตรอนพลังงานพิเศษ การเชื่อมต่อกับไอออนในโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะไม่แข็งแรงดังนั้นอิเล็กตรอนจึงออกจากขอบเขตได้ง่าย อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง โดยทิ้งไอออนที่มีประจุบวกไว้เบื้องหลัง

ข้อสรุป

เคมีให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาโครงสร้างภายในของสสาร ประเภทของโครงผลึกขององค์ประกอบต่าง ๆ จะกำหนดคุณสมบัติเกือบทั้งหมด ด้วยการมีอิทธิพลต่อคริสตัลและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายใน ทำให้สามารถบรรลุผลการปรับปรุงได้ คุณสมบัติที่จำเป็นสารและกำจัดสิ่งที่ไม่ต้องการแปลงสภาพ องค์ประกอบทางเคมี. ดังนั้นการศึกษาโครงสร้างภายในของโลกโดยรอบจึงสามารถช่วยให้เข้าใจแก่นแท้และหลักการของโครงสร้างของจักรวาลได้

ของแข็งในธรรมชาติมีสองประเภท ซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด สิ่งเหล่านี้คือวัตถุอสัณฐานและเป็นผลึก และวัตถุอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวที่แน่นอนในระหว่างการให้ความร้อนพวกมันจะค่อยๆอ่อนตัวลงและผ่านเข้าสู่สถานะของเหลว ตัวอย่างของสารดังกล่าวคือเรซินหรือดินน้ำมันธรรมดา แต่สถานการณ์แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับสารที่เป็นผลึก พวกมันยังคงอยู่ในสถานะของแข็งจนถึงอุณหภูมิหนึ่ง และหลังจากถึงอุณหภูมินั้นแล้ว สารเหล่านี้จะละลาย

มันเป็นเรื่องของโครงสร้างของสารดังกล่าว ในของแข็งผลึก อนุภาคที่ประกอบขึ้นจะอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่ง และถ้าคุณเชื่อมต่อมันด้วยเส้นตรง คุณจะได้กรอบจินตภาพบางอย่าง ซึ่งเรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล และประเภทของโปรยคริสตัลอาจแตกต่างกันมาก และตามประเภทของอนุภาคที่พวกมัน "สร้างขึ้น" โปรยจะแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ ไอออนิก อะตอม โมเลกุล และ

และที่โหนดจึงมีไอออนอยู่และมีพันธะไอออนิกระหว่างพวกมัน อาจเป็นแบบง่าย (Cl-, Na+) หรือเชิงซ้อน (OH-, SO2-) และโครงผลึกประเภทนี้อาจมีไฮดรอกไซด์ของโลหะและออกไซด์ เกลือ และสารอื่นที่คล้ายคลึงกัน ยกตัวอย่างเช่น โซเดียมคลอไรด์ธรรมดา โดยจะสลับไอออนคลอรีนที่เป็นลบและไอออนโซเดียมบวก ซึ่งก่อให้เกิดโครงผลึกลูกบาศก์ พันธะไอออนิกในโครงตาข่ายดังกล่าวมีความเสถียรมากและสารที่ "สร้างขึ้น" ตามหลักการนี้มีความแข็งแรงและความแข็งค่อนข้างสูง

นอกจากนี้ยังมีโปรยคริสตัลประเภทหนึ่งที่เรียกว่าอะตอมมิก ที่นี่โหนดประกอบด้วยอะตอมซึ่งมีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง มีสารไม่กี่ชนิดที่มีโครงอะตอมมิก ซึ่งรวมถึงเพชร เช่นเดียวกับผลึกเจอร์เมเนียม ซิลิคอน และโบรอน นอกจากนี้ยังมีสารที่ซับซ้อนบางชนิดที่ประกอบด้วยและมีตาข่ายคริสตัลอะตอมตามลำดับ เหล่านี้คือหินคริสตัลและซิลิกา และในกรณีส่วนใหญ่สารดังกล่าวจะมีความแข็งแรง แข็ง และทนไฟได้มาก พวกเขายังไม่ละลายน้ำในทางปฏิบัติ

และผลึกขัดแตะชนิดโมเลกุลก็มีสารหลากหลายชนิด ซึ่งรวมถึงน้ำแช่แข็งนั่นคือน้ำแข็งธรรมดา "น้ำแข็งแห้ง" - คาร์บอนมอนอกไซด์ที่แข็งตัวรวมถึงไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นของแข็งและไฮโดรเจนคลอไรด์ โครงตาข่ายโมเลกุลก็มีของแข็งมากมายเช่นกัน สารประกอบอินทรีย์. ซึ่งรวมถึงน้ำตาล กลูโคส แนฟทาลีน และสารอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน และโมเลกุลที่อยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายนั้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีแบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว และแม้ว่าภายในโมเลกุลจะมีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอม แต่โมเลกุลเหล่านี้เองก็ถูกเก็บไว้ในโครงตาข่ายเนื่องจากพันธะระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอมาก ดังนั้นสารดังกล่าวจึงค่อนข้างระเหย ละลายได้ง่าย และไม่มีความแข็งมาก

โลหะมีมากที่สุด ประเภทต่างๆโปรยคริสตัล และโหนดของพวกมันสามารถมีทั้งอะตอมและไอออน ในกรณีนี้ อะตอมสามารถเปลี่ยนเป็นไอออนได้อย่างง่ายดาย โดยบริจาคอิเล็กตรอนให้กับ “ การใช้งานทั่วไป" ในทำนองเดียวกันไอออนเมื่อ "จับ" อิเล็กตรอนอิสระก็สามารถกลายเป็นอะตอมได้ และโครงตาข่ายนี้จะกำหนดคุณสมบัติของโลหะเช่นความเป็นพลาสติก ความอ่อนตัว การนำความร้อนและไฟฟ้า

นอกจากนี้ประเภทของโครงผลึกของโลหะและสารอื่น ๆ ยังแบ่งออกเป็นเจ็ดระบบหลักตามรูปร่างของเซลล์พื้นฐานของโครงตาข่าย ที่ง่ายที่สุดคือเซลล์ลูกบาศก์ นอกจากนี้ยังมีเซลล์หน่วยขนมเปียกปูน tetragonal หกเหลี่ยม rhombohedral โมโนคลินิกและ triclinic ที่กำหนดรูปร่างของโครงตาข่ายคริสตัลทั้งหมด แต่ในกรณีส่วนใหญ่ โครงตาข่ายคริสตัลจะซับซ้อนกว่าที่กล่าวข้างต้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอนุภาคมูลฐานสามารถอยู่ได้ไม่เพียง แต่ในโหนดขัดแตะเท่านั้น แต่ยังอยู่ตรงกลางหรือที่ขอบด้วย และในบรรดาโลหะ ที่พบมากที่สุดคือโครงผลึกที่ซับซ้อนสามอันต่อไปนี้: ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ใบหน้า, ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางที่ลำตัว และแบบบรรจุปิดหกเหลี่ยม ลักษณะทางกายภาพของโลหะไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของโครงตาข่ายคริสตัลเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอะตอมและพารามิเตอร์อื่นๆ ด้วย

ของแข็งส่วนใหญ่มี โครงสร้างคริสตัลซึ่งอนุภาคที่ใช้ "สร้าง" อยู่ในลำดับที่แน่นอนดังนั้นจึงสร้าง ตาข่ายคริสตัล. มันถูกสร้างขึ้นจากการทำซ้ำหน่วยโครงสร้างที่เหมือนกัน - เซลล์หน่วยซึ่งสื่อสารกับเซลล์ข้างเคียงสร้างโหนดเพิ่มเติม เป็นผลให้มีโครงคริสตัลที่แตกต่างกัน 14 แบบ

ประเภทของโปรยคริสตัล

ขึ้นอยู่กับอนุภาคที่ยืนอยู่ที่โหนดขัดแตะพวกมันมีความโดดเด่น:

• ตาข่ายคริสตัลโลหะ
• ตาข่ายคริสตัลไอออนิก
• ตาข่ายคริสตัลโมเลกุล
• ตาข่ายคริสตัลโมเลกุลขนาดใหญ่ (อะตอม)

พันธะโลหะในโครงคริสตัล

ผลึกไอออนิกมีความเปราะบางเพิ่มขึ้นเพราะว่า การเปลี่ยนแปลงของโครงตาข่ายคริสตัล (แม้แต่เพียงเล็กน้อย) นำไปสู่ความจริงที่ว่าไอออนที่มีประจุเหมือนกันเริ่มที่จะผลักกัน และพันธะจะแตก แตก และแตกออก

พันธะโมเลกุลของโครงผลึก

ลักษณะสำคัญของพันธะระหว่างโมเลกุลคือ "จุดอ่อน" (van der Waals, ไฮโดรเจน)

นี่คือโครงสร้างของน้ำแข็ง โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนกับ 4 โมเลกุลที่อยู่รอบๆ ทำให้เกิดโครงสร้างทรงสี่หน้า

พันธะไฮโดรเจนอธิบายถึงจุดเดือด จุดหลอมเหลว และความหนาแน่นต่ำ

การเชื่อมต่อระดับโมเลกุลขนาดใหญ่ของโครงผลึก

มีอะตอมอยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล คริสตัลเหล่านี้แบ่งออกเป็น 3 ประเภท:

• กรอบ;
• โซ่;
• โครงสร้างชั้น

โครงสร้างเฟรมเพชรเป็นหนึ่งในสารที่แข็งที่สุดในธรรมชาติ อะตอมของคาร์บอนก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์ที่เหมือนกัน 4 พันธะ ซึ่งบ่งบอกถึงรูปร่างของจัตุรมุขปกติ ( เอสพี 3 - การผสมพันธุ์) แต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนคู่เดียวซึ่งสามารถสร้างพันธะกับอะตอมข้างเคียงได้ เป็นผลให้เกิดตาข่ายสามมิติขึ้นในโหนดที่มีอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น

การทำลายโครงสร้างดังกล่าวต้องใช้พลังงานมาก โดยมีจุดหลอมเหลวของสารประกอบดังกล่าวสูง (สำหรับเพชรจะมีอุณหภูมิ 3,500°C)

โครงสร้างแบบชั้นพูดถึงการมีอยู่ของพันธะโควาเลนต์ภายในแต่ละชั้นและพันธะ van der Waals ที่อ่อนแอระหว่างชั้นต่างๆ

ลองดูตัวอย่าง: กราไฟท์ คาร์บอนแต่ละอะตอมอยู่ในนั้น เอสพี 2 - การผสมพันธุ์ อิเล็กตรอนคู่ที่ 4 จะสร้างพันธะ van der Waals ระหว่างชั้นต่างๆ ดังนั้นเลเยอร์ที่ 4 จึงมีความคล่องตัวสูง:

พันธะมีความอ่อนแอจึงแตกหักง่าย ซึ่งสามารถสังเกตได้ด้วยดินสอ - "คุณสมบัติการเขียน" - ชั้นที่ 4 ยังคงอยู่บนกระดาษ

กราไฟท์เป็นตัวนำที่ดีเยี่ยม กระแสไฟฟ้า(อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปตามระนาบของชั้นได้)

โครงสร้างลูกโซ่มีออกไซด์ (เช่น ดังนั้น 3 ) ซึ่งตกผลึกในรูปของเข็มมันเงา โพลีเมอร์ สารอสัณฐานบางชนิด ซิลิเกต (แร่ใยหิน)

คำแนะนำ

ในขณะที่คุณสามารถเดาได้ง่ายจากชื่อนั้น โครงตาข่ายประเภทโลหะนั้นพบได้ในโลหะ สารเหล่านี้มักจะมีจุดหลอมเหลวสูง เงางามเป็นโลหะความแข็งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี โปรดจำไว้ว่าไซต์ขัดแตะประเภทนี้มีทั้งอะตอมที่เป็นกลางหรือไอออนที่มีประจุบวก ในช่องว่างระหว่างโหนดมีอิเล็กตรอนการโยกย้ายซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่ามีค่าการนำไฟฟ้าสูงของสารดังกล่าว

ตาข่ายคริสตัลชนิดอิออน ควรจำไว้ว่ามันมีอยู่ในเกลือด้วย ลักษณะเฉพาะ - ผลึกของเกลือแกงที่รู้จักกันดีคือโซเดียมคลอไรด์ ไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบจะสลับกันที่ตำแหน่งของโครงตาข่ายดังกล่าว สารดังกล่าวมักจะทนไฟและมีความผันผวนต่ำ อย่างที่คุณอาจเดาได้ มันเป็นประเภทไอออนิก

ตาข่ายคริสตัลชนิดอะตอมมีอยู่ในสารง่าย ๆ - อโลหะซึ่งเมื่อใด สภาวะปกติแทน ของแข็ง. เช่น ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส... ที่บริเวณที่มีโครงตาข่ายดังกล่าวจะมีอะตอมที่เป็นกลางเชื่อมต่อถึงกันด้วยพันธะเคมีโควาเลนต์ สารดังกล่าวมีลักษณะการหักเหของแสงและไม่ละลายในน้ำ บางชนิด (เช่น คาร์บอนในรูป) มีความแข็งสูงเป็นพิเศษ

ในที่สุดโครงตาข่ายชนิดสุดท้ายก็คือโมเลกุล พบได้ในสารที่อยู่ภายใต้สภาวะปกติในรูปของเหลวหรือก๊าซ ดังที่สามารถเข้าใจได้ง่ายอีกครั้งที่โหนดของโครงตาข่ายนั้นมีโมเลกุลอยู่ อาจเป็นได้ทั้งแบบไม่มีขั้ว (สำหรับก๊าซธรรมดา เช่น Cl2, O2) หรือแบบมีขั้ว (ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ H2O ของน้ำ) สารที่มีโครงตาข่ายชนิดนี้ไม่นำกระแส ระเหยง่าย และมีจุดหลอมเหลวต่ำ

แหล่งที่มา:

• ประเภทตะแกรง

อุณหภูมิ ละลายของของแข็งจะถูกวัดเพื่อกำหนดความบริสุทธิ์ สิ่งเจือปนในสารบริสุทธิ์มักจะทำให้อุณหภูมิลดลง ละลายหรือเพิ่มระยะเวลาที่สารประกอบจะละลาย วิธีคาปิลลารีเป็นวิธีการคลาสสิกในการควบคุมสิ่งเจือปน

คุณจะต้องการ

• - สารทดสอบ
• - เส้นเลือดฝอยแก้วปิดผนึกที่ปลายด้านหนึ่ง (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม.)
• - หลอดแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6-8 มม. และความยาวอย่างน้อย 50 ซม.
• - บล็อกอุ่น

คำแนะนำ

บดสารทดสอบก่อนแห้งในครกจนละเอียด นำเส้นเลือดฝอยอย่างระมัดระวังและจุ่มปลายเปิดเข้าไปในสาร ในขณะที่บางส่วนควรตกลงไปในเส้นเลือดฝอย

วางหลอดแก้วในแนวตั้งบนพื้นผิวแข็งแล้วปล่อยเส้นเลือดฝอยผ่านหลาย ๆ ครั้งโดยปิดผนึกปลายลง ซึ่งจะช่วยกระชับสาร ในการกำหนดอุณหภูมิคอลัมน์ของสารในเส้นเลือดฝอยควรมีขนาดประมาณ 2-5 มม.

วางเทอร์โมมิเตอร์แบบคาปิลลารีไว้ในบล็อกที่ให้ความร้อน และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสารทดสอบเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ก่อนและระหว่างการให้ความร้อน เทอร์โมมิเตอร์ไม่ควรสัมผัสผนังของบล็อกหรือพื้นผิวที่ร้อนจัดอื่นๆ มิฉะนั้นอาจระเบิดได้

สังเกตอุณหภูมิที่หยดแรกปรากฏในเส้นเลือดฝอย (จุดเริ่มต้น ละลาย) และอุณหภูมิที่สารสุดท้ายหายไป (จบ ละลาย). ในช่วงเวลานี้สารเริ่มลดลงจนกระทั่งเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวโดยสมบูรณ์ เมื่อทำการวิเคราะห์ ให้มองหาการเปลี่ยนแปลงหรือการสลายตัวของสารด้วย

ทำซ้ำการวัดอีก 1-2 ครั้ง นำเสนอผลการวัดแต่ละครั้งในรูปแบบของช่วงอุณหภูมิที่สอดคล้องกันในระหว่างที่สารเปลี่ยนจากของแข็งไปเป็นของเหลว ในตอนท้ายของการวิเคราะห์ ให้สรุปเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของสารทดสอบ

วิดีโอในหัวข้อ

ในผลึก อนุภาคเคมี (โมเลกุล อะตอม และไอออน) จะถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อนุภาคเหล่านั้นจะก่อตัวเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมสมมาตรปกติ โปรยคริสตัลมีสี่ประเภท - ไอออนิก, อะตอม, โมเลกุลและโลหะ

คริสตัล

สถานะผลึกมีลักษณะเฉพาะคือการมีลำดับระยะไกลในการจัดเรียงอนุภาค เช่นเดียวกับความสมมาตรของโครงตาข่ายคริสตัล ผลึกแข็งคือการก่อตัวสามมิติซึ่งมีองค์ประกอบโครงสร้างเดียวกันซ้ำในทุกทิศทาง

รูปร่างที่ถูกต้องของคริสตัลนั้นพิจารณาจากโครงสร้างภายใน หากคุณแทนที่โมเลกุล อะตอม และไอออนในนั้นด้วยจุดแทนที่จะเป็นจุดศูนย์ถ่วงของอนุภาคเหล่านี้ คุณจะได้รับการกระจายตัวแบบปกติสามมิติ - องค์ประกอบที่ทำซ้ำของโครงสร้างเรียกว่าเซลล์ประถมศึกษาและจุดต่างๆเรียกว่าโหนดของโครงตาข่ายคริสตัล ผลึกมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับอนุภาคที่ก่อตัวขึ้นและขึ้นอยู่กับธรรมชาติด้วย พันธะเคมีระหว่างพวกเขา.

โครงผลึกไอออนิก

ผลึกไอออนิกก่อตัวเป็นแอนไอออนและแคตไอออนซึ่งอยู่ระหว่างนั้น คริสตัลประเภทนี้ประกอบด้วยเกลือของโลหะส่วนใหญ่ แคตไอออนแต่ละตัวจะดึงดูดไอออนและถูกไอออนบวกอื่นผลักไส ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกโมเลกุลเดี่ยวออกจากผลึกไอออนิก คริสตัลถือได้ว่าเป็นคริสตัลขนาดใหญ่และมีขนาดไม่ จำกัด สามารถเกาะติดไอออนใหม่ได้

โปรยคริสตัลอะตอม

ในผลึกอะตอม แต่ละอะตอมจะรวมกัน พันธะโควาเลนต์. เช่นเดียวกับผลึกไอออนิก พวกมันยังถูกมองว่าเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่อีกด้วย ในเวลาเดียวกัน ผลึกอะตอมมีความแข็งและทนทานมาก และนำไฟฟ้าและความร้อนได้ไม่ดี พวกมันไม่ละลายน้ำในทางปฏิบัติและมีลักษณะของปฏิกิริยาต่ำ สารที่มีโครงอะตอมจะละลายที่อุณหภูมิสูงมาก

ผลึกโมเลกุล

ตาข่ายคริสตัลโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลที่อะตอมถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ด้วยเหตุนี้แรงโมเลกุลอ่อนจึงกระทำระหว่างโมเลกุล ผลึกดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือมีความแข็งต่ำ จุดหลอมเหลวต่ำ และมีความลื่นไหลสูง สารที่พวกมันก่อตัวตลอดจนการหลอมและสารละลายไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ดี

โครงคริสตัลโลหะ

ในโครงตาข่ายคริสตัลโลหะ อะตอมจะถูกจัดเรียงด้วยความหนาแน่นสูงสุด พันธะของพวกมันจะถูกแยกส่วน และขยายออกไปทั่วทั้งผลึก ผลึกดังกล่าวมีความทึบแสง มีความแวววาวของโลหะ มีรูปร่างผิดปกติได้ง่าย และเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี

การจำแนกประเภทนี้อธิบายเฉพาะกรณีที่ จำกัด ผลึกของสารอนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นประเภทขั้นกลาง - โมเลกุล - โควาเลนต์, โควาเลนต์ ฯลฯ ตัวอย่างคือผลึกกราไฟท์ภายในแต่ละชั้นจะมีพันธะโควาเลนต์ - โลหะและระหว่างชั้นนั้นมีโมเลกุล .

แหล่งที่มา:

• alhimik.ru, ของแข็ง

เพชรเป็นแร่ธาตุที่อยู่ในการดัดแปลงคาร์บอนแบบ allotropic คุณสมบัติที่โดดเด่นมีความแข็งสูงซึ่งทำให้ได้รับฉายาว่าเป็นสารที่แข็งที่สุดอย่างถูกต้อง เพชรเป็นแร่ที่ค่อนข้างหายาก แต่ในขณะเดียวกันก็แพร่หลายมากที่สุด ความแข็งที่โดดเด่นนี้สามารถนำไปใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกลและอุตสาหกรรมได้

คำแนะนำ

เพชรมีโครงตาข่ายคริสตัลอะตอม อะตอมของคาร์บอนที่เป็นพื้นฐานของโมเลกุลนั้นถูกจัดเรียงอยู่ในรูปของจัตุรมุข ซึ่งเป็นเหตุให้เพชรมีความแข็งแรงสูงเช่นนี้ อะตอมทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งซึ่งเกิดขึ้นจากโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุล

อะตอมของคาร์บอนมีออร์บิทัลไฮบริด sp3 ซึ่งทำมุม 109 องศา 28 นาที การทับซ้อนของออร์บิทัลลูกผสมเกิดขึ้นเป็นเส้นตรงในระนาบแนวนอน

ดังนั้น เมื่อออร์บิทัลซ้อนทับกันในมุมดังกล่าว จะมีศูนย์กลาง

โครงสร้างของสสารไม่ได้ถูกกำหนดโดยการจัดเรียงสัมพัทธ์ของอะตอมในอนุภาคเคมีเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากตำแหน่งของอนุภาคเคมีเหล่านี้ในอวกาศด้วย การจัดเรียงอะตอม โมเลกุล และไอออนมีลำดับมากที่สุด คริสตัล(จากภาษากรีก " คริสตัลลอส" - น้ำแข็ง) ซึ่งอนุภาคเคมี (อะตอม, โมเลกุล, ไอออน) ถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอนทำให้เกิดโครงตาข่ายคริสตัลในอวกาศ ภายใต้เงื่อนไขของการก่อตัวบางอย่างพวกมันสามารถมีรูปร่างตามธรรมชาติของรูปทรงหลายเหลี่ยมสมมาตรปกติ สถานะของผลึกคือ โดดเด่นด้วยการมีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอนุภาคและโครงตาข่ายคริสตัลสมมาตร

สถานะอสัณฐานมีลักษณะเฉพาะคือการมีลำดับระยะสั้นเท่านั้น โครงสร้างของสารอสัณฐานมีลักษณะคล้ายของเหลว แต่มีสภาพคล่องน้อยกว่ามาก สถานะอสัณฐานมักจะไม่เสถียร ภายใต้อิทธิพลของแรงทางกลหรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ วัตถุอสัณฐานสามารถตกผลึกได้ ปฏิกิริยาของสารในสถานะสัณฐานจะสูงกว่าในสถานะผลึกมาก

สารอสัณฐาน

ป้ายหลัก สัณฐาน(จากภาษากรีก " อมอร์ฟอส" - ไม่มีรูปแบบ) สถานะของสสาร - การไม่มีตาข่ายอะตอมหรือโมเลกุลนั่นคือคาบสามมิติของลักษณะโครงสร้างของสถานะผลึก

เมื่อสารของเหลวถูกทำให้เย็นลง สารนั้นจะไม่ตกผลึกเสมอไป ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อาจเกิดสถานะของแข็งอสัณฐาน (คล้ายแก้ว) ที่ไม่สมดุลได้ สถานะคล้ายแก้วอาจมีสารอย่างง่าย (คาร์บอน ฟอสฟอรัส สารหนู ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม) ออกไซด์ (เช่น โบรอน ซิลิคอน ฟอสฟอรัส) เฮไลด์ ชาลโคจิไนด์ และโพลีเมอร์อินทรีย์หลายชนิด

ในสถานะนี้สารสามารถคงตัวได้เป็นระยะเวลานาน เช่น อายุของแก้วภูเขาไฟบางชนิดประมาณเป็นล้านปี ทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีสารที่อยู่ในสถานะอสัณฐานคล้ายแก้วอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากคุณสมบัติของสารที่เป็นผลึก ตัวอย่างเช่น เจอร์เมเนียมไดออกไซด์คล้ายแก้วมีฤทธิ์ทางเคมีมากกว่าผลึก ความแตกต่างในคุณสมบัติของสถานะอสัณฐานของของเหลวและของแข็งนั้นถูกกำหนดโดยธรรมชาติ การเคลื่อนไหวด้วยความร้อนอนุภาค: ในสถานะอสัณฐาน อนุภาคสามารถเคลื่อนที่ด้วยการสั่นและการหมุนเท่านั้น แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปทั่วสารได้

มีสารที่สามารถมีอยู่ได้เฉพาะในรูปของแข็งในสถานะสัณฐานเท่านั้น นี่หมายถึงโพลีเมอร์ที่มีลำดับหน่วยไม่ปกติ

ร่างกายอสัณฐาน ไอโซโทรปิกกล่าวคือคุณสมบัติทางกล ทางแสง ไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่นๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทาง วัตถุอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวคงที่: การหลอมเหลวเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด การเปลี่ยนผ่านของสารอสัณฐานจากสถานะของแข็งเป็นของเหลวไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างกะทันหัน ยังไม่ได้สร้างแบบจำลองทางกายภาพของสถานะอสัณฐาน

สารที่เป็นผลึก

แข็ง คริสตัล- การก่อตัวสามมิติโดดเด่นด้วยการทำซ้ำอย่างเข้มงวดขององค์ประกอบโครงสร้างเดียวกัน ( เซลล์หน่วย) ในทุกทิศทาง เซลล์หน่วยเป็นปริมาตรที่เล็กที่สุดของผลึกในรูปของผลึกขนานที่ทำซ้ำในผลึกจำนวนอนันต์

ทางเรขาคณิต แบบฟอร์มที่ถูกต้องก่อนอื่นเลย ผลึกถูกกำหนดโดยโครงสร้างภายในที่สม่ำเสมออย่างเคร่งครัด แทนที่จะเป็นอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลในคริสตัล ถ้าเราพรรณนาจุดที่เป็นจุดศูนย์ถ่วงของอนุภาคเหล่านี้ เราจะได้การกระจายจุดดังกล่าวอย่างสม่ำเสมอแบบสามมิติ เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล จุดนั้นเรียกว่า โหนดตาข่ายคริสตัล

ประเภทของโปรยคริสตัล

คริสตัลประเภทต่างๆ มีความแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคใดที่ทำมาจากผลึกขัดแตะและลักษณะของพันธะเคมีระหว่างอนุภาคเหล่านั้น

ผลึกไอออนิกเกิดขึ้นจากแคตไอออนและแอนไอออน (เช่น เกลือและไฮดรอกไซด์ของโลหะส่วนใหญ่) ในนั้นมีพันธะไอออนิกระหว่างอนุภาค

ผลึกไอออนิกอาจประกอบด้วย โมเลกุลเดี่ยวไอออน นี่คือวิธีการสร้างคริสตัล เกลือแกง,โพแทสเซียมไอโอไดด์,แคลเซียมฟลูออไรด์.
ไอออนบวกของโลหะเชิงเดี่ยวและไอออนโพลีอะตอมมิก เช่น ไนเตรตไอออน NO 3 −, ซัลเฟตไอออน SO 4 2−, คาร์บอเนตไอออน CO 3 2− มีส่วนร่วมในการก่อตัวของผลึกไอออนิกของเกลือหลายชนิด

เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกโมเลกุลเดี่ยวออกจากผลึกไอออนิก ไอออนบวกแต่ละตัวจะดึงดูดไอออนแต่ละตัวและถูกผลักด้วยไอออนบวกอื่น ๆ คริสตัลทั้งหมดถือได้ว่าเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ขนาดของโมเลกุลดังกล่าวไม่จำกัด เนื่องจากสามารถเติบโตได้โดยการเติมแคตไอออนและแอนไอออนใหม่

สารประกอบไอออนิกส่วนใหญ่จะตกผลึกในประเภทโครงสร้างประเภทใดประเภทหนึ่ง ซึ่งแตกต่างจากกันในเรื่องค่าของหมายเลขโคออร์ดิเนต ซึ่งก็คือจำนวนเพื่อนบ้านรอบๆ ไอออนที่กำหนด (4, 6 หรือ 8) สำหรับสารประกอบไอออนิกด้วย จำนวนเท่ากันแคตไอออนและแอนไอออน รู้จักโครงผลึกสี่ประเภทหลัก: โซเดียมคลอไรด์ (หมายเลขโคออร์ดิเนตของไอออนทั้งสองคือ 6), ซีเซียมคลอไรด์ (หมายเลขโคออร์ดิเนตของไอออนทั้งสองคือ 8), สฟาเลอไรต์และเวิร์ทไซต์ (ทั้งสองประเภทโครงสร้างมีลักษณะเฉพาะโดย หมายเลขประสานงานของแคตไอออนและแอนไอออนเท่ากับ 4) หากจำนวนแคตไอออนเพิ่มขึ้นสองเท่า จำนวนน้อยลงแอนไอออน ดังนั้นจำนวนโคออร์ดิเนชันของแคตไอออนควรเป็นสองเท่าของจำนวนโคออร์ดิเนตของแอนไอออน ในกรณีนี้ จะมีการรับรู้ประเภทโครงสร้างของฟลูออไรต์ (หมายเลขประสานงาน 8 และ 4), รูไทล์ (หมายเลขประสานงาน 6 และ 3) และคริสโตบาไลท์ (หมายเลขประสานงาน 4 และ 2)

โดยทั่วไปแล้วผลึกไอออนิกจะแข็งแต่เปราะ ความเปราะบางของพวกมันเกิดจากความจริงที่ว่าถึงแม้จะมีการเสียรูปเล็กน้อยของคริสตัล แคตไอออนและแอนไอออนก็ถูกแทนที่ในลักษณะที่แรงผลักกันระหว่างไอออนที่คล้ายกันเริ่มมีชัยเหนือแรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกและแอนไอออน และคริสตัลก็ถูกทำลาย

ผลึกไอออนิกมีจุดหลอมเหลวสูง ในสถานะหลอมเหลว สารที่ก่อตัวเป็นผลึกไอออนิกจะนำไฟฟ้าได้ เมื่อละลายในน้ำ สารเหล่านี้จะแยกตัวออกเป็นแคตไอออนและแอนไอออน และสารละลายที่ได้จะเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า

ความสามารถในการละลายสูงในตัวทำละลายที่มีขั้วพร้อมด้วยการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเกิดจากความจริงที่ว่าในสภาพแวดล้อมของตัวทำละลายที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง ε พลังงานของการดึงดูดระหว่างไอออนจะลดลง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของน้ำสูงกว่าสุญญากาศ 82 เท่า (มีเงื่อนไขอยู่ในผลึกไอออนิก) และแรงดึงดูดระหว่างไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำจะลดลงด้วยปริมาณที่เท่ากัน ผลกระทบจะเพิ่มขึ้นโดยการละลายไอออน

ผลึกอะตอมประกอบด้วยอะตอมแต่ละอะตอมที่ยึดติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ในบรรดาสารเชิงเดี่ยวมีเพียงธาตุโบรอนและหมู่ IVA เท่านั้นที่มีโครงผลึกดังกล่าว บ่อยครั้งที่สารประกอบของอโลหะซึ่งเชื่อมต่อกัน (เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์) ก็ก่อตัวเป็นผลึกอะตอมเช่นกัน

เช่นเดียวกับคริสตัลไอออนิก ผลึกอะตอมถือได้ว่าเป็นโมเลกุลขนาดยักษ์ มีความทนทานและแข็งมาก และนำความร้อนและไฟฟ้าได้ไม่ดี สารที่มีโครงผลึกอะตอมจะละลายที่อุณหภูมิสูง พวกมันแทบไม่ละลายในตัวทำละลายใดๆ มีลักษณะเป็นปฏิกิริยาต่ำ

ผลึกโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากแต่ละโมเลกุล ซึ่งภายในอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ แรงระหว่างโมเลกุลที่อ่อนกว่าทำหน้าที่ระหว่างโมเลกุล พวกมันถูกทำลายได้ง่าย ดังนั้นผลึกโมเลกุลจึงมีจุดหลอมเหลวต่ำ ความแข็งต่ำ และมีความผันผวนสูง สารที่ก่อตัวเป็นโครงผลึกโมเลกุลไม่มีการนำไฟฟ้าและสารละลายและการหลอมของพวกมันก็ไม่นำกระแสไฟฟ้าด้วย

แรงระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบของโมเลกุลหนึ่งกับนิวเคลียสที่มีประจุบวกของโมเลกุลข้างเคียง ความแรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย สิ่งสำคัญที่สุดในหมู่พวกเขาคือการปรากฏตัว พันธะขั้วโลกนั่นคือการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่ง นอกจากนี้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลจะแข็งแกร่งขึ้นระหว่างโมเลกุลด้วย จำนวนมากอิเล็กตรอน

อโลหะส่วนใหญ่อยู่ในรูปของสารธรรมดา (เช่น ไอโอดีน I 2 อาร์กอน อาร์ ซัลเฟอร์ S 8) และสารประกอบซึ่งกันและกัน (เช่น น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนคลอไรด์) รวมทั้งของแข็งเกือบทั้งหมด อินทรียฺวัตถุก่อตัวเป็นผลึกโมเลกุล

โลหะมีลักษณะเป็นโครงตาข่ายคริสตัลเมทัลลิก มันมีพันธะโลหะระหว่างอะตอม ในผลึกโลหะ นิวเคลียสของอะตอมจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่การอัดแน่นของพวกมันมีความหนาแน่นมากที่สุด พันธะในผลึกดังกล่าวจะถูกแยกส่วนและขยายออกไปทั่วทั้งผลึก ผลึกโลหะมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง มีความแวววาวและความทึบของโลหะ และสามารถเปลี่ยนรูปได้ง่าย

การจำแนกประเภทของโครงผลึกสอดคล้องกับกรณีจำกัด ผลึกของสารอนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นของประเภทกลาง - โควาเลนต์ - ไอออนิก, โมเลกุล - โควาเลนต์ ฯลฯ ตัวอย่างเช่นในคริสตัล กราไฟท์ภายในแต่ละชั้น พันธะจะเป็นโควาเลนต์-โลหะ และระหว่างชั้นจะเป็นระหว่างโมเลกุล

มอร์ฟิซึมและพหุมอร์ฟิซึม

สารผลึกหลายชนิดมีโครงสร้างเหมือนกัน ในเวลาเดียวกัน สารชนิดเดียวกันสามารถสร้างโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันได้ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในปรากฏการณ์ มอร์ฟิซึมและ ความหลากหลาย.

มอร์ฟิซึมอยู่ที่ความสามารถของอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลในการแทนที่กันในโครงสร้างผลึก คำนี้ (จากภาษากรีก " ไอโซ" - เท่ากันและ" มอร์ฟี" - รูปแบบ) เสนอโดย E. Mitscherlich ในปี 1819 กฎของ isomorphism ถูกกำหนดโดย E. Mitscherlich ในปี 1821 ในลักษณะนี้: “ อะตอมจำนวนเท่ากันที่เชื่อมต่อกันในลักษณะเดียวกันให้รูปแบบผลึกเดียวกัน ในกรณีนี้รูปแบบผลึกไม่ได้ขึ้นอยู่กับ ลักษณะทางเคมีอะตอม แต่ถูกกำหนดโดยจำนวนและตำแหน่งสัมพัทธ์เท่านั้น”

การทำงานในห้องปฏิบัติการเคมีของมหาวิทยาลัยเบอร์ลิน Mitscherlich ดึงความสนใจไปที่ความคล้ายคลึงกันโดยสิ้นเชิงของผลึกของตะกั่ว แบเรียม และสตรอนเซียมซัลเฟต และความคล้ายคลึงของรูปแบบผลึกของสารอื่น ๆ อีกมากมาย การสังเกตของเขาดึงดูดความสนใจของ J.-Ya นักเคมีชาวสวีเดนผู้โด่งดัง Berzelius ผู้เสนอแนะให้ Mitscherlich ยืนยันรูปแบบที่สังเกตได้โดยใช้ตัวอย่างสารประกอบของกรดฟอสฟอริกและสารหนู จากผลการศึกษาสรุปได้ว่า "เกลือทั้งสองชุดแตกต่างกันเพียงชุดหนึ่งมีสารหนูเป็นอนุมูลกรด และอีกชุดหนึ่งมีฟอสฟอรัส" การค้นพบของ Mitscherlich ดึงดูดความสนใจของนักแร่วิทยาในไม่ช้า ซึ่งเริ่มการวิจัยเกี่ยวกับปัญหาการทดแทนธาตุแบบไอโซมอร์ฟิกในแร่ธาตุ

ในระหว่างการตกผลึกร่วมกันของสารที่มีแนวโน้มที่จะเกิดไอโซมอร์ฟิซึม ( ไอโซมอร์ฟิกสาร) ผลึกผสม (สารผสมไอโซมอร์ฟิก) จะเกิดขึ้น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออนุภาคที่มาแทนที่กันมีขนาดแตกต่างกันเล็กน้อย (ไม่เกิน 15%) นอกจากนี้ สารไอโซมอร์ฟิกจะต้องมีการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมหรือไอออนที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นจึงมีผลึกที่คล้ายคลึงกันในรูปร่างภายนอก สารดังกล่าวได้แก่ สารส้ม เป็นต้น ในผลึกโพแทสเซียมสารส้ม KAl (SO 4) 2 . 12H 2 O โพแทสเซียมไอออนสามารถแทนที่บางส่วนหรือทั้งหมดด้วยไอออนบวกของรูบิเดียมหรือแอมโมเนียม และไอออนบวกของอะลูมิเนียมด้วยไอออนบวกของโครเมียม (III) หรือเหล็ก (III)

มอร์ฟิซึ่มแพร่หลายในธรรมชาติ แร่ธาตุส่วนใหญ่เป็นของผสมแบบไอโซมอร์ฟิกที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนและแปรผันได้ ตัวอย่างเช่น ในแร่สฟาเลอไรต์ ZnS สามารถแทนที่อะตอมของสังกะสีได้ถึง 20% ด้วยอะตอมของเหล็ก (ในขณะที่ ZnS และ FeS มีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน) มอร์ฟิซึ่มสัมพันธ์กับพฤติกรรมธรณีเคมีของธาตุหายากและธาตุรองซึ่งมีการกระจายตัวของพวกมัน หินและแร่ซึ่งบรรจุอยู่ในรูปของสิ่งเจือปนแบบไอโซมอร์ฟิก

การทดแทนไอโซมอร์ฟิกเป็นตัวกำหนดหลายอย่าง คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์วัสดุประดิษฐ์ เทคโนโลยีที่ทันสมัย- สารกึ่งตัวนำ เฟอร์โรแม่เหล็ก วัสดุเลเซอร์

สารหลายชนิดสามารถก่อตัวเป็นผลึกที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติต่างกัน แต่มีองค์ประกอบเหมือนกัน ( โพลีมอร์ฟิกการปรับเปลี่ยน) ความแตกต่าง- ความสามารถของของแข็งและผลึกเหลวที่มีอยู่ในสองรูปแบบขึ้นไปโดยมีโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติต่างกันโดยมีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน คำนี้มาจากภาษากรีก " โพลีมอร์ฟอส"- หลากหลาย ปรากฏการณ์ของความหลากหลายถูกค้นพบโดย M. Klaproth ซึ่งในปี 1798 ค้นพบว่าแร่ธาตุสองชนิดที่แตกต่างกัน - แคลไซต์และอาราโกไนต์ - มีความเหมือนกัน องค์ประกอบทางเคมีแคลเซียมคาร์บอเนต3.

ความหลากหลายของสารธรรมดามักเรียกว่า allotropy ในขณะที่แนวคิดเรื่องความหลากหลายไม่สามารถใช้กับรูปแบบ allotropic ที่ไม่ใช่ผลึกได้ (เช่น ก๊าซ O 2 และ O 3) ตัวอย่างทั่วไปของรูปแบบโพลีมอร์ฟิกคือการดัดแปลงคาร์บอน (เพชร ลอนสดาไลต์ กราไฟท์ คาร์ไบน์ และฟูลเลอรีน) ซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างมาก รูปแบบการดำรงอยู่ของคาร์บอนที่เสถียรที่สุดคือกราไฟต์ อย่างไรก็ตาม การดัดแปลงอื่นๆ ภายใต้สภาวะปกติสามารถคงอยู่ได้อย่างไม่มีกำหนด ที่อุณหภูมิสูงพวกมันจะกลายเป็นกราไฟท์ ในกรณีของเพชร สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 1,000 o C โดยที่ไม่มีออกซิเจน การเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับนั้นทำได้ยากกว่ามาก ไม่เพียงแต่มีความจำเป็นเท่านั้น ความร้อน(1200-1600 o C) แต่ยังมีแรงกดดันมหาศาล - มากถึง 100,000 บรรยากาศ การเปลี่ยนกราไฟต์เป็นเพชรทำได้ง่ายกว่าเมื่อมีโลหะหลอมเหลว (เหล็ก โคบอลต์ โครเมียม และอื่นๆ)

ในกรณีของผลึกโมเลกุล ความหลากหลายจะแสดงออกมาในการอัดตัวของโมเลกุลที่แตกต่างกันในคริสตัลหรือในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโมเลกุล และในผลึกไอออนิก - ในรูปแบบที่แตกต่างกัน ตำแหน่งสัมพัทธ์แคตไอออนและแอนไอออน สารที่เรียบง่ายและซับซ้อนบางชนิดมีโพลีมอร์ฟมากกว่าสองชนิด ตัวอย่างเช่นซิลิคอนไดออกไซด์มีการดัดแปลงสิบประการแคลเซียมฟลูออไรด์ - หกแอมโมเนียมไนเตรต - สี่ การดัดแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกมักจะแสดงด้วยอักษรกรีก α, β, γ, δ, ε,... เริ่มต้นด้วยการดัดแปลงที่มีความเสถียรที่ อุณหภูมิต่ำ.

เมื่อตกผลึกจากไอน้ำ สารละลาย หรือละลายสารที่มีการดัดแปลงโพลีมอร์ฟิกหลายอย่าง การปรับเปลี่ยนที่มีความเสถียรน้อยกว่าภายใต้สภาวะที่กำหนดจะเกิดขึ้นก่อน ซึ่งต่อมาจะกลายเป็นการปรับเปลี่ยนที่เสถียรมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อไอฟอสฟอรัสควบแน่น จะเกิดฟอสฟอรัสสีขาว ซึ่งภายใต้สภาวะปกติจะเกิดอย่างช้าๆ แต่เมื่อได้รับความร้อนจะเปลี่ยนเป็นฟอสฟอรัสแดงอย่างรวดเร็ว เมื่อตะกั่วไฮดรอกไซด์ถูกทำให้ขาดน้ำ ในตอนแรก (ประมาณ 70 o C) สีเหลือง β-PbO ซึ่งมีความเสถียรน้อยกว่าที่อุณหภูมิต่ำจะถูกสร้างขึ้น ที่ประมาณ 100 o C จะเปลี่ยนเป็น α-PbO สีแดง และที่ 540 o C จะเปลี่ยนเป็น กลับเข้าสู่ β-PbO

การเปลี่ยนจากโพลีมอร์ฟหนึ่งไปยังอีกโพลีมอร์ฟิกเรียกว่าการแปลงโพลีมอร์ฟิก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิหรือความดันเปลี่ยนแปลง และมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างกะทันหัน

กระบวนการเปลี่ยนจากการปรับเปลี่ยนหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งสามารถย้อนกลับหรือไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นเมื่อสารคล้ายกราไฟท์สีขาวอ่อนที่มีองค์ประกอบ BN (โบรอนไนไตรด์) ถูกให้ความร้อนที่ 1500-1800 o C และความดันบรรยากาศหลายสิบบรรยากาศ การดัดแปลงที่อุณหภูมิสูงจึงเกิดขึ้น - โบราโซนใกล้เคียงกับเพชรที่มีความแข็ง เมื่ออุณหภูมิและความดันลดลงเป็นค่าที่สอดคล้องกับสภาวะปกติ โบราโซนจะคงโครงสร้างไว้ ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับได้คือการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของการดัดแปลงซัลเฟอร์สองครั้ง (ออร์โธฮอมบิกและโมโนคลินิก) ที่ 95 o C

การแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญ บางครั้งไม่มีการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างผลึกเลย ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการเปลี่ยน α-Fe เป็น β-Fe ที่ 769 o C โครงสร้างของเหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่คุณสมบัติของเฟอร์โรแมกเนติกจะหายไป