KRISTĀLISKĀS CIETĀS VIELAS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, VEIDI, PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Par kristāliskas cietvielas ir tie, kuru mikroskopiskas struktūras ir sakārtoti un paklausa atšķirīgu modeli konkrētam režģa; piemēram: kubisks, sešstūrains, triklīnika, romboedrija, cita starpā.

Tiek sacīts, ka šīs cietās vielas eksistē kā kristāli, ar šķautnēm un ģeometriskiem zīmējumiem, kas atspoguļo to, cik kārtīgi tie atrodas. Citi kristālisko cietvielu piemēri ir dimants, kvarcs, antracēns, sausais ledus, kālija hlorīds vai magnija oksīds.

Kristāldzidrs batoniņš ar brūno cukuru. Avots: Pixabay.

Plaši pazīstams kristālisko cietvielu pāris ir cukurs un sāls (NaCl). No pirmā acu uzmetiena abos parādās balti kristāli; taču to īpašības ir ļoti atšķirīgas. Cukurs ir molekulāra kristāliska cieta viela, savukārt sāls ir joniska kristāliska cieta viela. Pirmo veido saharozes molekulas; un otrais - Na ⁺ un Cl ^- joni .

Augšējais attēls sniedz ieskatu, cik spilgti var būt cukura kristāli. Tomēr sāls kristāli nav tālu atpalikuši. Kaut arī cukurs un sāls šķiet brāļi, viņu struktūras ir atšķirīgas: cukuram, kas ir saharoze, ir monokliniska struktūra; kamēr sāls, kubiskā struktūra.

Nātrija hlorīda kristāla struktūra, NaCl

Cukura pulveris un sāls (pūderis) paliek kristāldzidri; tā kristāli mūsu acīm ir kļuvuši tik daudz mazāki. Tāpēc cietās vielas kristalitāti vairāk nosaka tā iekšējā struktūra, nevis ārējais izskats vai spilgtums.

Kristālisko cietvielu struktūra

Kristālisku cietvielu kārtīgas struktūras. Avots: Gabriel Bolívar.

Kristāliskajām cietvielām ir sakārtotas struktūras. Viņu ģeometriskās īpašības būs atkarīgas no kristāliskā režģa veida, pie kura tie pieder, kas savukārt tiek projicēts ārēji kristāla (kristāliskās sistēmas) formās. Augšējais attēls parāda divus svarīgus šādu struktūru jēdzienus: periodiskums un kristāliskie graudi.

Kristāliskās cietās daļiņas telpiskā secībā ir periodiskas; tas ir, tas atkārtojas atkal un atkal visos virzienos. Tādējādi katram cietajam un kristāla režģim tiek izveidots savs struktūras modelis; piemēram, šeit sāls un cukurs sāk atšķirties pēc to ķīmiskās būtības.

A rindā rombi ir izvietoti tā, lai radītu lielāku rombu. Katrs purpura rombs apzīmē daļiņu vai daļiņu kopumu (atomus, jonus vai molekulas). Tādējādi varētu sagaidīt, ka A makroskopiskajam kristālam būs romboedrisks izskats.

Tikmēr B rombos tiek sakārtoti tā, lai tie iegūtu kristāliskus graudus; tie ir ļoti mazi kristāli (kristalīti). Tad B tiek uzskatīts par polikristālisku cietu vielu; tas ir, to veido vairāku kristalītu aglomerācija.

Noslēgumā jāsaka, ka cieta viela var būt vienkārši kristāliska (A) vai polikristāliska (B); A veido kristālus, bet B polikristālus.

Īpašības

Kristālisko cietvielu īpašības ir atkarīgas no to kristāla veida. Jau ir zināms, ka to struktūras ir sakārtotas, un ka tām ir arī tendence parādīt spilgtas iezīmes, kuras minerālu mīļotāji iemīlas. Tomēr tika minēts, ka pulverveida cietu vielu, pat "izslēgtu", var arī klasificēt kā kristālisku.

Veids, kādā to daļiņas ir telpiski orientētas, ļauj tām raksturot dažas svarīgas īpašības. Piemēram, kristāliskās cietās vielas spēj veikt rentgenstaru difrakciju, radot difrakcijas spektrus, no kuriem var noteikt kristāla mikroskopisko struktūru.

Tā kā struktūra ir periodiska, siltums izkliedējas vienādi visā cietā stāvoklī; kamēr nav iesaistīti piemaisījumi. Tādējādi kristāliskās cietās vielas kušanas punkti ir nemainīgi un nemainās neatkarīgi no tā, kā tos mēra.

Kristālisko cietvielu veidi

Kristālisko cietvielu veidi ir balstīti uz to, no kāda veida daļiņām tie ir izgatavoti un kāda ir to mijiedarbība vai saites. Būtībā ir četri veidi: jonu, metāliskais, molekulārais un kovalentais tīkls.

Pat ja tajos ir noteikta piemaisījumu pakāpe, tie joprojām ir kristāliski, kaut arī tiek ietekmētas to īpašības un tie neuzrāda tās pašas vērtības, kas sagaidāmas tīrai cietai vielai.

Jonijas

Sāls ir jonu kristāliskas cietas vielas piemērs, jo to veido Na ⁺ un Cl ^- joni . Tāpēc šāda veida cietās daļās jonu saite regulē: konstrukcijas secību nosaka elektrostatiskie spēki.

Metālisks

Visi metālu atomi veido metāliskus kristālus. Tas nozīmē, ka, piemēram, sudraba dakša ir kausētu sudraba kristālu konglomerāts. Iekšējā vai mikroskopiskā struktūra ir vienāda katrā objekta collā, un tā paliek nemainīga no dakšas roktura līdz zobu galam.

Molekulāri

Cukurs ir molekulāras kristāliskas cietas vielas piemērs, jo to veido saharozes molekulas. Tādēļ šāda veida cietās vielas sastāv no molekulām, kurām ar starpmolekulāro mijiedarbību (un nevis ar kovalentām saitēm) izdodas izveidot sakārtotu struktūru.

Kovalenti tīkli

Visbeidzot, mums ir kovalento tīklu kristāliskās cietās vielas. Tajās dominē kovalentās saites, jo tās ir atbildīgas par kārtības noteikšanu un atomu stingru fiksēšanu attiecīgajās telpiskajās pozīcijās. Mēs nerunājam par joniem, atomiem vai molekulām, bet gan par trīsdimensiju tīkliem.

Piemēri

Tālāk un visbeidzot tiks minēti daži piemēri katram no kristālisko cietvielu veidiem.

Jonijas

Visi sāļi ir jonu cietas vielas. Tāpat ir sulfīdi, hidroksīdi, oksīdi, halogenīdi un citi savienojumi, kas arī sastāv no joniem, vai to mijiedarbība būtībā ir joniska. Tātad mums ir:

-KCl

_-4. Gadījums

-Ba (OH) ₂

-CASE ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

Papildus šiem piemēriem lielāko daļu minerālu uzskata par jonu kristālām cietām vielām.

Metālisks

Jebkurš metālisks elements dabiskā veidā rodas kā metāla kristāli. Daži no tiem ir:

-Kopers

-Irons

-Alumīnijs

-Hroms

-Metāla ūdeņradis (neiedomājamā spiedienā)

-Volframs

-Cirkonijs

-Titāns

-Magnijs

-Nātrijs

Molekulāri

Ir ļoti dažādas molekulāras kristāliskas cietās vielas. Praktiski jebkurš organiskais savienojums, kas sacietē, izveidos kristālus, ja tā tīrība ir augsta vai ja tā struktūra nav pārāk sarežģīta. Tātad mums ir:

-Sēde (H ₂ O)

-Sausais ledus (CO ₂ )

-Es ₂

-P ₄

-S ₈ (un tā polimorfi)

-Antracēns

-Cietais skābeklis

-Cietais amonjaks

-Fenolftaleīns

-Benzoskābe

Kovalenti tīkli

Visbeidzot, starp dažām kovalento tīklu kristāliskajām cietvielām:

-Dimanta

-Grafīts

-Oglekļa nanocaurules

-Fullerenos

-Kvarca

-Silīcijs

-Vācu

-Borona nitrīds

No šī saraksta oglekļa nanocaurules un fullerēnus var uzskatīt arī par molekulāri kristālām cietām vielām. Tas notiek tāpēc, ka, lai arī tie sastāv no kovalenti piesaistītiem oglekļa atomiem, tie definē vienības, kuras var vizualizēt kā makromolekulas (futbola bumbiņas un caurules).

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Kristāls. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Ķīmija LibreTexts. (2019. gada 16. jūnijs). Kristāliskas un amorfas cietās vielas. Atgūts no: chem.libretexts.org
5. Rašels Bernsteins un Entonijs Karpi. (2020). Cieto vielu īpašības. Atgūts no: visionlearning.com