ატომური კრისტალური გისოსები წარმოიქმნება მარტივი ნივთიერებებით. ლითონების კრისტალური სტრუქტურა

ნივთიერებების მოლეკულური და არამოლეკულური აგებულება. მატერიის სტრუქტურა

ეს არ არის ცალკეული ატომები ან მოლეკულები, რომლებიც შედიან ქიმიურ ურთიერთქმედებაში, არამედ ნივთიერებები. ნივთიერებები კლასიფიცირდება ბონდის ტიპის მიხედვით მოლეკულურიდა არამოლეკულური სტრუქტურა. მოლეკულებისგან შემდგარ ნივთიერებებს ე.წ მოლეკულური ნივთიერებები. ასეთ ნივთიერებებში მოლეკულებს შორის ბმები ძალიან სუსტია, გაცილებით სუსტია, ვიდრე მოლეკულის შიგნით ატომებს შორის და შედარებით დაბალ ტემპერატურაზეც კი იშლება - ნივთიერება იქცევა თხევად, შემდეგ კი გაზად (იოდის სუბლიმაცია). მოლეკულებისგან შემდგარი ნივთიერებების დნობის და დუღილის წერტილები იზრდება მოლეკულური წონის მატებასთან ერთად. TO მოლეკულური ნივთიერებებიმოიცავს ატომური სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებს (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), მათ შორის არის ლითონები და არამეტალები. ნივთიერებების მიმართ არამოლეკულური სტრუქტურამოიცავს იონურ ნაერთებს. მეტალების ნაერთების უმეტესობას არალითონებთან აქვს ასეთი სტრუქტურა: ყველა მარილი (NaCl, K 2 SO 4), ზოგიერთი ჰიდრიდი (LiH) და ოქსიდები (CaO, MgO, FeO), ფუძეები (NaOH, KOH). იონური (არამოლეკულური) ნივთიერებებიაქვს მაღალი დნობის და დუღილის წერტილები.

მყარი: ამორფული და კრისტალური

მყარი იყოფა კრისტალური და ამორფული.

ამორფული ნივთიერებებიმათ არ აქვთ მკაფიო დნობის წერტილი - გაცხელებისას თანდათან რბილდება და გადაიქცევა თხევად მდგომარეობაში. მაგალითად, პლასტილინი და სხვადასხვა ფისები ამორფულ მდგომარეობაშია.

კრისტალური ნივთიერებებიახასიათებს ნაწილაკების სწორი განლაგება, რომელთაგან შედგება: ატომები, მოლეკულები და იონები - სივრცის მკაცრად განსაზღვრულ წერტილებში. როდესაც ეს წერტილები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სწორი ხაზებით, იქმნება სივრცითი ჩარჩო, რომელსაც ბროლის ბადე ეწოდება. წერტილებს, რომლებზეც კრისტალური ნაწილაკებია განლაგებული, მედის კვანძები ეწოდება. ბროლის მედის კვანძებში მდებარე ნაწილაკების ტიპებიდან და მათ შორის კავშირის ხასიათიდან გამომდინარე, განასხვავებენ კრისტალური გისოსების ოთხ ტიპს: იონურ, ატომურ, მოლეკულურ და მეტალურს.

ბროლის გისოსებს იონური ეწოდება, რომლის კვანძებში არის იონები. ისინი წარმოიქმნება იონური ბმების მქონე ნივთიერებებით, რომლებსაც შეუძლიათ შეაერთონ როგორც მარტივი იონები Na+, Cl - და რთული SO 4 2-, OH -. შესაბამისად, მარილებს და ლითონების ზოგიერთ ოქსიდს და ჰიდროქსიდს აქვს იონური კრისტალური ბადეები. მაგალითად, ნატრიუმის ქლორიდის კრისტალი აგებულია მონაცვლეობით დადებითი Na + და უარყოფითი Cl - იონებისგან, რომლებიც ქმნიან კუბის ფორმის გისოსს. ასეთ კრისტალში იონებს შორის კავშირი ძალიან სტაბილურია. მაშასადამე, იონური გისოსიანი ნივთიერებები ხასიათდებიან შედარებით მაღალი სიხისტეთა და სიმტკიცით, ისინი ცეცხლგამძლე და არამდგრადია.

კრისტალური გისოსი – ა) და ამორფული გისოსი – ბ).

კრისტალური გისოსი – ა) და ამორფული გისოსი – ბ).

ატომური კრისტალური გისოსები

ატომურიუწოდებენ ბროლის გისოსებს, რომელთა კვანძებში არის ცალკეული ატომები. ასეთ გისოსებში ატომები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ძალიან ძლიერი კოვალენტური ბმები. ამ ტიპის კრისტალური გისოსებით ნივთიერებების მაგალითია ბრილიანტი, ნახშირბადის ერთ-ერთი ალოტროპული მოდიფიკაცია. ატომური კრისტალური ბადის მქონე ნივთიერებების უმეტესობას აქვს ძალიან მაღალი დნობის წერტილი (მაგალითად, ალმასისთვის ის 3500 ° C-ზე მეტია), ისინი ძლიერი და მყარია და პრაქტიკულად უხსნადი.

მოლეკულური კრისტალური გისოსები

მოლეკულურიკრისტალური გისოსები, რომელთა კვანძებში მოლეკულებია განლაგებული. ამ მოლეკულებში ქიმიური ბმები შეიძლება იყოს როგორც პოლარული (HCl, H 2 O) ასევე არაპოლარული (N 2, O 2). მიუხედავად იმისა, რომ მოლეკულების შიგნით ატომები დაკავშირებულია ძალიან ძლიერი კოვალენტური ბმებით, მოლეკულათაშორისი მიზიდულობის სუსტი ძალები მოქმედებს მოლეკულებს შორის. მაშასადამე, ნივთიერებებს მოლეკულური კრისტალური გისოსებით აქვთ დაბალი სიმტკიცე, დაბალი დნობის წერტილი და არასტაბილურია. მყარი ორგანული ნაერთების უმეტესობას აქვს მოლეკულური კრისტალური ბადეები (ნაფთალინი, გლუკოზა, შაქარი).

მოლეკულური კრისტალური ბადე (ნახშირორჟანგი)

ლითონის ბროლის გისოსები

ნივთიერებებთან ერთად ლითონის ბმულიაქვს ლითონის ბროლის გისოსები. ასეთი გისოსების კვანძებში არის ატომები და იონები(ან ატომები ან იონები, რომლებშიც ლითონის ატომები ადვილად გარდაიქმნებიან და ტოვებენ მათ გარე ელექტრონებს „საერთო გამოყენებისთვის“). ლითონების ეს შინაგანი სტრუქტურა განსაზღვრავს მათ დამახასიათებელ ფიზიკურ თვისებებს: ელასტიურობას, ელასტიურობას, ელექტრო და თბოგამტარობას, დამახასიათებელ მეტალის სიკაშკაშეს.

მოტყუების ფურცლები

მატერიის სტრუქტურა განისაზღვრება არა მხოლოდ ქიმიურ ნაწილაკებში ატომების შედარებითი განლაგებით, არამედ ამ ქიმიური ნაწილაკების მდებარეობით სივრცეში. ატომების, მოლეკულების და იონების ყველაზე მოწესრიგებული განლაგება არის კრისტალები(ბერძნულიდან" კრისტალები" - ყინული), სადაც ქიმიური ნაწილაკები (ატომები, მოლეკულები, იონები) განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით, ქმნიან კრისტალურ ბადეს სივრცეში. წარმოქმნის გარკვეულ პირობებში მათ შეიძლება ჰქონდეთ რეგულარული სიმეტრიული პოლიედრების ბუნებრივი ფორმა. კრისტალური მდგომარეობა არის ახასიათებს ნაწილაკების განლაგების შორი მანძილის არსებობით და ბროლის გისოსების სიმეტრიით.

ამორფული მდგომარეობა ხასიათდება მხოლოდ მოკლე დისტანციური წესრიგის არსებობით. ამორფული ნივთიერებების სტრუქტურები ჰგავს სითხეებს, მაგრამ აქვთ გაცილებით ნაკლები სითხე. ამორფული მდგომარეობა ჩვეულებრივ არასტაბილურია. მექანიკური დატვირთვების ან ტემპერატურის ცვლილებების გავლენის ქვეშ ამორფული სხეულები შეიძლება კრისტალდეს. ამორფულ მდგომარეობაში ნივთიერებების რეაქტიულობა გაცილებით მაღალია, ვიდრე კრისტალურ მდგომარეობაში.

ამორფული ნივთიერებები

მთავარი ნიშანი ამორფული(ბერძნულიდან" ამორფოსი" - უფორმო) მატერიის მდგომარეობა - ატომური ან მოლეკულური ბადის არარსებობა, ანუ კრისტალური მდგომარეობისთვის დამახასიათებელი სტრუქტურის სამგანზომილებიანი პერიოდულობა.

როდესაც თხევადი ნივთიერება გაცივებულია, ის ყოველთვის არ კრისტალდება. გარკვეულ პირობებში შეიძლება ჩამოყალიბდეს არათანაბარი მყარი ამორფული (მინის) მდგომარეობა. შუშისებრი მდგომარეობა შეიძლება შეიცავდეს მარტივ ნივთიერებებს (ნახშირბადი, ფოსფორი, დარიშხანი, გოგირდი, სელენი), ოქსიდები (მაგალითად, ბორი, სილიციუმი, ფოსფორი), ჰალოგენიდები, ქალკოგენიდები და მრავალი ორგანული პოლიმერი.

ამ მდგომარეობაში ნივთიერება შეიძლება იყოს სტაბილური დიდი ხნის განმავლობაში, მაგალითად, ზოგიერთი ვულკანური სათვალეების ასაკი შეფასებულია მილიონობით წელზე. შუშის ამორფულ მდგომარეობაში ნივთიერების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს კრისტალური ნივთიერების თვისებებისგან. მაგალითად, შუშისებრი გერმანიუმის დიოქსიდი ქიმიურად უფრო აქტიურია, ვიდრე კრისტალური. თხევადი და მყარი ამორფული მდგომარეობის თვისებებში განსხვავებები განისაზღვრება ნაწილაკების თერმული მოძრაობის ბუნებით: ამორფულ მდგომარეობაში ნაწილაკებს შეუძლიათ მხოლოდ რხევითი და ბრუნვითი მოძრაობები, მაგრამ არ შეუძლიათ ნივთიერების შიგნით გადაადგილება.

არსებობს ნივთიერებები, რომლებიც მხოლოდ ამორფულ მდგომარეობაში არსებობენ მყარი სახით. ეს ეხება პოლიმერებს ერთეულების არარეგულარული თანმიმდევრობით.

ამორფული სხეულები იზოტროპულიანუ მათი მექანიკური, ოპტიკური, ელექტრული და სხვა თვისებები არ არის დამოკიდებული მიმართულებაზე. ამორფულ სხეულებს არ აქვთ დნობის ფიქსირებული წერტილი: დნობა ხდება გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში. ამორფული ნივთიერების მყარი მდგომარეობიდან თხევადში გადასვლას არ ახლავს თვისებების მკვეთრი ცვლილება. ამორფული მდგომარეობის ფიზიკური მოდელი ჯერ არ შექმნილა.

კრისტალური ნივთიერებები

Მყარი კრისტალები- სამგანზომილებიანი წარმონაქმნები, რომლებიც ხასიათდება იმავე სტრუქტურული ელემენტის მკაცრი განმეორებით ( ერთეული უჯრედი) ყველა მიმართულებით. ერთეული უჯრედი არის ბროლის უმცირესი მოცულობა პარალელეპიპედის სახით, რომელიც მეორდება კრისტალში უსასრულოდ რამდენჯერმე.

კრისტალების გეომეტრიულად სწორი ფორმა განისაზღვრება, პირველ რიგში, მათი მკაცრად რეგულარული შიდა სტრუქტურით. თუ კრისტალში ატომების, იონების ან მოლეკულების ნაცვლად წერტილებს გამოვხატავთ, როგორც ამ ნაწილაკების სიმძიმის ცენტრებს, მივიღებთ ასეთი წერტილების სამგანზომილებიან რეგულარულ განაწილებას, რომელსაც ეწოდება კრისტალური გისოსი. თვით ქულებს ეძახიან კვანძებიბროლის გისოსი.

ბროლის გისოსების სახეები

იმისდა მიხედვით, თუ რა ნაწილაკებისგან შედგება ბროლის გისოსი და როგორია მათ შორის არსებული ქიმიური ბმა, განასხვავებენ კრისტალების სხვადასხვა ტიპს.

იონური კრისტალები წარმოიქმნება კათიონებისა და ანიონებისგან (მაგალითად, მეტალების უმეტესობის მარილები და ჰიდროქსიდები). მათში არის იონური ბმა ნაწილაკებს შორის.

იონური კრისტალები შეიძლება შედგებოდეს მონატომიურიიონები. ასე იქმნება კრისტალები ნატრიუმის ქლორიდი, კალიუმის იოდიდი, კალციუმის ფტორიდი.
მონოატომური ლითონის კათიონები და პოლიატომური ანიონები, მაგალითად, ნიტრატის იონი NO 3 −, სულფატური იონი SO 4 2−, კარბონატული იონი CO 3 2−, მონაწილეობენ მრავალი მარილის იონური კრისტალების ფორმირებაში.

იონურ კრისტალში ერთი მოლეკულების გამოყოფა შეუძლებელია. თითოეული კატიონი იზიდავს თითოეულ ანიონს და იზიდავს სხვა კატიონებს. მთელი კრისტალი შეიძლება ჩაითვალოს უზარმაზარ მოლეკულად. ასეთი მოლეკულის ზომა შეზღუდული არ არის, რადგან ის შეიძლება გაიზარდოს ახალი კათიონებისა და ანიონების დამატებით.

იონური ნაერთების უმეტესობა კრისტალიზდება ერთ-ერთ სტრუქტურულ ტიპში, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან საკოორდინაციო რიცხვის მნიშვნელობით, ანუ მოცემული იონის გარშემო მეზობლების რაოდენობით (4, 6 ან 8). იონური ნაერთებისთვის, რომლებსაც აქვთ თანაბარი რაოდენობის კატიონები და ანიონები, ცნობილია კრისტალური გისოსების ოთხი ძირითადი ტიპი: ნატრიუმის ქლორიდი (ორივე იონის საკოორდინაციო რიცხვი არის 6), ცეზიუმის ქლორიდი (ორივე იონის საკოორდინაციო რაოდენობაა 8), სფალერიტი და ვურციტი. (ორივე სტრუქტურულ ტიპს ახასიათებს კატიონისა და ანიონის კოორდინაციის რიცხვი 4-ის ტოლი). თუ კათიონების რაოდენობა ანიონების რაოდენობის ნახევარია, მაშინ კათიონების საკოორდინაციო რაოდენობა ორჯერ უნდა იყოს ანიონების კოორდინაციის რაოდენობაზე. ამ შემთხვევაში რეალიზდება ფლუორიტის (საკოორდინაციო ნომრები 8 და 4), რუტილის (საკოორდინაციო ნომრები 6 და 3) და კრისტობალიტის (კოორდინაციის ნომრები 4 და 2) სტრუქტურული ტიპები.

როგორც წესი, იონური კრისტალები მყარია, მაგრამ მყიფე. მათი სისუსტე განპირობებულია იმით, რომ კრისტალის უმნიშვნელო დეფორმაციის შემთხვევაშიც კი, კათიონები და ანიონები გადაადგილდებიან ისე, რომ მსგავსი იონების საწინააღმდეგო ძალები იწყებენ ჭარბობას კათიონებსა და ანიონებს შორის მიზიდულ ძალებზე და კრისტალი ნადგურდება.

იონურ კრისტალებს აქვთ მაღალი დნობის წერტილი. გამდნარ მდგომარეობაში, ნივთიერებები, რომლებიც ქმნიან იონურ კრისტალებს, ელექტროგამტარები არიან. წყალში გახსნისას ეს ნივთიერებები იშლება კატიონებად და ანიონებად და მიღებული ხსნარები ატარებენ ელექტრო დენს.

პოლარულ გამხსნელებში მაღალი ხსნადობა, რომელსაც თან ახლავს ელექტროლიტური დისოციაცია, განპირობებულია იმით, რომ გამხსნელ გარემოში მაღალი დიელექტრიკული მუდმივით ε, იონებს შორის მიზიდულობის ენერგია მცირდება. წყლის დიელექტრიკული მუდმივი 82-ჯერ აღემატება ვაკუუმს (პირობითად არსებული იონურ კრისტალში) და წყალხსნარში იონებს შორის მიზიდულობა იმავე რაოდენობით მცირდება. ეფექტი ძლიერდება იონების ხსნარით.

ატომური კრისტალები შედგება ცალკეული ატომებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული კოვალენტური ბმებით. მარტივი ნივთიერებებიდან მხოლოდ ბორის და ჯგუფის IVA ელემენტებს აქვთ ასეთი ბროლის გისოსები. ხშირად, არალითონების ნაერთები ერთმანეთთან (მაგალითად, სილიციუმის დიოქსიდი) ასევე ქმნიან ატომურ კრისტალებს.

იონური კრისტალების მსგავსად, ატომური კრისტალები შეიძლება ჩაითვალოს გიგანტურ მოლეკულებად. ისინი ძალიან გამძლე და მყარია და კარგად არ ატარებენ სითბოს და ელექტროენერგიას. ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ ატომური კრისტალური გისოსები, დნება მაღალ ტემპერატურაზე. ისინი პრაქტიკულად არ იხსნება ნებისმიერ გამხსნელებში. ისინი ხასიათდებიან დაბალი რეაქტიულობით.

მოლეკულური კრისტალები აგებულია ცალკეული მოლეკულებისგან, რომლებშიც ატომები დაკავშირებულია კოვალენტური ბმებით. მოლეკულებს შორის მოქმედებს სუსტი ინტერმოლეკულური ძალები. ისინი ადვილად ნადგურდებიან, ამიტომ მოლეკულურ კრისტალებს აქვთ დაბალი დნობის წერტილი, დაბალი სიმტკიცე და მაღალი არასტაბილურობა. ნივთიერებებს, რომლებიც ქმნიან მოლეკულურ კრისტალურ გისოსებს, არ აქვთ ელექტრული გამტარობა და მათი ხსნარები და დნება ასევე არ ატარებენ ელექტრო დენს.

ინტერმოლეკულური ძალები წარმოიქმნება ერთი მოლეკულის უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების შედეგად მეზობელი მოლეკულების დადებითად დამუხტულ ბირთვებთან. ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების სიძლიერეზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი. მათ შორის ყველაზე მნიშვნელოვანია პოლარული ბმების არსებობა, ანუ ელექტრონის სიმკვრივის ცვლა ერთი ატომიდან მეორეზე. გარდა ამისა, მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედება უფრო ძლიერია ელექტრონების დიდი რაოდენობის მქონე მოლეკულებს შორის.

არამეტალების უმეტესობა მარტივი ნივთიერებების სახით (მაგ. იოდის I 2, არგონი Ar, გოგირდი S 8) და ნაერთები ერთმანეთთან (მაგალითად, წყალი, ნახშირორჟანგი, წყალბადის ქლორიდი), ისევე როგორც თითქმის ყველა მყარი ორგანული ნივთიერება ქმნის მოლეკულურ კრისტალებს.

ლითონებს ახასიათებთ მეტალის ბროლის ბადე. იგი შეიცავს მეტალურ კავშირს ატომებს შორის. ლითონის კრისტალებში ატომების ბირთვები განლაგებულია ისე, რომ მათი შეფუთვა მაქსიმალურად მკვრივია. ასეთ კრისტალებში შემაკავშირებელი დელოკალიზებულია და ვრცელდება მთელ კრისტალზე. ლითონის კრისტალებს აქვთ მაღალი ელექტრული და თბოგამტარობა, მეტალის ბზინვარება და გამჭვირვალეობა და მარტივი დეფორმირება.

ბროლის გისოსების კლასიფიკაცია შეესაბამება შემზღუდველ შემთხვევებს. არაორგანული ნივთიერებების კრისტალების უმეტესობა მიეკუთვნება შუალედურ ტიპებს - კოვალენტურ-იონურ, მოლეკულურ-კოვალენტურ და ა.შ. მაგალითად, კრისტალში გრაფიტითითოეულ ფენაში ბმები კოვალენტურ-ლითონურია, ფენებს შორის კი ისინი ინტერმოლეკულურია.

იზომორფიზმი და პოლიმორფიზმი

ბევრ კრისტალურ ნივთიერებას აქვს იგივე სტრუქტურა. ამავე დროს, ერთსა და იმავე ნივთიერებას შეუძლია შექმნას სხვადასხვა კრისტალური სტრუქტურა. ეს აისახება ფენომენებზე იზომორფიზმიდა პოლიმორფიზმი.

იზომორფიზმიმდგომარეობს ატომების, იონების ან მოლეკულების უნარში, შეცვალონ ერთმანეთი კრისტალურ სტრუქტურებში. ეს ტერმინი (ბერძნულიდან " isos" - თანაბარი და " მორფე" - ფორმა) შემოგვთავაზა ე. მიცჩერლიხმა 1819 წელს. იზომორფიზმის კანონი ე. მიცჩერლიხმა 1821 წელს ჩამოაყალიბა ასე: „ატომების იგივე რაოდენობა, რომლებიც დაკავშირებულია ერთნაირად, იძლევა იგივე კრისტალურ ფორმებს; უფრო მეტიც, კრისტალური ფორმა არ არის დამოკიდებული ატომების ქიმიურ ბუნებაზე, არამედ განისაზღვრება მხოლოდ მათი რიცხვითა და ფარდობითი პოზიციით“.

ბერლინის უნივერსიტეტის ქიმიურ ლაბორატორიაში მუშაობისას მიცჩერლიხმა ყურადღება გაამახვილა ტყვიის, ბარიუმის და სტრონციუმის სულფატების კრისტალების სრულ მსგავსებაზე და მრავალი სხვა ნივთიერების კრისტალური ფორმების მსგავსებაზე. მისმა დაკვირვებებმა მიიპყრო ცნობილი შვედი ქიმიკოსის ჯ.-იას ყურადღება. ბერცელიუსმა, რომელმაც შესთავაზა მიცჩერლიხს დაადასტუროს დაკვირვებული ნიმუშები ფოსფორისა და დარიშხანის მჟავების ნაერთების მაგალითის გამოყენებით. კვლევის შედეგად დადგინდა, რომ „მარილების ორი სერია განსხვავდება მხოლოდ იმით, რომ ერთი შეიცავს დარიშხანს, როგორც მჟავას რადიკალს, ხოლო მეორე შეიცავს ფოსფორს“. მიცჩერლიხის აღმოჩენამ ძალიან მალე მიიპყრო მინერალოგების ყურადღება, რომლებმაც დაიწყეს კვლევა მინერალებში ელემენტების იზომორფული ჩანაცვლების პრობლემის შესახებ.

იზომორფიზმისკენ მიდრეკილი ნივთიერებების ერთობლივი კრისტალიზაციის დროს ( იზომორფულინივთიერებები), წარმოიქმნება შერეული კრისტალები (იზომორფული ნარევები). ეს შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ერთმანეთის შემცვლელი ნაწილაკები მცირე ზომისაა (არაუმეტეს 15%). გარდა ამისა, იზომორფულ ნივთიერებებს უნდა ჰქონდეთ ატომების ან იონების მსგავსი სივრცითი განლაგება და, შესაბამისად, გარე ფორმის მსგავსი კრისტალები. ასეთ ნივთიერებებს მიეკუთვნება, მაგალითად, ალუმი. კალიუმის ალუმის კრისტალებში KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O კალიუმის კათიონები შეიძლება ნაწილობრივ ან მთლიანად შეიცვალოს რუბიდიუმის ან ამონიუმის კათიონებით, ხოლო ალუმინის კათიონები ქრომის(III) ან რკინის(III) კათიონებით.

იზომორფიზმი ბუნებაში ფართოდ არის გავრცელებული. მინერალების უმეტესობა რთული, ცვალებადი შემადგენლობის იზომორფული ნარევებია. მაგალითად, მინერალურ სფალერიტში ZnS თუთიის ატომების 20%-მდე შეიძლება შეიცვალოს რკინის ატომები (მაშინ, როცა ZnS და FeS-ს განსხვავებული კრისტალური სტრუქტურა აქვთ). იზომორფიზმი დაკავშირებულია იშვიათი და კვალი ელემენტების გეოქიმიურ ქცევასთან, მათ გავრცელებასთან ქანებსა და მადნებში, სადაც ისინი შეიცავს იზომორფული მინარევების სახით.

იზომორფული ჩანაცვლება განაპირობებს თანამედროვე ტექნოლოგიების ხელოვნური მასალების ბევრ სასარგებლო თვისებას - ნახევარგამტარები, ფერომაგნიტები, ლაზერული მასალები.

ბევრ ნივთიერებას შეუძლია შექმნას კრისტალური ფორმები, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული სტრუქტურა და თვისებები, მაგრამ იგივე შემადგენლობა ( პოლიმორფულიმოდიფიკაციები). პოლიმორფიზმი- მყარი და თხევადი კრისტალების უნარი არსებობდეს ორი ან მეტი ფორმით სხვადასხვა კრისტალური სტრუქტურით და თვისებებით ერთი და იგივე ქიმიური შემადგენლობით. ეს სიტყვა მომდინარეობს ბერძნულიდან" პოლიმორფოსი"- მრავალფეროვანი. პოლიმორფიზმის ფენომენი აღმოაჩინა მ.კლაპროტმა, რომელმაც 1798 წელს აღმოაჩინა, რომ ორ სხვადასხვა მინერალს - კალციტს და არაგონიტს - აქვთ ერთი და იგივე ქიმიური შემადგენლობა CaCO 3.

მარტივი ნივთიერებების პოლიმორფიზმს ჩვეულებრივ უწოდებენ ალოტროპიას, ხოლო პოლიმორფიზმის ცნება არ ვრცელდება არაკრისტალურ ალოტროპულ ფორმებზე (მაგალითად, აირისებრი O 2 და O 3). პოლიმორფული ფორმების ტიპიური მაგალითია ნახშირბადის მოდიფიკაციები (ბრილიანტი, ლონსდალეიტი, გრაფიტი, კარაბინები და ფულერენი), რომლებიც მკვეთრად განსხვავდება თვისებებით. ნახშირბადის არსებობის ყველაზე სტაბილური ფორმა არის გრაფიტი, თუმცა მისი სხვა მოდიფიკაციები ნორმალურ პირობებში შეიძლება გაგრძელდეს განუსაზღვრელი ვადით. მაღალ ტემპერატურაზე ისინი გადაიქცევა გრაფიტად. ალმასის შემთხვევაში, ეს ხდება 1000 o C-ზე ზევით გაცხელებისას ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში. საპირისპირო გადასვლის მიღწევა ბევრად უფრო რთულია. საჭიროა არა მხოლოდ მაღალი ტემპერატურა (1200-1600 o C), არამედ უზარმაზარი წნევა - 100 ათას ატმოსფერომდე. გრაფიტის ალმასად გარდაქმნა უფრო ადვილია გამდნარი ლითონების (რკინა, კობალტი, ქრომი და სხვა) არსებობისას.

მოლეკულური კრისტალების შემთხვევაში პოლიმორფიზმი ვლინდება კრისტალში მოლეკულების სხვადასხვა შეფუთვაში ან მოლეკულების ფორმის ცვლილებებში, ხოლო იონურ კრისტალებში - კათიონებისა და ანიონების სხვადასხვა შედარებით პოზიციებში. ზოგიერთ მარტივ და რთულ ნივთიერებას აქვს ორზე მეტი პოლიმორფი. მაგალითად, სილიციუმის დიოქსიდს აქვს ათი მოდიფიკაცია, კალციუმის ფტორს - ექვსი, ამონიუმის ნიტრატს - ოთხი. პოლიმორფული მოდიფიკაციები ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასოებით α, β, γ, δ, ε,... დაწყებული მოდიფიკაციებით, რომლებიც სტაბილურია დაბალ ტემპერატურაზე.

ორთქლის, ხსნარის ან დნობის ნივთიერების კრისტალიზაციისას, რომელსაც აქვს რამდენიმე პოლიმორფული მოდიფიკაცია, ჯერ წარმოიქმნება მოდიფიკაცია, რომელიც ნაკლებად სტაბილურია მოცემულ პირობებში, რომელიც შემდეგ იქცევა უფრო სტაბილურად. მაგალითად, როდესაც ფოსფორის ორთქლი კონდენსირდება, წარმოიქმნება თეთრი ფოსფორი, რომელიც ნორმალურ პირობებში ნელა, მაგრამ გაცხელებისას სწრაფად გადაიქცევა წითელ ფოსფორად. ტყვიის ჰიდროქსიდის დეჰიდრატაციისას, თავდაპირველად (დაახლოებით 70 o C) წარმოიქმნება ყვითელი β-PbO, რომელიც ნაკლებად სტაბილურია დაბალ ტემპერატურაზე; დაახლოებით 100 o C-ზე გადაიქცევა წითელ α-PbO-ში, ხოლო 540 o C-ზე – იქცევა. ისევ β-PbO-ში.

ერთი პოლიმორფიდან მეორეზე გადასვლას პოლიმორფული ტრანსფორმაცია ეწოდება. ეს გადასვლები ხდება ტემპერატურის ან წნევის ცვლილებების დროს და თან ახლავს თვისებების მკვეთრი ცვლილება.

ერთი მოდიფიკაციიდან მეორეზე გადასვლის პროცესი შეიძლება იყოს შექცევადი ან შეუქცევადი. ამგვარად, როდესაც BN შემადგენლობის თეთრი რბილი გრაფიტის მსგავსი ნივთიერება (ბორის ნიტრიდი) თბება 1500-1800 o C ტემპერატურაზე და რამდენიმე ათეული ატმოსფეროს წნევა, წარმოიქმნება მისი მაღალტემპერატურული მოდიფიკაცია - ბორაზონიალმასთან ახლოს სიხისტე. როდესაც ტემპერატურა და წნევა მცირდება ნორმალურ პირობებთან შესაბამის მნიშვნელობებამდე, ბორაზონი ინარჩუნებს თავის სტრუქტურას. შექცევადი გადასვლის მაგალითია გოგირდის ორი მოდიფიკაციის (ორთორმბული და მონოკლინიკური) ურთიერთ გარდაქმნა 95 o C-ზე.

პოლიმორფული გარდაქმნები შეიძლება მოხდეს სტრუქტურის მნიშვნელოვანი ცვლილებების გარეშე. ზოგჯერ ბროლის სტრუქტურაში საერთოდ არ იცვლება, მაგალითად, α-Fe-ზე β-Fe-ზე გადასვლისას 769 o C-ზე რკინის სტრუქტურა არ იცვლება, მაგრამ ქრება მისი ფერომაგნიტური თვისებები.

მყარი კრისტალები შეიძლება მოვიაზროთ, როგორც სამგანზომილებიანი სტრუქტურები, რომლებშიც ერთი და იგივე სტრუქტურა აშკარად მეორდება ყველა მიმართულებით. კრისტალების გეომეტრიულად სწორი ფორმა განპირობებულია მათი მკაცრად რეგულარული შიდა სტრუქტურით. თუ კრისტალში იონების ან მოლეკულების მიზიდულობის ცენტრები გამოსახულია წერტილებად, მაშინ ვიღებთ ასეთი წერტილების სამგანზომილებიან რეგულარულ განაწილებას, რომელსაც ეწოდება ბროლის გისოსი, ხოლო წერტილები თავად არის ბროლის ბადის კვანძები. კრისტალების სპეციფიკური გარეგანი ფორმა არის მათი შინაგანი სტრუქტურის შედეგი, რომელიც დაკავშირებულია კონკრეტულად ბროლის გისოსთან.

ბროლის გისოსი არის წარმოსახვითი გეომეტრიული გამოსახულება კრისტალების სტრუქტურის გასაანალიზებლად, რომელიც წარმოადგენს მოცულობით-სივრცითი ქსელის სტრუქტურას, რომლის კვანძებშიც განლაგებულია ნივთიერების ატომები, იონები ან მოლეკულები.

ბროლის გისოსების დასახასიათებლად გამოიყენება შემდეგი პარამეტრები:

1. ბროლის გისოსი E cr [KJ/mol] არის ენერგია, რომელიც გამოიყოფა 1 მოლი კრისტალის წარმოქმნის დროს მიკრონაწილაკებისგან (ატომები, მოლეკულები, იონები), რომლებიც არიან აირისებრ მდგომარეობაში და განცალკევებულნი არიან ერთმანეთისგან ისეთ მანძილზე, რომ შესაძლებელია მათი ურთიერთქმედება გამორიცხულია.
2. გისოსების მუდმივი d არის უმცირესი მანძილი ორი ნაწილაკების ცენტრებს შორის ბროლის მედის მიმდებარე უბნებზე, რომლებიც დაკავშირებულია .
3. საკოორდინაციო ნომერი- ახლომდებარე ნაწილაკების რაოდენობა, რომლებიც აკრავს ცენტრალურ ნაწილაკს სივრცეში და აერთიანებს მას ქიმიური ბმის მეშვეობით.

ბროლის ბადის საფუძველია ერთეული უჯრედი, რომელიც კრისტალში მეორდება უსასრულო რაოდენობით.

ერთეული უჯრედი არის კრისტალური გისოსის უმცირესი სტრუქტურული ერთეული, რომელიც ავლენს მისი სიმეტრიის ყველა თვისებას.

მარტივად რომ ვთქვათ, ერთეული უჯრედი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც კრისტალური მედის მცირე ნაწილი, რომელიც მაინც ავლენს მისი კრისტალების დამახასიათებელ მახასიათებლებს. ერთეული უჯრედის მახასიათებლები აღწერილია ბრვეტის სამი წესის გამოყენებით:

• ერთეული უჯრედის სიმეტრია უნდა შეესაბამებოდეს ბროლის ბადის სიმეტრიას;
• ერთეულ უჯრედს უნდა ჰქონდეს იდენტური კიდეების მაქსიმალური რაოდენობა A,ბ, თანდა თანაბარი კუთხეები მათ შორის ა, ბ, გ. ;
• იმ პირობით, რომ პირველი ორი წესი დაცულია, ერთეული უჯრედი უნდა დაიკავოს მინიმალური მოცულობა.

კრისტალების ფორმის აღსაწერად გამოიყენება სამი კრისტალოგრაფიული ღერძის სისტემა a, b, c,რომლებიც განსხვავდება ჩვეულებრივი კოორდინატთა ღერძებისგან იმით, რომ ისინი წარმოადგენენ გარკვეული სიგრძის სეგმენტებს, რომელთა შორის კუთხეები a, b, g შეიძლება იყოს სწორი ან არაპირდაპირი.

კრისტალური სტრუქტურის მოდელი: ა) კრისტალური გისოსი ხაზგასმული ერთეული უჯრედით; ბ) ერთეული უჯრედი ასპექტის კუთხეების აღნიშვნებით

ბროლის ფორმას სწავლობს გეომეტრიული კრისტალოგრაფიის მეცნიერება, რომლის ერთ-ერთი მთავარი დებულებაა ასპექტის კუთხეების მუდმივობის კანონი: მოცემული ნივთიერების ყველა კრისტალისთვის, შესაბამის სახეებს შორის კუთხეები ყოველთვის იგივე რჩება.

თუ აიღებთ ელემენტარული უჯრედების დიდ რაოდენობას და მჭიდროდ შეავსებთ მათ გარკვეულ მოცულობას ერთმანეთთან, შეინარჩუნებთ სახეებისა და კიდეების პარალელურობას, მაშინ წარმოიქმნება ერთი კრისტალი იდეალური სტრუქტურით. მაგრამ პრაქტიკაში, ყველაზე ხშირად არის პოლიკრისტალები, რომლებშიც რეგულარული სტრუქტურები არსებობს გარკვეულ საზღვრებში, რომელთა გასწვრივ მკვეთრად იცვლება კანონზომიერების ორიენტაცია.

a, b, c კიდეების სიგრძისა და ერთეული უჯრედის სახეებს შორის a, b, g კუთხეების თანაფარდობიდან გამომდინარე, გამოიყოფა შვიდი სისტემა - ე.წ. კრისტალური სინგონია. ამასთან, ელემენტარული უჯრედი ასევე შეიძლება აშენდეს ისე, რომ მას ჰქონდეს დამატებითი კვანძები, რომლებიც განლაგებულია მისი მოცულობის შიგნით ან მის ყველა სახეზე - ასეთ გისოსებს უწოდებენ, შესაბამისად, სხეულზე ორიენტირებულ და სახეზე ორიენტირებულს. თუ დამატებითი კვანძები მხოლოდ ორ საპირისპირო სახეზეა (ზედა და ქვედა), მაშინ ეს არის ბაზაზე ორიენტირებული გისოსი. დამატებითი კვანძების შესაძლებლობის გათვალისწინებით, სულ არის 14 ტიპის ბროლის გისოსები.

კრისტალების შიდა სტრუქტურის გარეგანი ფორმა და მახასიათებლები განისაზღვრება მკვრივი „შეფუთვის“ პრინციპით: ყველაზე სტაბილური და, შესაბამისად, ყველაზე სავარაუდო სტრუქტურა იქნება ის, რომელიც შეესაბამება ნაწილაკების ყველაზე მკვრივ განლაგებას კრისტალში და შიგნით. რომელიც უმცირესი თავისუფალი ადგილი რჩება.

ბროლის გისოსების სახეები

ბროლის გისოსების კვანძებში შემავალი ნაწილაკების ბუნებიდან გამომდინარე, ასევე მათ შორის ქიმიური ბმების ხასიათიდან გამომდინარე, არსებობს კრისტალური გისოსების ოთხი ძირითადი ტიპი.

იონური გისოსები

იონური გისოსები აგებულია იონებისგან განსხვავებით, რომლებიც მდებარეობს გისოსებზე და დაკავშირებულია ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალებით. ამიტომ იონური კრისტალური მედის სტრუქტურამ უნდა უზრუნველყოს მისი ელექტრული ნეიტრალიტეტი. იონები შეიძლება იყოს მარტივი (Na +, Cl -) ან რთული (NH 4 +, NO 3 -). იონური ბმების უჯერობისა და არამიმართულობის გამო იონური კრისტალები ხასიათდებიან დიდი კოორდინაციის რიცხვებით. ამრიგად, NaCl კრისტალებში Na + და Cl - იონების საკოორდინაციო რიცხვები არის 6, ხოლო Cs + და Cl - იონები CsCl კრისტალში არის 8, რადგან ერთი Cs + იონი გარშემორტყმულია რვა Cl - იონით, და თითოეული Cl - იონი გარშემორტყმულია შესაბამისად რვა Cs იონით. + . იონური კრისტალური ბადეები წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით მარილების, ოქსიდების და ფუძეების მიერ.

იონური კრისტალური ბადეების მაგალითები: ა) NaCl; ბ) CsCl

იონური კრისტალური ბადეების მქონე ნივთიერებებს აქვთ შედარებით მაღალი სიმტკიცე, ისინი საკმაოდ ცეცხლგამძლე და არამდგრადია. ამის საპირისპიროდ, იონური ნაერთები ძალიან მყიფეა, ამიტომ კრისტალური გისოსის მცირე ცვლაც კი აახლოებს მსგავსი დამუხტულ იონებს, რომელთა შორის უკუგდება იწვევს იონური ბმების გაწყვეტას და, შედეგად, ბზარების გაჩენას. კრისტალში ან მის განადგურებამდე. მყარ მდგომარეობაში იონური კრისტალური ბადის მქონე ნივთიერებები არის დიელექტრიკები და არ ატარებენ ელექტრო დენს. თუმცა, როდესაც დნება ან იხსნება პოლარულ გამხსნელებში, ირღვევა იონების გეომეტრიულად სწორი ორიენტაცია ერთმანეთთან მიმართებაში, ქიმიური ბმები ჯერ სუსტდება და შემდეგ ნადგურდება და შესაბამისად იცვლება თვისებებიც. შედეგად, იონური კრისტალების დნობა და მათი ხსნარები იწყებს ელექტრული დენის გატარებას.

ატომური გისოსები

ეს გისოსები აგებულია ერთმანეთთან დაკავშირებული ატომებისგან. ისინი, თავის მხრივ, იყოფა სამ ტიპად: ჩარჩო, ფენიანი და ჯაჭვის სტრუქტურები.

ჩარჩო სტრუქტურა აქვს, მაგალითად, ბრილიანტი - ერთ-ერთი უმძიმესი ნივთიერება. ნახშირბადის ატომის sp 3 ჰიბრიდიზაციის წყალობით აგებულია სამგანზომილებიანი გისოსი, რომელიც შედგება ექსკლუზიურად ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური არაპოლარული ბმებით, რომელთა ღერძები განლაგებულია იმავე კავშირის კუთხეებში (109,5 o).

ალმასის ატომური კრისტალური მედის ჩარჩო სტრუქტურა

ფენიანი სტრუქტურები შეიძლება ჩაითვალოს უზარმაზარ ორგანზომილებიან მოლეკულებად. ფენიანი სტრუქტურები ხასიათდება კოვალენტური ბმებით თითოეულ ფენაში და სუსტი ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედებით მიმდებარე ფენებს შორის.

ატომური კრისტალური გისოსების ფენიანი სტრუქტურები: ა) CuCl 2; ბ) PbO. ელემენტარული უჯრედები მონიშნულია მოდელებზე პარალელეპიპედების კონტურის გამოყენებით

ფენიანი სტრუქტურის ნივთიერების კლასიკური მაგალითია გრაფიტი, რომელშიც ნახშირბადის თითოეული ატომი sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია და ერთ სიბრტყეში აყალიბებს სამ კოვალენტურ s-ბმას სამ სხვა C ატომთან ერთად. ყოველი ნახშირბადის ატომის მეოთხე ვალენტური ელექტრონები. არიან არაჰიბრიდულები, რის გამოც ძალიან სუსტი ვან დერ ვაალსი აკავშირებს ფენებს შორის. ამიტომ, როდესაც თუნდაც მცირე ძალა გამოიყენება, ცალკეული ფენები ადვილად იწყებენ ერთმანეთის გასწვრივ სრიალს. ეს ხსნის, მაგალითად, გრაფიტის წერის უნარს. ალმასისგან განსხვავებით, გრაფიტი კარგად ატარებს ელექტროენერგიას: ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ, არალოკალიზებული ელექტრონები მოძრაობენ ფენების სიბრტყის გასწვრივ და, პირიქით, გრაფიტი თითქმის არ ატარებს ელექტრულ დენს პერპენდიკულარული მიმართულებით.

გრაფიტის ატომური კრისტალური მედის ფენიანი სტრუქტურა

ჯაჭვის სტრუქტურები დამახასიათებელია, მაგალითად, გოგირდის ოქსიდი (SO 3) n, ცინაბარი HgS, ბერილიუმის ქლორიდი BeCl 2, ისევე როგორც მრავალი ამორფული პოლიმერი და ზოგიერთი სილიკატური მასალა, როგორიცაა აზბესტი.

HgS-ის ატომური კრისტალური მედის ჯაჭვის სტრუქტურა: ა) გვერდითი პროექცია ბ) ფრონტალური პროექცია

კრისტალური გისოსების ატომური სტრუქტურის მქონე ნივთიერებები შედარებით ცოტაა. ეს არის, როგორც წესი, მარტივი ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება IIIA და IVA ქვეჯგუფების ელემენტებით (Si, Ge, B, C). ხშირად, ორი განსხვავებული არამეტალის ნაერთებს აქვთ ატომური გისოსები, მაგალითად, კვარცის ზოგიერთი პოლიმორფი (სილიციუმის ოქსიდი SiO 2) და კარბორუნდი (სილიციუმის კარბიდი SiC).

ყველა ატომური კრისტალი გამოირჩევა მაღალი სიმტკიცით, სიმტკიცით, ცეცხლგამძლეობით და თითქმის ნებისმიერ გამხსნელში უხსნადობით. ეს თვისებები განპირობებულია კოვალენტური ბმის სიძლიერით. ატომური კრისტალური მედის მქონე ნივთიერებებს აქვთ ელექტრული გამტარობის ფართო სპექტრი იზოლატორებიდან და ნახევარგამტარებიდან ელექტრონულ გამტარებამდე.

კარბორუნდის ზოგიერთი პოლიმორფული მოდიფიკაციის ატომური კრისტალური მედები - სილიციუმის კარბიდი SiC

ლითონის ბადეები

ეს კრისტალური ბადეები შეიცავს ლითონის ატომებს და იონებს მათ კვანძებში, რომელთა შორის ყველა მათგანისთვის საერთო ელექტრონები (ელექტრონული გაზი) თავისუფლად მოძრაობენ და ქმნიან მეტალურ კავშირს. ლითონის ბროლის გისოსების თავისებურებაა მათი დიდი კოორდინაციის რიცხვი (8-12), რაც მიუთითებს ლითონის ატომების მნიშვნელოვან შეფუთვაზე. ეს აიხსნება იმით, რომ გარე ელექტრონების გარეშე ატომების „ბირთები“ განლაგებულია სივრცეში იმავე რადიუსის ბურთების მსგავსად. ლითონებისთვის ყველაზე ხშირად გვხვდება სამი ტიპის ბროლის გისოსები: სახეზე ორიენტირებული კუბური კოორდინაციის რიცხვით 12, სხეულზე ორიენტირებული კუბური კოორდინაციის ნომრით 8 და ექვსკუთხა, მჭიდროდ შეფუთული კოორდინაციის ნომრით 12.

ლითონის ობლიგაციებისა და ლითონის გისოსების განსაკუთრებული მახასიათებლები განსაზღვრავს ლითონების ისეთ მნიშვნელოვან თვისებებს, როგორიცაა მაღალი დნობის წერტილები, ელექტრული და თბოგამტარობა, ელასტიურობა, ელასტიურობა და სიმტკიცე.

ლითონის ბროლის გისოსები: ა) სხეულზე ორიენტირებული კუბური (Fe, V, Nb, Cr) ბ) სახეზე ორიენტირებული კუბური (Al, Ni, Ag, Cu, Au) გ) ექვსკუთხა (Ti, Zn, Mg, Cd)

მოლეკულური გისოსები

მოლეკულური კრისტალური ბადეები შეიცავს მოლეკულებს თავის კვანძებში, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია სუსტი ინტერმოლეკულური ძალებით - ვან დერ ვაალსი ან წყალბადის ბმები. მაგალითად, ყინული შედგება წყლის მოლეკულებისგან, რომლებიც ინახება კრისტალურ ბადეში წყალბადის ბმებით. იმავე ტიპში შედის მრავალი ნივთიერების კრისტალური ბადეები, რომლებიც გადატანილია მყარ მდგომარეობაში, მაგალითად: მარტივი ნივთიერებები H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, ჰალოგენები (F 2, Cl 2, Br 2, I 2), „მშრალი ყინული“ CO 2, ყველა კეთილშობილი აირი და უმეტესი ორგანული ნაერთები.

მოლეკულური კრისტალური ბადეები: ა) იოდი I2; ბ) ყინული H2O

ვინაიდან მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ძალები უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ან მეტალის ბმები, მოლეკულურ კრისტალებს მცირე სიმტკიცე აქვთ; ისინი დნობადი და აქროლადია, უხსნადია და არ ავლენენ ელექტროგამტარობას.

ნივთიერებების უმეტესობას ახასიათებს უნარი, პირობებიდან გამომდინარე, იყოს აგრეგაციის სამი მდგომარეობიდან ერთ-ერთში: მყარი, თხევადი ან აირისებრი.

მაგალითად, წყალი ნორმალური წნევის დროს 0-100 o C ტემპერატურულ დიაპაზონში არის თხევადი, 100 o C-ზე ზევით ტემპერატურაზე ის შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ აირისებრ მდგომარეობაში, ხოლო 0 o C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე ის არის მყარი.
მყარ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებები იყოფა ამორფულ და კრისტალურად.

ამორფული ნივთიერებების დამახასიათებელი თვისებაა მკაფიო დნობის წერტილის არარსებობა: მათი სითხე თანდათან იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. ამორფული ნივთიერებები მოიცავს ნაერთებს, როგორიცაა ცვილი, პარაფინი, პლასტმასის უმეტესობა, მინა და ა.შ.

მიუხედავად ამისა, კრისტალურ ნივთიერებებს აქვთ სპეციფიკური დნობის წერტილი, ე.ი. კრისტალური სტრუქტურის მქონე ნივთიერება მყარი მდგომარეობიდან თხევადში გადადის არა თანდათან, არამედ უეცრად, კონკრეტული ტემპერატურის მიღწევისას. კრისტალური ნივთიერებების მაგალითებია სუფრის მარილი, შაქარი და ყინული.

ამორფული და კრისტალური მყარი ნივთიერებების ფიზიკურ თვისებებში განსხვავება უპირველეს ყოვლისა განპირობებულია ასეთი ნივთიერებების სტრუქტურული მახასიათებლებით. რა განსხვავებაა ამორფულ და კრისტალურ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებას შორის, ყველაზე ადვილად გასაგებია შემდეგი ილუსტრაციიდან:

როგორც ხედავთ, ამორფულ ნივთიერებაში, კრისტალურისგან განსხვავებით, არ არის წესრიგი ნაწილაკების განლაგებაში. თუ კრისტალურ სუბსტანციაში თქვენ გონებრივად დააკავშირებთ ორ ატომს ერთმანეთთან ახლოს სწორი ხაზით, შეგიძლიათ აღმოაჩინოთ, რომ იგივე ნაწილაკები ამ ხაზზე იქნება მკაცრად განსაზღვრული ინტერვალებით:

ამრიგად, კრისტალური ნივთიერებების შემთხვევაში, შეგვიძლია ვისაუბროთ ისეთ კონცეფციაზე, როგორიცაა კრისტალური გისოსი.

ბროლის გისოსი ეწოდება სივრცითი ჩარჩო, რომელიც აკავშირებს სივრცეში იმ წერტილებს, რომლებშიც ნაწილაკები ქმნიან კრისტალს.

სივრცის წერტილებს, რომლებშიც მდებარეობს კრისტალის შემქმნელი ნაწილაკები, ეწოდება კრისტალური მედის კვანძები .

იმისდა მიხედვით, თუ რომელი ნაწილაკები მდებარეობს ბროლის მედის კვანძებში, განასხვავებენ მათ: მოლეკულური, ატომური, იონური და ლითონის ბროლის გისოსები .

კვანძებში მოლეკულური კრისტალური ბადე

ყინულის ბროლის ბადე, როგორც მოლეკულური გისოსის მაგალითი

არსებობს მოლეკულები, რომლებშიც ატომები დაკავშირებულია ძლიერი კოვალენტური ბმებით, მაგრამ თავად მოლეკულები ერთმანეთთან ახლოს არის შეკავებული სუსტი ინტერმოლეკულური ძალებით. ასეთი სუსტი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების გამო, მოლეკულური მედის მქონე კრისტალები მყიფეა. ასეთი ნივთიერებები განსხვავდება სხვა ტიპის სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებისგან დნობისა და დუღილის მნიშვნელოვნად დაბალი წერტილებით, არ ატარებენ ელექტრო დენს და შეიძლება გაიხსნას ან არ დაითხოვოს სხვადასხვა გამხსნელებში. ასეთი ნაერთების ხსნარებმა შეიძლება ან არ გაატარონ ელექტრული დენი, ნაერთის კლასიდან გამომდინარე. მოლეკულური კრისტალური ბადის მქონე ნაერთები მოიცავს ბევრ მარტივ ნივთიერებას - არამეტალებს (გამაგრებული H 2, O 2, Cl 2, ორთორმბული გოგირდი S 8, თეთრი ფოსფორი P 4), ასევე ბევრ რთულ ნივთიერებას - არამეტალების წყალბადის ნაერთებს, მჟავები, არამეტალის ოქსიდები, ორგანული ნივთიერებების უმეტესობა. გასათვალისწინებელია, რომ თუ ნივთიერება აირისებრ ან თხევად მდგომარეობაშია, მოლეკულურ კრისტალურ გისოსზე საუბარი არ არის მიზანშეწონილი: უფრო სწორია ტერმინის მოლეკულური ტიპის სტრუქტურის გამოყენება.

ბრილიანტის ბროლის გისოსი, როგორც ატომური გისოსის მაგალითი

კვანძებში ატომური კრისტალური გისოსი

არის ატომები. უფრო მეტიც, ასეთი ბროლის გისოსის ყველა კვანძი „დაკავშირებულია“ ერთმანეთთან ძლიერი კოვალენტური ბმების მეშვეობით ერთ კრისტალში. სინამდვილეში, ასეთი კრისტალი ერთი გიგანტური მოლეკულაა. მათი სტრუქტურული მახასიათებლების გამო, ატომური კრისტალური მედის მქონე ყველა ნივთიერება არის მყარი, აქვს მაღალი დნობის წერტილები, ქიმიურად არააქტიურია, უხსნადია არც წყალში და არც ორგანულ გამხსნელებში და მათი დნობა არ ატარებს ელექტრო დენს. უნდა გვახსოვდეს, რომ ატომური ტიპის სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებში შედის ბორი B, ნახშირბადი C (ბრილიანტი და გრაფიტი), სილიციუმი Si მარტივი ნივთიერებებისგან და სილიციუმის დიოქსიდი SiO 2 (კვარცი), სილიციუმის კარბიდი SiC, ბორის ნიტრიდი BN რთული ნივთიერებებისგან.

ნივთიერებებისთვის იონური კრისტალური გისოსი

გისოსების ადგილები შეიცავს იონებს, რომლებიც დაკავშირებულია ერთმანეთთან იონური ბმების მეშვეობით.
ვინაიდან იონური ბმები საკმაოდ ძლიერია, იონური გისოსის მქონე ნივთიერებებს აქვთ შედარებით მაღალი სიმტკიცე და ცეცხლგამძლეობა. ყველაზე ხშირად, ისინი წყალში ხსნადია და მათი ხსნარები, დნობის მსგავსად, ატარებენ ელექტრო დენს.
იონური კრისტალური ბადის მქონე ნივთიერებებს მიეკუთვნება ლითონის და ამონიუმის მარილები (NH 4 +), ფუძეები და ლითონის ოქსიდები. ნივთიერების იონური სტრუქტურის დარწმუნებული ნიშანია მის შემადგენლობაში ტიპიური ლითონისა და არალითონის ორივე ატომის არსებობა.

ნატრიუმის ქლორიდის კრისტალური ბადე, როგორც იონური გისოსის მაგალითი

შეინიშნება თავისუფალი ლითონების კრისტალებში, მაგალითად, ნატრიუმის Na, რკინის Fe, მაგნიუმის Mg და ა.შ. ლითონის ბროლის ბადის შემთხვევაში, მისი კვანძები შეიცავს კატიონებს და ლითონის ატომებს, რომელთა შორის ელექტრონები მოძრაობენ. ამ შემთხვევაში, მოძრავი ელექტრონები პერიოდულად მიმაგრებულია კატიონებთან, რითაც ანეიტრალებს მათ მუხტს, ხოლო ცალკეული ნეიტრალური ლითონის ატომები სანაცვლოდ „ათავისუფლებენ“ ელექტრონებს, თავის მხრივ, კატიონებად იქცევიან. სინამდვილეში, "თავისუფალი" ელექტრონები არ ეკუთვნის ცალკეულ ატომებს, არამედ მთელ კრისტალს.

ასეთი სტრუქტურული თავისებურებები იწვევს იმ ფაქტს, რომ ლითონები კარგად ატარებენ სითბოს და ელექტრულ დენს და ხშირად აქვთ მაღალი ელასტიურობა (მოქნილობა).
ლითონების დნობის ტემპერატურის გავრცელება ძალიან დიდია. მაგალითად, ვერცხლისწყლის დნობის წერტილი არის დაახლოებით მინუს 39 ° C (თხევადი ნორმალურ პირობებში), ხოლო ვოლფრამი არის 3422 ° C. უნდა აღინიშნოს, რომ ნორმალურ პირობებში ყველა ლითონი ვერცხლისწყლის გარდა არის მყარი.

როგორც უკვე ვიცით, ნივთიერება შეიძლება არსებობდეს აგრეგაციის სამ მდგომარეობაში: აირისებრი, მძიმედა თხევადი. ჟანგბადი, რომელიც ნორმალურ პირობებში არის აირისებრ მდგომარეობაში, -194 ° C ტემპერატურაზე გარდაიქმნება მოლურჯო სითხეში, ხოლო -218,8 ° C ტემპერატურაზე გადაიქცევა თოვლის მსგავს მასად ლურჯი კრისტალებით.

მყარ მდგომარეობაში ნივთიერების არსებობის ტემპერატურის დიაპაზონი განისაზღვრება დუღილისა და დნობის წერტილებით. მყარი არის კრისტალურიდა ამორფული.

უ ამორფული ნივთიერებებიარ არის ფიქსირებული დნობის წერტილი - გაცხელებისას თანდათან რბილდება და გადაიქცევა თხევად მდგომარეობაში. ამ მდგომარეობაში, მაგალითად, გვხვდება სხვადასხვა ფისები და პლასტილინი.

კრისტალური ნივთიერებებიისინი გამოირჩევიან ნაწილაკების რეგულარული განლაგებით, რომელთაგან შედგება: ატომები, მოლეკულები და იონები, სივრცის მკაცრად განსაზღვრულ წერტილებში. როდესაც ეს წერტილები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სწორი ხაზებით, იქმნება სივრცითი ჩარჩო, მას უწოდებენ ბროლის გისოსს. წერტილებს, რომლებზეც ბროლის ნაწილაკები მდებარეობს, ეწოდება გისოსების კვანძები.

ჩვენ წარმოვიდგენთ გისოსის კვანძები შეიძლება შეიცავდეს იონებს, ატომებს და მოლეკულებს. ეს ნაწილაკები ასრულებენ რხევად მოძრაობებს. როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ამ რხევების დიაპაზონიც იზრდება, რაც იწვევს სხეულების თერმულ გაფართოებას.

ბროლის გისოსების კვანძებში მდებარე ნაწილაკების ტიპისა და მათ შორის კავშირის ხასიათიდან გამომდინარე, განასხვავებენ კრისტალური გისოსების ოთხ ტიპს: იონური, ატომური, მოლეკულურიდა ლითონის.

იონურიმათ უწოდებენ კრისტალურ გისოსებს, რომლებშიც იონები განლაგებულია კვანძებში. ისინი წარმოიქმნება იონური ბმების მქონე ნივთიერებებით, რომლებსაც შეუძლიათ შეაერთონ როგორც მარტივი იონები Na+, Cl- და რთული SO24-, OH-. ამრიგად, იონურ კრისტალურ გისოსებს აქვთ მარილები, ლითონების ზოგიერთი ოქსიდი და ჰიდროქსილები, ე.ი. ის ნივთიერებები, რომლებშიც არსებობს იონური ქიმიური ბმა. განვიხილოთ ნატრიუმის ქლორიდის კრისტალი; ის შედგება დადებითად მონაცვლეობით Na+ და უარყოფითი CL- იონებისგან, ისინი ერთად ქმნიან კუბის ფორმის გისოსს. ასეთ კრისტალში იონებს შორის კავშირი უკიდურესად სტაბილურია. ამის გამო, იონური გისოსის მქონე ნივთიერებებს აქვთ შედარებით მაღალი სიმტკიცე და სიმტკიცე; ისინი ცეცხლგამძლე და არამდგრადია.

ატომურიკრისტალური გისოსები არის ის კრისტალური გისოსები, რომელთა კვანძები შეიცავს ცალკეულ ატომებს. ასეთ გისოსებში ატომები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ძალიან ძლიერი კოვალენტური ბმებით. მაგალითად, ბრილიანტი ნახშირბადის ერთ-ერთი ალოტროპული მოდიფიკაციაა.

ატომური კრისტალური მედის მქონე ნივთიერებები ბუნებაში არც თუ ისე გავრცელებულია. მათ შორისაა კრისტალური ბორი, სილიციუმი და გერმანიუმი, ასევე რთული ნივთიერებები, მაგალითად, სილიციუმის (IV) ოქსიდის შემცველი - SiO 2: სილიციუმი, კვარცი, ქვიშა, კლდის კრისტალი.

ატომური კრისტალური მედის მქონე ნივთიერებების აბსოლუტურ უმრავლესობას აქვს ძალიან მაღალი დნობის წერტილი (ალმასისთვის ის აღემატება 3500 ° C-ს), ასეთი ნივთიერებები ძლიერი და მყარია, პრაქტიკულად უხსნადი.

მოლეკულურიმათ უწოდებენ კრისტალურ გისოსებს, რომლებშიც მოლეკულები განლაგებულია კვანძებში. ამ მოლეკულებში ქიმიური ბმები ასევე შეიძლება იყოს პოლარული (HCl, H 2 0) ან არაპოლარული (N 2, O 3). და მიუხედავად იმისა, რომ მოლეკულების შიგნით ატომები დაკავშირებულია ძალიან ძლიერი კოვალენტური ბმებით, მოლეკულებს შორის მოლეკულური მიზიდულობის სუსტი ძალები მოქმედებს. სწორედ ამიტომ ნივთიერებები მოლეკულური კრისტალური გისოსებით ხასიათდება დაბალი სიმტკიცე, დაბალი დნობის წერტილი და არასტაბილურობა.

ასეთი ნივთიერებების მაგალითებია მყარი წყალი - ყინული, მყარი ნახშირბადის მონოქსიდი (IV) - "მშრალი ყინული", მყარი წყალბადის ქლორიდი და წყალბადის სულფიდი, მყარი მარტივი ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება ერთი - (კეთილშობილი აირები), ორი - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), სამი - (O 3), ოთხი - (P 4), რვა ატომური (S 8) მოლეკულები. მყარი ორგანული ნაერთების აბსოლუტურ უმრავლესობას აქვს მოლეკულური კრისტალური ბადეები (ნაფთალინი, გლუკოზა, შაქარი).

blog.site, მასალის სრულად ან ნაწილობრივ კოპირებისას საჭიროა ორიგინალური წყაროს ბმული.