KRISTÁLYOS SZILÁRD ANYAGOK: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, TÍPUSOK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A kristályos szilárd anyagok azok, amelyek mikroszkopikus szerkezete rendezve van, és betartják az adott rács jellegzetes mintáját; Például: köbös, hatszögletű, triklinikus, romboedrikus, többek között.

Ezeknek a szilárd anyagoknak azt állítják, hogy kristályokként léteznek, szemcsékkel és geometriai mintázattal mutatnak, amelyek tükrözik, hogy milyen rendben vannak belülük. A kristályos szilárd anyagok további példái a gyémánt, kvarc, antracén, szárazjég, kálium-klorid vagy magnézium-oxid.

Kristálytiszta bár barna cukorból. Forrás: Pixabay.

A kristályos szilárd anyagok egy jól ismert párja a cukor és a só (NaCl). Első pillantásra mindkettő fehér kristályokat mutat; de tulajdonságaik rendkívül különböznek egymástól. A cukor molekuláris kristályos szilárd anyag, míg a só ionos kristályos szilárd anyag. Az első szacharóz molekulákból áll; és a második Na ⁺ és Cl ^- ionokat.

A fenti kép bepillantást ad a fényes cukorkristályok megjelenéséhez. A sókristályok azonban nem messze maradnak el. Bár a cukor és a só testvéreknek tűnik, szerkezetük eltérő: a cukor, amely szacharóz, monoklinikus szerkezetű; míg a só egy köbös szerkezetű.

Nátrium-klorid kristályszerkezete, NaCl

A porcukor és a só (hab) kristálytiszta marad; a kristályai csak sokkal kisebbek lettek a szemünk számára. Egy szilárd anyag kristályossága tehát inkább a belső szerkezettel, mint a külső megjelenéssel vagy a fényerővel van meghatározva.

A kristályos szilárd anyagok szerkezete

A kristályos szilárd anyagok szabályos szerkezete. Forrás: Gabriel Bolívar.

A kristályos szilárd anyagok rendezett struktúrákat mutatnak. Geometriai jellemzőik azon kristályrács típusától függnek, amelyhez tartoznak, amely viszont a kristály (kristályos rendszer) formáiban vetül ki. A felső kép az ilyen szerkezetek két fontos fogalmát szemlélteti: periodicitás és kristályos szemcsék.

A kristályos szilárd részecskék térbeli rendezése periodikus; azaz minden irányban újra és újra megismétli. Ez megteremti a saját szerkezeti mintázatát minden szilárd és kristályrácshoz; például itt a só és a cukor megkülönböztetni kezd kémiai természetét.

Az A-ban a rombuszok úgy vannak elrendezve, hogy nagyobb rombusz keletkezzenek. Minden lila rombusz egy részecskét vagy részecskecsoportot (atomok, ionok vagy molekulák) képvisel. Így várható, hogy az A makroszkopikus kristálya romboedrikus megjelenéssel bír.

Eközben a B-ben a rombák oly módon vannak elrendezve, hogy kristályos szemcsékből származjanak; ezek nagyon kicsi kristályok (kristályok). B-t ezután polikristályos szilárd anyagnak tekintik; vagyis több kristályos anyag agglomerációjával alakul ki.

Összegezve: szilárd anyag lehet egyszerűen kristályos (A) vagy polikristályos (B); Az A kristályokat, míg a B polikristályokat képez.

Tulajdonságok

A kristályos szilárd anyagok tulajdonságai a kristály típusától függenek. Már ismert, hogy szerkezetük rendben van, és hajlamosak olyan fényes vonásokat mutatni, amelyekbe az ásványi anyagok szerelmesei beleszeretnek. Ugyanakkor megemlítették, hogy a poros szilárd anyag, akár "ki" is, kristályosnak tekinthető.

A részecskék térbeli orientációjának módja lehetővé teszi számukra néhány fontos tulajdonságot a jellemzésükhöz. Például a kristályos szilárd anyagok képesek a röntgensugár diffrakciójára, létrehozva diffrakciós spektrumokat, amelyek alapján meghatározható a kristály mikroszkopikus szerkezete.

Mivel a struktúra periodikus, a hő ugyanolyan módon diffundál az egész szilárd anyagban; mindaddig, amíg nincsenek szennyeződések. Így a kristályos szilárd anyag olvadáspontja állandó, és nem változik, függetlenül attól, hogy miként mérik.

A kristályos szilárd anyagok típusai

A kristályos szilárd anyagok típusa azon alapul, hogy milyen típusú részecskékből készülnek, és milyen kölcsönhatások vagy kötések vannak. Alapvetően négy típus létezik: ionos, fémes, molekuláris és kovalens hálózatok.

Még akkor is, ha bizonyos fokú szennyeződést tartalmaznak, továbbra is kristályosak, bár tulajdonságaikat befolyásolja, és nem mutatják ugyanazokat az értékeket, amelyek a tiszta szilárd anyag esetében várhatók.

Ionics

A só egy ionos kristályos szilárd anyag példája, mivel Na ⁺ és Cl ^- ionokból áll. Ezért az ilyen típusú szilárd anyagokban az ionos kötés irányítja: a szerkezeti rendezést az elektrosztatikus erők szabályozzák.

Fémes

Az összes fématom fémkristályokat képez. Ez azt jelenti, hogy például egy ezüst villa egy összeolvadt ezüstkristály konglomerátum. A belső vagy a mikroszkopikus felépítés megegyezik a tárgy minden hüvelykjében, és változatlan marad a villafogantyútól a fogainak végéig.

Molekuláris

A cukor egy molekuláris kristályos szilárd anyag példája, mivel szacharózmolekulákból áll. Ezért az ilyen típusú szilárd anyagok molekulákból állnak, amelyek intermolekuláris kölcsönhatásaik révén (és nem kovalens kötéseikkel) képesek rendezett struktúrát létrehozni.

Kovalens hálózatok

Végül megvan a kovalens hálózatok kristályos szilárd része. Kovalens kötések dominálnak bennük, mivel felelõsek a rend kialakításáért és az atomok erõs rögzítéséért megfelelõ térbeli helyzetükben. Nem ionokról, atomokról vagy molekulákról beszélünk, hanem háromdimenziós hálózatokról.

Példák

Ezután és végül néhány példát említünk a kristályos szilárd anyagok mindegyikére.

Ionics

Az összes só ionos szilárd anyag. Hasonlóképpen vannak szulfidok, hidroxidok, oxidok, halogenidek és más vegyületek, amelyek szintén ionokból állnak, vagy ezek kölcsönhatása lényegében ionos. Tehát:

-KCl

-Case ₄

-Ba (OH) ₂

-CASE ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄) ₂ CrO ₄

Ezen példákon túl az ásványok túlnyomó többségét ionos kristályos szilárd anyagnak tekintik.

Fémes

Bármely fém elem természetes módon fém kristályként fordul elő. Néhány ezek közül:

-Réz

-Vas

-Alumínium

-Króm

-Fém hidrogén (elképzelhetetlen nyomás alatt)

-Volfrám

-cirkónium

-Titán

-Magnézium

-Nátrium

Molekuláris

Nagyon sokféle molekuláris kristályos szilárd anyag van. Gyakorlatilag minden olyan szerves vegyület, amely megszilárdul, kristályokat képez, ha tisztaságuk magas vagy szerkezete nem túl bonyolult. Tehát:

-Jég (H ₂ O)

-Száraz jég (CO ₂)

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (és annak polimorfjai)

-Antracén

-Szilárd oxigén

-Szilárd ammónia

-Phenolphthalein

-Benzoesav

Kovalens hálózatok

És végül, a kovalens hálózatok néhány kristályos szilárd része között:

-Gyémánt

-Grafit

-Szén nanocsövek

-Fullerenos

-Kvarc

-Szilícium

-Germánium

-Boron-nitrid

Ebből a listából a szén nanocsövek és fullerének molekuláris kristályos szilárd anyagnak is tekinthetők. Ennek oka az, hogy bár kovalensen kötött szénatomokból állnak, makromolekulákként megjeleníthető egységeket határoznak meg (futball-labdák és csövek).

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Kristály. Helyreállítva: en.wikipedia.org
4. Kémia LibreTexts. (2019. június 16.) Kristályos és amorf szilárd anyagok. Helyreállítva: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein és Anthony Carpi. (2020). A szilárd anyagok tulajdonságai. Helyreállítva: visionlearning.com