КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ТИПЫ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2026

Эти кристаллические твердые вещества являются те , чьи микроскопические структуры упорядоченные и подчиняются отличительный образец для конкретной решетки; например: кубический, гексагональный, триклинический, ромбоэдрический и другие.

Говорят, что эти твердые тела существуют в виде кристаллов с гранями и геометрическими узорами, которые отражают то, насколько они упорядочены внутри. Другими примерами кристаллических твердых веществ являются алмаз, кварц, антрацен, сухой лед, хлорид калия или оксид магния.

Кристально чистый кусок коричневого сахара. Источник: Pixabay.

Хорошо известная пара кристаллических твердых веществ - это сахар и соль (NaCl). На первый взгляд оба показывают белые кристаллы; но их свойства сильно различаются. Сахар представляет собой молекулярное кристаллическое твердое вещество, а соль - ионное кристаллическое твердое вещество. Первый состоит из молекул сахарозы; а второй ^- ионов Na ⁺ и Cl ^- .

Изображение выше дает представление о том, насколько яркими могут быть кристаллы сахара. Однако кристаллы соли не отстают. Хотя сахар и соль похожи на братьев, их структура различна: сахар, который представляет собой сахарозу, имеет моноклинную структуру; в то время как соль, кубическая структура.

Кристаллическая структура хлорида натрия, NaCl

Сахарная пудра и соль (глазурь) остаются кристально чистыми; его кристаллы стали намного меньше для наших глаз. Следовательно, кристалличность твердого тела определяется больше его внутренней структурой, чем его внешним видом или яркостью.

Структура кристаллических твердых тел

Упорядоченные структуры кристаллических тел. Источник: Габриэль Боливар.

Кристаллические твердые тела имеют упорядоченную структуру. Их геометрические характеристики будут зависеть от типа кристаллической решетки, к которой они принадлежат, которая, в свою очередь, проецируется вовне в формы кристаллов (кристаллическая система). Верхнее изображение иллюстрирует две важные концепции таких структур: периодичность и кристаллические зерна.

Пространственное упорядочение частиц кристаллического твердого тела периодическое; то есть он повторяется снова и снова во всех направлениях. Это создает свой собственный структурный образец для каждой твердой и кристаллической решетки; например, именно здесь соль и сахар начинают различаться, выходя за рамки их химической природы.

На рисунке А ромбы расположены так, чтобы образовался ромб большего размера. Каждый фиолетовый ромб представляет собой частицу или набор частиц (атомов, ионов или молекул). Таким образом, можно ожидать, что макроскопический кристалл A будет иметь ромбоэдрический вид.

Между тем, в B ромбы расположены таким образом, что образуют кристаллические зерна; это очень мелкие кристаллы (кристаллиты). В таком случае говорят, что В является поликристаллическим твердым телом; то есть он образуется путем агломерации множества кристаллитов.

В заключение, твердое вещество может быть просто кристаллическим (A) или поликристаллическим (B); A образует кристаллы, а B - поликристаллы.

свойства

Свойства кристаллических твердых тел зависят от их типа кристалла. Уже известно, что их структуры упорядочены, и что они также имеют тенденцию демонстрировать блестящие черты, в которые влюбляются любители минералов. Однако было упомянуто, что порошкообразное твердое вещество, даже «выключенное», также можно классифицировать как кристаллическое.

Способ, которым их частицы ориентированы в пространстве, позволяет им иметь некоторые важные свойства для их характеристики. Например, кристаллические твердые тела способны дифрактировать рентгеновские лучи, создавая дифракционные спектры, по которым можно определить микроскопическую структуру кристалла.

Кроме того, поскольку структура является периодической, тепло одинаково распространяется по твердому телу; при условии отсутствия примесей. Таким образом, температуры плавления кристаллического твердого вещества постоянны и не меняются независимо от того, как они измеряются.

Типы кристаллических твердых тел

Типы кристаллических твердых веществ зависят от того, из каких частиц они состоят и каковы их взаимодействия или связи. По сути, существует четыре типа: ионные, металлические, молекулярные и ковалентные сети.

Даже когда они содержат определенную степень примесей, они продолжают оставаться кристаллическими, даже если это влияет на их свойства, и они не показывают тех же значений, которые ожидаются для чистого твердого вещества.

Ионика

Соль является примером ионного кристаллического твердого вещества, так как состоит из ионов Na ⁺ и Cl ^- . Следовательно, в этом типе твердых тел ионная связь управляет: это электростатические силы, которые определяют структурное упорядочение.

металлический

Все металлические атомы образуют металлические кристаллы. Это означает, что, например, серебряная вилка представляет собой конгломерат сплавленных кристаллов серебра. Внутренняя или микроскопическая структура одинакова в каждом дюйме объекта и остается неизменной от ручки вилки до кончиков ее зубцов.

молекулярная

Сахар является примером молекулярного кристаллического твердого вещества, поскольку он состоит из молекул сахарозы. Следовательно, этот тип твердого тела состоит из молекул, которым посредством межмолекулярных взаимодействий (а не ковалентных связей) удается установить упорядоченную структуру.

Ковалентные сети

Наконец, у нас есть кристаллические твердые тела ковалентных сетей. В них преобладают ковалентные связи, поскольку они отвечают за установление порядка и удержание атомов в их соответствующих пространственных положениях. Мы говорим не об ионах, атомах или молекулах, а о трехмерных сетях.

Примеры

Далее, и наконец, будут приведены некоторые примеры для каждого из типов кристаллических твердых веществ.

Ионика

Все соли представляют собой твердые ионные вещества. Аналогичным образом существуют сульфиды, гидроксиды, оксиды, галогениды и другие соединения, которые также состоят из ионов, или их взаимодействия по существу ионные. Итак, у нас есть:

-KCl

-Кейс ₄

-Ва (ОН) ₂

-КЛУЧ ₄

-FeCl ₃

-На ₂ С

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

В дополнение к этим примерам, подавляющее большинство минералов считаются ионными кристаллическими твердыми веществами.

металлический

Любой металлический элемент встречается в природе в виде металлических кристаллов. Некоторые из них:

-Медь

-Железо

-Алюминиевые

-Хром

-Металлический водород (под невообразимым давлением)

-Tungsten

-Цирконий

титан

-Magnesium

-натрий

молекулярная

Есть большое разнообразие молекулярных кристаллических твердых веществ. Практически любое застывающее органическое соединение образует кристаллы, если его чистота высока или если его структура не слишком сложная. Итак, у нас есть:

-Лед (H ₂ O)

-Сухой лед (CO ₂ )

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (и его полиморфы)

-Anthracene

-Твердый кислород

-Твердый аммиак

-Phenolphthalein

-Бензойная кислота

Ковалентные сети

И, наконец, среди кристаллических твердых тел ковалентных сетей мы имеем:

-Diamond

-Graphite

-Углеродные нанотрубки

-Fullerenos

-quartz

кремний

германия

-Нитрид бора

Из этого списка углеродные нанотрубки и фуллерены также могут рассматриваться как молекулярные кристаллические твердые тела. Это потому, что, хотя они состоят из ковалентно связанных атомов углерода, они определяют единицы, которые можно визуализировать как макромолекулы (футбольные мячи и трубки).

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
3. Wikipedia. (2020). Кристалл. Получено с: en.wikipedia.org
4. Химия LibreTexts. (16 июня 2019 г.). Кристаллические и аморфные твердые тела. Получено с: chem.libretexts.org
5. Рэйчел Бернштейн и Энтони Карпи. (2020). Свойства твердых тел. Получено с: visionlearning.com