КРИСТАЛНИ ТВЪРДИ ВЕЩЕСТВА: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ВИДОВЕ, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На кристални твърди вещества са тези, чиито микроскопични структури се сортират и се подчиняват отличителен модел за конкретен решетка; например: кубични, шестоъгълни, триклинични, ромбоедрични и други.

Твърди се, че тези твърди вещества съществуват като кристали, показващи фасети и геометрични дизайни, които отразяват колко подредени са вътре. Други примери за кристални твърди вещества са диамант, кварц, антрацен, сух лед, калиев хлорид или магнезиев оксид.

Кристално чиста лента от кафява захар. Източник: Pixabay

Добре известна двойка кристални твърди частици е тази на захарта и солта (NaCl). На пръв поглед и двете показват бели кристали; но техните свойства се различават изключително много. Захарта е молекулно кристално твърдо вещество, докато солта е йонно кристално твърдо вещество. Първата е изградена от молекули на захарозата; и втората, Na ⁺ и Cl ^- йони.

Изображението по-горе дава представа колко ярки могат да бъдат кристалите на захарта. Солните кристали обаче не изостават. Въпреки че захарта и солта изглеждат като братя, структурите им са различни: захарта, която е захароза, има моноклинична структура; докато сол, кубична структура.

Кристална структура на натриев хлорид, NaCl

Праховата захар и сол (глазура) остават кристално чисти; кристалите му са станали само толкова по-малки за очите ни. Кристалността на твърдото вещество, следователно, се определя повече от неговата вътрешна структура, отколкото от външния му вид или яркостта.

Структура на кристални твърди частици

Подредени структури от кристални твърди частици. Източник: Габриел Боливар.

Кристалните твърди вещества имат подредени структури. Геометричните им характеристики ще зависят от вида на кристалната решетка, към която принадлежат, която от своя страна се проектира външно в кристалните форми (кристална система). Горното изображение илюстрира две важни концепции на такива структури: периодичност и кристални зърна.

Пространственото подреждане на частиците на кристално твърдо вещество е периодично; тоест, тя се повтаря отново и отново във всички посоки. Това създава свой структурен модел за всяка твърда и кристална решетка; например тук солта и захарта започват да се разграничават отвъд химическата си природа.

В А ромбовете са подредени така, че да пораждат по-голям ромб. Всеки лилав ромб представлява частица или набор от частици (атоми, йони или молекули). По този начин може да се очаква макроскопичен кристал от А да има ромбоедричен вид.

Междувременно в B ромбите са подредени по такъв начин, че дават началото на кристални зърна; това са много малки кристали (кристалити). В тогава се казва, че е поликристално твърдо вещество; т. е. образува се от агломерацията на множество кристалити.

В заключение, твърдото вещество може да бъде просто кристално (А) или поликристално (В); A образува кристали, докато B поликристали.

Имоти

Свойствата на кристалните твърди вещества зависят от вида им кристал. Вече е известно, че структурите им са подредени и че те също са склонни да представят ярки черти, в които се влюбват любителите на минерали. Спомена се обаче, че прахообразно твърдо вещество, дори „изключено“, също може да бъде класифицирано като кристално.

Начинът, по който частиците им са пространствено ориентирани, им позволява да имат някои важни свойства за тяхната характеристика. Например, кристалните твърди вещества са способни да дифракция на рентгенови лъчи, създавайки дифракционни спектри, от които може да се определи микроскопичната структура на кристал.

Също така, тъй като структурата е периодична, топлината се разпространява по един и същ начин в цялото твърдо вещество; стига да няма примеси. По този начин точките на топене на кристално твърдо вещество са постоянни и не се променят, независимо как се измерват.

Видове кристални твърди частици

Видовете кристални твърди частици се основават на какъв тип частици са направени и какви са техните взаимодействия или връзки. По същество има четири типа: йонни, метални, молекулярни и ковалентни мрежи.

Дори когато представят определена степен на примеси, те продължават да бъдат кристални, въпреки че техните свойства са засегнати и те не показват същите стойности, очаквани за чисто твърдо вещество.

нейонни

Солта е пример за йонно кристално твърдо вещество, тъй като е съставено от Na ⁺ и Cl ^- йони. Следователно, при този тип твърди вещества йонната връзка управлява: електростатичните сили управляват структурното подреждане.

метален

Всички метални атоми образуват метални кристали. Това означава, че например сребърната вилица е конгломерат от слети кристали на сребро. Вътрешната или микроскопична структура е една и съща на всеки сантиметър от предмета и остава непроменена от дръжката на вилката до върха на зъбите.

молекулен

Захарта е пример за молекулно кристално твърдо вещество, тъй като е изградена от молекули на захарозата. Следователно този тип твърдо вещество е съставено от молекули, които чрез своите междумолекулни взаимодействия (а не ковалентни връзки) успяват да установят подредена структура.

Ковалентни мрежи

Накрая имаме кристалните твърди частици на ковалентните мрежи. Ковалентните връзки преобладават в тях, тъй като те са отговорни за установяването на ред и поддържането на атомите силно фиксирани в съответните им пространствени позиции. Ние не говорим за йони, атоми или молекули, а за триизмерни мрежи.

Примери

След това и накрая ще бъдат цитирани някои примери за всеки един от видовете кристални твърди частици.

нейонни

Всички соли са йонни твърди вещества. По същия начин има сулфиди, хидроксиди, оксиди, халиди и други съединения, които също са съставени от йони или взаимодействията им по същество са йонни. Така че имаме:

-KCl

-Каза ₄

-Ba (OH) ₂

-КАЗА ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄) ₂ СгОз ₄

В допълнение към тези примери, по-голямата част от минералите се считат за йонни кристални твърди вещества.

метален

Всеки метален елемент се среща естествено като метални кристали. Някои от тях са:

Медни

-Желязо

-алуминиев

-Chrome

-Метален водород (при невъобразими налягания)

-Tungsten

-Zirconium

-Titanium

магнезиева

-натриев

молекулен

Има голямо разнообразие от молекулни кристални твърди вещества. Почти всяко органично съединение, което се втвърдява, може да установи кристали, ако чистотата му е висока или ако структурата му не е твърде сложна. Така че имаме:

-Ice (H ₂ O)

-Сух лед (CO ₂)

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (и неговите полиморфи)

антрацен

-Твърд кислород

-Твърд амоняк

-Phenolphthalein

-Бензоена киселина

Ковалентни мрежи

И накрая, сред някои кристални твърди частици на ковалентни мрежи имаме:

-Diamond

-Graphite

-Карбонови нанотръби

-Fullerenos

кварц

-Silicon

-Germanium

-Бор нитрид

От този списък въглеродните нанотръби и фулерените също могат да се считат за молекулни кристални твърди частици. Това е така, защото, макар да се състоят от ковалентно свързани въглеродни атоми, те определят единици, които могат да бъдат визуализирани като макромолекули (футболни топки и тръби).

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Crystal. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Химия LibreTexts. (16 юни 2019 г.). Кристални и аморфни твърди вещества. Възстановено от: chem.libretexts.org
5. Рейчъл Бернщайн и Антъни Карпи. (2020). Свойства на твърдите вещества. Възстановена от: visionlearning.com