Na tipidagi kristall panjara. Kristal panjara va uning asosiy turlari

Odamlar doimo ishlashni afzal ko'rgan eng keng tarqalgan materiallardan biri metall bo'lgan. Har bir davrda bu ajoyib moddalarning har xil turlariga ustunlik berildi. Shunday qilib, miloddan avvalgi IV-III ming yilliklar xalkolit yoki mis davri hisoblanadi. Keyinchalik u bronza bilan almashtiriladi, keyin esa bugungi kunda ham dolzarb bo'lgan narsa kuchga kiradi - temir.

Bugungi kunda buni bir vaqtlar metall buyumlarsiz qilish mumkinligini tasavvur qilish qiyin, chunki uy-ro'zg'or buyumlari, tibbiy asboblardan tortib og'ir va engil uskunalargacha deyarli hamma narsa ushbu materialdan iborat yoki uning alohida qismlarini o'z ichiga oladi. Nima uchun metallar bunday mashhurlikka erisha oldi? Keling, qanday xususiyatlar borligini va bu ularning tuzilishiga qanday xosligini aniqlashga harakat qilaylik.

Metallar haqida umumiy tushuncha

"Kimyo. 9-sinf" darsligi maktab o'quvchilari tomonidan qo'llaniladi. Aynan shu erda metallar batafsil o'rganiladi. Katta bob ularning fizik va kimyoviy xossalarini ko'rib chiqishga bag'ishlangan, chunki ularning xilma-xilligi juda katta.

Aynan shu yoshdan boshlab bolalarga ushbu atomlar va ularning xususiyatlari haqida tushuncha berish tavsiya etiladi, chunki o'smirlar bunday bilimlarning ahamiyatini to'liq anglay oladilar. Ular atrofdagi narsalar, mashinalar va boshqa narsalarning xilma-xilligi metall tabiatga asoslanganligini juda yaxshi tushunadilar.

Metall nima? Kimyo nuqtai nazaridan, bu atomlar odatda quyidagilarga ega bo'lganlar sifatida tasniflanadi:

• tashqi darajada kichik;
• kuchli restorativ xususiyatlarni ko'rsatish;
• katta atom radiusiga ega;
• Oddiy moddalar sifatida ular bir qator o'ziga xos jismoniy xususiyatlarga ega.

Bu moddalar haqidagi bilimlarning asosini metallarning atom-kristal tuzilishini hisobga olgan holda olish mumkin. Aynan shu birikmalarning barcha xususiyatlari va xususiyatlarini tushuntirib beradi.

Davriy jadvalda butun jadvalning katta qismi metallarga to'g'ri keladi, chunki ular barcha ikkilamchi kichik guruhlarni va birinchi guruhdan uchinchi guruhgacha bo'lgan asosiylarni tashkil qiladi. Shuning uchun ularning son jihatdan ustunligi aniq. Eng keng tarqalganlari:

• kaltsiy;
• natriy;
• titan;
• temir;
• magniy;
• alyuminiy;
• kaliy.

Barcha metallar ularni bir katta moddalar guruhiga birlashtirishga imkon beruvchi bir qator xususiyatlarga ega. O'z navbatida, bu xususiyatlar metallarning kristalli tuzilishi bilan aniq tushuntiriladi.

Metalllarning xossalari

Ko'rib chiqilayotgan moddalarning o'ziga xos xususiyatlari quyidagilarni o'z ichiga oladi.

1. Metall porlash. Oddiy moddalarning barcha vakillarida mavjud va ko'pchilik bir xil.Faqat bir nechta (oltin, mis, qotishmalar) farqlanadi.
2. Egiluvchanlik va egiluvchanlik - bu juda oson deformatsiya va tiklanish qobiliyati. Turli vakillarda turli darajada ifodalanadi.
3. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi metall va uning qotishmalarini qo'llash sohalarini aniqlaydigan asosiy xususiyatlardan biridir.

Metall va qotishmalarning kristalli tuzilishi ko'rsatilgan xususiyatlarning har birining sababini tushuntiradi va har bir o'ziga xos vakilda ularning jiddiyligi haqida gapiradi. Agar siz bunday tuzilmaning xususiyatlarini bilsangiz, unda siz namunaning xususiyatlariga ta'sir qilishingiz va uni kerakli parametrlarga moslashingiz mumkin, bu odamlar ko'p o'n yillar davomida qilgan.

Metalllarning atom kristall tuzilishi

Bu tuzilma nima, u nima bilan tavsiflanadi? Nomning o'zi barcha metallarning qattiq holatda, ya'ni normal sharoitda (suyuq bo'lgan simobdan tashqari) kristallar ekanligini ko'rsatadi. Kristal nima?

Bu tanani bir qatorga qo'ygan atomlar orqali xayoliy chiziqlarni kesish orqali qurilgan an'anaviy grafik tasvirdir. Boshqacha qilib aytganda, har bir metall atomlardan iborat. Ular unda tartibsiz emas, balki juda to'g'ri va izchil joylashgan. Shunday qilib, agar siz ushbu zarralarning barchasini aqliy ravishda bitta tuzilishga birlashtirsangiz, siz qandaydir shakldagi muntazam geometrik jism shaklida chiroyli tasvirga ega bo'lasiz.

Bu odatda metallning kristall panjarasi deb ataladi. Bu juda murakkab va fazoviy hajmli, shuning uchun soddaligi uchun uning hammasi emas, balki faqat bir qismi, elementar hujayra ko'rsatilgan. Bunday hujayralar to'plami birgalikda to'planib, aks ettiriladi va kristall panjaralarni hosil qiladi. Kimyo, fizika va metallurgiya bunday tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganadigan fanlardir.

O'zi - bu bir-biridan ma'lum masofada joylashgan va o'z atrofida qat'iy belgilangan miqdordagi boshqa zarralarni muvofiqlashtiradigan atomlar to'plami. U qadoqlash zichligi, tarkibiy tuzilmalar orasidagi masofa va muvofiqlashtirish soni bilan tavsiflanadi. Umuman olganda, bu parametrlarning barchasi butun kristalning xarakteristikasi bo'lib, shuning uchun metall tomonidan ko'rsatilgan xususiyatlarni aks ettiradi.

Bir nechta navlari bor.Ularning barchasida bitta umumiy xususiyat bor - tugunlar atomlardan iborat bo'lib, ichida elektron gaz buluti mavjud bo'lib, u kristall ichidagi elektronlarning erkin harakatidan hosil bo'ladi.

Kristall panjaralarning turlari

O'n to'rtta panjara tuzilishi variantlari odatda uchta asosiy turga birlashtiriladi. Ular quyidagichadir:

1. Tana markazlashtirilgan kub.
2. Olti burchakli mahkam o'ralgan.
3. Yuz markazlashtirilgan kub.

Metalllarning kristall tuzilishi faqat yuqori kattalashtirishli tasvirlarni olish imkoniyati paydo bo'lganda o'rganildi. Va panjara turlarining tasnifini birinchi bo'lib frantsuz olimi Bravais bergan bo'lib, ular ba'zan uning nomi bilan ataladi.

Tana markazlashtirilgan panjara

Ushbu turdagi metallarning kristall panjarasining tuzilishi quyidagi tuzilishga ega. Bu tugunlarida sakkiz atomdan iborat kub. Yana biri hujayraning bo'sh ichki maydonining markazida joylashgan bo'lib, bu "tanaga markazlashtirilgan" nomini tushuntiradi.

Bu birlik hujayraning eng oddiy tuzilishi va shuning uchun butun panjara uchun variantlardan biridir. Quyidagi metallar ushbu turga ega:

• molibden;
• vanadiy;
• xrom;
• marganets;
• alfa temir;
• beta temir va boshqalar.

Bunday vakillarning asosiy xususiyatlari yuqori darajada egiluvchanlik va egiluvchanlik, qattiqlik va kuchdir.

Yuz markazlashtirilgan panjara

Yuz markazlashtirilgan kubik panjaraga ega bo'lgan metallarning kristall tuzilishi quyidagi tuzilishdir. Bu o'n to'rt atomni o'z ichiga olgan kub. Ulardan sakkiztasi panjara tugunlarini hosil qiladi, yana oltitasi har bir yuzda bittadan joylashgan.

Ular o'xshash tuzilishga ega:

• alyuminiy;
• nikel;
• qo'rg'oshin;
• gamma temir;
• mis.

Asosiy o'ziga xos xususiyatlar - turli xil ranglarning porlashi, engilligi, mustahkamligi, moslashuvchanligi, korroziyaga chidamliligi.

Olti burchakli panjara

Metalllarning panjarali kristall tuzilishi quyidagicha. Birlik hujayra olti burchakli prizmaga asoslangan. Uning tugunlarida 12 ta atom, tagida yana ikkitasi bor va uchta atom strukturaning markazidagi bo'shliq ichida erkin yotadi. Hammasi bo'lib o'n ettita atom mavjud.

Bunday metallar:

• alfa titan;
• magniy;
• alfa kobalt;
• sink.

Asosiy xususiyatlar - yuqori darajadagi kuch, kuchli kumush porlashi.

Metalllarning kristall tuzilishidagi nuqsonlar

Shu bilan birga, ko'rib chiqilgan barcha turdagi hujayralar tabiiy kamchiliklarga yoki nuqsonlar deb ataladigan narsalarga ega bo'lishi mumkin. Bu turli sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin: begona atomlar va metallardagi aralashmalar, tashqi ta'sirlar va boshqalar.

Shuning uchun, kristall panjaralar bo'lishi mumkin bo'lgan nuqsonlarni aks ettiruvchi tasnif mavjud. Kimyo fan sifatida ularning har birini materialning xossalari o'zgarmasligi uchun bartaraf etishning sababi va usulini aniqlash maqsadida o'rganadi. Shunday qilib, kamchiliklar quyidagicha.

1. Spot. Ular uchta asosiy turga bo'linadi: bo'sh joylar, aralashmalar yoki dislokatsiyalangan atomlar. Ular metallning magnit xususiyatlarini, uning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini yomonlashishiga olib keladi.
2. Chiziqli yoki dislokatsiya. Chet va vintlar bor. Ular materialning mustahkamligi va sifatini yomonlashtiradi.
3. Yuzaki nuqsonlar. Metalllarning tashqi ko'rinishi va tuzilishiga ta'sir qiladi.

Hozirgi vaqtda nuqsonlarni bartaraf etish va sof kristallar olish usullari ishlab chiqilgan. Biroq, ularni butunlay yo'q qilish mumkin emas, ideal kristall panjara mavjud emas.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi bilimlarning ahamiyati

Yuqoridagi materialdan ko'rinib turibdiki, nozik tuzilish va tuzilish haqidagi bilimlar materialning xususiyatlarini oldindan aytish va ularga ta'sir qilish imkonini beradi. Kimyo fani esa buni qilishga imkon beradi. Umumta’lim maktabining 9-sinfi o‘quv jarayonida o‘quvchilarda asosiy mantiqiy zanjirning ahamiyatini aniq tushunishni shakllantirishga asosiy e’tibor beradi: tarkib – tuzilish – xossa – qo‘llanish.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi ma'lumotlar juda aniq tasvirlangan va o'qituvchiga bolalarga barcha xususiyatlardan to'g'ri va malakali foydalanish uchun nozik tuzilishni bilish qanchalik muhimligini aniq tushuntirish va ko'rsatish imkonini beradi.

Kimyo - bu ajoyib fan. Oddiy ko'rinadigan narsalarda juda ko'p aql bovar qilmaydigan narsalarni topish mumkin.

Bizni hamma joyda o'rab turgan barcha materiallar bir nechta agregatsiya holatida mavjud: gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalar. Olimlar 4- plazmani ham aniqladilar. Muayyan haroratda modda bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi mumkin. Masalan, suv: 100 dan yuqori qizdirilganda suyuq holatdan bug'ga aylanadi. 0 dan past haroratlarda u navbatdagi agregat strukturaga - muzga aylanadi.

Bilan aloqada

Butun moddiy dunyo o'zaro bog'langan bir xil zarrachalar massasini o'z ichiga oladi. Ushbu eng kichik elementlar kosmosda qat'iy ravishda joylashtirilgan va fazoviy ramka deb ataladigan narsani tashkil qiladi.

Ta'rif

Kristal panjara - bu qattiq moddaning maxsus tuzilishi bo'lib, unda zarralar kosmosda geometrik jihatdan qat'iy tartibda turadi. Unda siz tugunlarni topishingiz mumkin - elementlar joylashgan joylar: atomlar, ionlar va molekulalar va internodal bo'shliq.

Qattiq moddalar, yuqori va past haroratlar oralig'iga qarab, kristalli yoki amorf bo'ladi - ular ma'lum bir erish nuqtasi yo'qligi bilan tavsiflanadi. Ko'tarilgan haroratga duchor bo'lganda, ular yumshaydi va asta-sekin suyuq shaklga aylanadi. Ushbu turdagi moddalarga quyidagilar kiradi: qatron, plastilin.

Shu munosabat bilan uni bir necha turlarga bo'lish mumkin:

• atom;
• ionli;
• molekulyar;
• metall.

Ammo har xil haroratlarda bitta modda har xil shaklga ega bo'lishi va turli xil xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin. Bu hodisa allotropik modifikatsiya deb ataladi.

Atom turi

Ushbu turdagi tugunlar kovalent aloqalar bilan bog'langan ma'lum bir moddaning atomlarini o'z ichiga oladi. Ushbu turdagi bog'lanish ikki qo'shni atomdan bir juft elektron tomonidan hosil bo'ladi. Buning yordamida ular bir tekis va qat'iy tartibda ulanadi.

Atom kristalli panjarali moddalar quyidagi xususiyatlar bilan tavsiflanadi: mustahkamlik va yuqori erish nuqtasi. Ushbu turdagi bog'lanish olmos, kremniy va borda mavjud..

Ion turi

Qarama-qarshi zaryadlangan ionlar moddaning fizik xususiyatlarini tavsiflovchi elektromagnit maydon hosil qiluvchi tugunlarda joylashgan. Bularga quyidagilar kiradi: elektr o'tkazuvchanligi, refrakterlik, zichlik va qattiqlik. Stol tuzi va kaliy nitrat ionli kristall panjara mavjudligi bilan tavsiflanadi.

O'tkazib yubormang: ta'lim mexanizmi, aniq misollar.

Molekulyar turi

Bu tipdagi tugunlarda van-der-Vaals kuchlari bilan bir-biriga bog'langan ionlar mavjud. Zaif molekulalararo bog'lanish tufayli muz, karbonat angidrid va kerosin kabi moddalar plastiklik, elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi bilan ajralib turadi.

Metall turi

Uning tuzilishi molekulyar tuzilishga o'xshaydi, lekin u hali ham kuchliroq aloqalarga ega. Bu turning farqi shundaki, uning tugunlarida musbat zaryadlangan kationlar mavjud. Interstitsial bo'shliqda joylashgan elektronlar kosmik, elektr maydonini shakllantirishda ishtirok etadi. Ularni elektr gaz deb ham atashadi.

Oddiy metallar va qotishmalar metall panjara turi bilan tavsiflanadi. Ular metall yorqinligi, plastisitivligi, issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi bilan tavsiflanadi. Ular turli haroratlarda erishi mumkin.

Kristal hujayra- teng, parallel yo'naltirilgan cho'qqilarda va bo'shliqlarsiz yuzlar bo'ylab qo'shni parallelepipedlarda joylashgan nuqtalar tizimi tugunlar deb ataladigan nuqtalar bo'shlig'ini to'ldiradi, to'g'ri chiziqlar - qatorlar, tekisliklar - panjaralar, parallelepipedlar elementar hujayralar deyiladi.

Kristal panjaralarning turlari: atomik - atomlar tugunlarda joylashgan bo'lsa, ionli - ionlar tugunlarda joylashgan bo'lsa, molekulyar - molekulalar tugunlarda joylashgan bo'lsa.

2. Kristalli moddalarning xossalari - bir jinslilik, anizotropiya, o'z-o'zidan kesish qobiliyati.

Bir xillik- kosmosda parallel yo'naltirilgan, ammo moddaning turli nuqtalarida ajratilgan, xossalari bo'yicha mutlaqo bir xil bo'lgan ikkita bir xil elementar hajmlar (beril - turmalin).

Anizotropiya- kristall panjaraning turli yo'nalishlarida parallel bo'lmagan yo'nalishlarda ko'pgina xususiyatlar (masalan, kuch, qattiqlik, sindirish ko'rsatkichi) har xil.

O'z-o'zini yo'q qilish qobiliyati- kristalllarning erkin o'sishi bilan muntazam qirrali ko'pburchaklar hosil qilish xususiyati.

Ikki burchakli tugunlarning doimiylik xossasi- bir xil moddaning barcha kristallaridagi mos keladigan yuzlar va qirralarning orasidagi burchaklar bir xil.

3. Singoniya haqida tushuncha. Singoniyalar qanday toifalarga bo'linadi?

Singoniya - 1 yoki bir nechta umumiy simmetriya elementlariga ega bo'lgan, birlik yo'nalishlari teng bo'lgan simmetriya turlari to'plami. Hujayra a, b va c o'qlari va hujayra burchaklari orasidagi munosabatlar bilan tavsiflanadi.

7 ga bo'lingan:

Eng past( ikkinchi tartibdan yuqori simmetriya o'qlari yo'q)

O'rtacha ( ular yuqori tartibli bir simmetriya o'qiga ega)

Yagona yo'nalishlar- kristallarda takrorlanmaydigan yo'nalishlar.

Kristallarning simmetriyasi bo'yicha eng katta tasnif bo'linmasi bo'lib, har bir simmetriya guruhi simmetriyalarning bir nechta nuqta guruhlari va Bravais panjaralarini o'z ichiga oladi.

4.Oddiy shakllar va kombinatsiyalar. Kristalda oddiy shakllarni ajratib olishning jismoniy ma'nosi.

Tashqi ko'rinishiga ko'ra, kristallar oddiy shakllar va kombinatsiyalarga bo'linadi. Oddiy shakllar– simmetriya elementi ta’sirida bir yuzdan olingan kristallar.

Simmetriya elementlari:

geometrik tasvir

simmetriya tekisligi- tasvirga perpendikulyar tekislik, figurani ob'ekt va uning oyna tasviri sifatida mos keladigan 2 qismga bo'linadi.

Simmetriya o'qi- bu tasvirga perpendikulyar to'g'ri chiziq, 360 o ga aylantirilganda rasm o'zi bilan n marta tekislanadi.

Simmetriya markazi- kristall ichidagi nuqta, u orqali o'tkazilgan har bir to'g'ri chiziq har ikki tomonda bir xil masofada joylashgan bir xil nuqtalarga to'g'ri kelishi bilan tavsiflanadi.

Kombinatsiyalar- shakli va o'lchami bo'yicha har xil turdagi yuzlardan tashkil topgan kristallar. Ikki yoki undan ortiq oddiy shakllarning birikmasidan hosil bo'lgan. Bir xil rivojlangan kristalldagi yuzlarning ko'p turlari mavjud bo'lib, unda oddiy shakllar mavjud.

Har xil turdagi yuzlarni tanlash mavjud jismoniy ma'no , chunki turli yuzlar har xil tezlikda o'sib boradi va turli xil xususiyatlarga ega (qattiqlik, zichlik, sinishi indeksi).

Oddiy shakllar ochiq va yopiq. Yopiq oddiy shakl, bir xil turdagi yuzlar yordamida bo'shliqni mustaqil ravishda yopadi (tetragonal dipiramida), ochiq oddiy shakl bo'shliqni faqat boshqa oddiy shakllar (tetragonal piramida + tekislik.) bilan birgalikda yopishi mumkin 47 ta oddiy mavjud. jami shakllar. Ularning barchasi toifalarga bo'lingan:

Monohedr - bu bitta yuz bilan ifodalangan oddiy shakl.

Pinakoid - teskari bo'lishi mumkin bo'lgan ikkita teng parallel yuzlar.

Dihedron - ikkita teng kesishuvchi yuzlar (ularning davomi bo'yicha kesishishi mumkin).

Romb prizmasi - to'rtta teng juft parallel yuzlar; kesmada ular romb hosil qiladi.

Rombsimon piramidaning to'rtta teng kesishuvchi tomoni bor; kesmada ular ham romb hosil qiladi. Ro'yxatda keltirilgan oddiy shakllar ochiq, chunki ular bo'sh joyni yopmaydi. Kristalda ochiq oddiy shakllarning mavjudligi, masalan, rombik prizma, yopiq shaklni olish uchun zarur bo'lgan boshqa oddiy shakllarning, masalan, pinakoid yoki rombik bipiramidaning mavjudligiga olib keladi.

Pastki tizimlarning yopiq oddiy shakllaridan biz quyidagilarni ta'kidlaymiz. Rombsimon dipiramida: ikkita rombsimon piramida ularning asoslarida birlashtirilgan; shakl sakkiz xil yuzga ega bo'lib, kesmada romb beradi; Rombsimon tetraedrning to'rtta yuzi bor, ular bo'shliqni o'rab oladi va qiya uchburchaklar shakliga ega.

O'rta toifa(tizimlar: triklinik, tetragonal, olti burchakli) – 27 p.f.: monoedr, pinokoid, 6 dipiramida, 6 piramida, 6 prizma, tetraedr, romboedr, 3 ta trapezoedr (trapezoid shaklidagi yuzlar, 2 masshtabli yuzlar), va rombedr).

Eng yuqori toifa– 15 p.f.: asosiylari tetraedr, oktaedr, kub. Agar bitta yuz o'rniga 3 ta yuz bo'lsa - tritetraedr, 6 bo'lsa - oltitali, 4 ta bo'lsa - tetraedr. Yuzlar 3x, 4x, 5x bo'lishi mumkin: 3x - trigon, 4x - tetragon, 5x - beshburchak.

Oddiy kristall shakl - bu berilgan simmetriya sinfining simmetrik operatsiyalari bilan o'zaro bog'langan yuzlar oilasi. Bitta oddiy kristall shaklini tashkil etuvchi barcha yuzlar o'lcham va shaklda teng bo'lishi kerak. Kristal bir yoki bir nechta oddiy shakllarni o'z ichiga olishi mumkin. Bir nechta oddiy shakllarning birikmasi kombinatsiya deyiladi.

Yopiq shakllar - qirralari ular orasidagi bo'shliqni to'liq qamrab oladigan, masalan, kub;

Ochiq oddiy shakllar bo'shliqni o'rab olmaydi va mustaqil ravishda mavjud bo'lolmaydi, faqat kombinatsiyalarda. Masalan, prizma + pinakoid.

6-rasm. Eng quyi toifadagi oddiy shakllar: monoedr (1), pinakoid (2), dihedr (3).

Pastki singoniyalarda quyidagi ochiq oddiy shakllar mumkin (6-rasm):

Monoedr (yunoncha “mono” – bir, “hedron” – yuz) – bitta yuz bilan ifodalangan oddiy shakl. Masalan, monoedr piramidaning asosidir.

 Pinakoid (yunoncha “pinax” - taxtadan) ikki teng parallel yuzlardan iborat oddiy shakl bo'lib, ko'pincha teskari yo'naltirilgan.

Diedr (yunoncha “di” – ikki, “hedron” – yuz) – ikkita teng kesishuvchi (ba’zan ularning davomida) qirralardan hosil bo‘lgan, “to‘g‘ri tom”ni tashkil etuvchi oddiy shakl.

Romb prizma oddiy shakl bo‘lib, to‘rtta teng, juft parallel yuzlardan iborat bo‘lib, ular ko‘ndalang kesimida romb hosil qiladi.

Rombik piramida – to‘rtta teng kesishuvchi yuzlardan tashkil topgan oddiy shakl; kesmada u ham rombdir. Pastki tizimlarning yopiq oddiy shakllaridan biz quyidagilarni ta'kidlaymiz:

Rombsimon dipiramida: ikkita rombsimon piramida ularning asoslarida birlashtirilgan. Shakl sakkizta teng yuzga ega bo'lib, kesmada rombni beradi.

Rombsimon tetraedr oddiy shakl bo‘lib, uning to‘rtta yuzi qiya uchburchaklar shaklida bo‘lib, bo‘shliqni o‘rab turadi.

O'rta toifadagi kristall tizimlarning ochiq oddiy shakllari prizmalar va piramidalar bo'ladi.

 Trigonal prizma (yunoncha «gon» — burchak) — parallel qirralari boʻylab kesishuvchi va koʻndalang kesimida teng qirrali uchburchak hosil qiluvchi uchta teng yuz;

 Tetragonal prizma (yunoncha «tetra» — to‘rtta) — ko‘ndalang kesimda kvadrat hosil qiluvchi to‘rtta teng juft parallel yuzlar;

Olti burchakli prizma (yunoncha “hexa” – oltita) – parallel qirralar bo‘ylab kesishuvchi va kesmada muntazam olti burchak hosil qiluvchi oltita teng yuz.

Ditrigonal, ditetragonal va dihexagonal nomlari yuzlar soni ikki baravar ko'p bo'lgan prizmalarga beriladi, agar barcha yuzlar teng bo'lsa va yuzlar orasidagi bir xil burchaklar bir-birini almashtirsa.

Piramidalar - o'rta toifadagi kristallarning oddiy shakllari prizmalar, trigonal (va ditrigonal), tetragonal (va ditetragonal), olti burchakli (va ikki burchakli) bo'lishi mumkin. Ular kesmada muntazam ko'pburchaklar hosil qiladi. Piramidalarning yuzlari yuqori tartibli simmetriya o'qiga qiya burchak ostida joylashgan.

O'rta toifadagi kristallarda yopiq oddiy shakllar ham uchraydi. Bir nechta bunday shakllar mavjud:

Dipiramidalar asoslarida birlashtirilgan ikkita teng piramidadan tashkil topgan oddiy shakllardir. Bunday shakllarda piramida yuqori tartibli simmetriyaning asosiy o'qiga perpendikulyar bo'lgan gorizontal simmetriya tekisligi bilan ikkilanadi (8-rasm). Dipiramidalar, oddiy piramidalar kabi, o'qning tartibiga qarab, turli xil kesma shakllarga ega bo'lishi mumkin. Ular trigonal, ditrigonal, tetragonal, ditetragonal, olti burchakli va ikki burchakli bo'lishi mumkin.

Rhomboedr oddiy shakl bo‘lib, olmos shaklidagi oltita yuzdan iborat bo‘lib, cho‘zilgan yoki diagonal tekislangan kubga o‘xshaydi. Bu faqat trigonal tizimda mumkin. Yuzlarning yuqori va pastki guruhlari bir-biriga nisbatan 60 ° burchak ostida aylantiriladi, shunda pastki yuzlar ustki yuzlar o'rtasida nosimmetrik joylashadi.

Moddaning tuzilishi faqat kimyoviy zarrachalardagi atomlarning nisbiy joylashishi bilan emas, balki bu kimyoviy zarralarning fazoda joylashishi bilan ham belgilanadi. Atomlar, molekulalar va ionlarning eng tartibli joylashuvi ichida kristallar(yunon tilidan " kristallar" - muz), bu erda kimyoviy zarralar (atomlar, molekulalar, ionlar) ma'lum tartibda joylashib, kosmosda kristall panjara hosil qiladi. Muayyan shakllanish sharoitlarida ular muntazam simmetrik ko'pyoqlamalarning tabiiy shakliga ega bo'lishi mumkin. Kristal holati - bu zarralar va simmetriya kristall panjarani tartibga solishda uzoq masofali tartib mavjudligi bilan tavsiflanadi.

Amorf holat faqat qisqa masofali tartibning mavjudligi bilan tavsiflanadi. Amorf moddalarning tuzilmalari suyuqliklarga o'xshaydi, lekin juda kam suyuqlikka ega. Amorf holat odatda beqaror. Mexanik yuklar yoki harorat o'zgarishi ta'sirida amorf jismlar kristallanishi mumkin. Amorf holatdagi moddalarning reaktivligi kristall holatga qaraganda ancha yuqori.

Amorf moddalar

Asosiy belgi amorf(yunon tilidan " amorfos" - shaklsiz) moddaning holati - atom yoki molekulyar panjaraning yo'qligi, ya'ni kristall holatga xos bo'lgan strukturaning uch o'lchovli davriyligi.

Suyuq modda sovutilganda u har doim ham kristallanmaydi. muayyan sharoitlarda muvozanatsiz qattiq amorf (shisha) holat hosil bo'lishi mumkin. Shishasimon holatda oddiy moddalar (uglerod, fosfor, mishyak, oltingugurt, selen), oksidlar (masalan, bor, kremniy, fosfor), galogenidlar, xalkogenidlar va ko'plab organik polimerlar bo'lishi mumkin.

Bunday holatda modda uzoq vaqt davomida barqaror bo'lishi mumkin, masalan, ba'zi vulqon ko'zoynaklarining yoshi millionlab yillarga baholanadi. Shishasimon amorf holatdagi moddaning fizik-kimyoviy xossalari kristall moddaning xossalaridan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Masalan, shishasimon germaniy dioksidi kimyoviy jihatdan kristalliga qaraganda faolroq. Suyuq va qattiq amorf holat xossalaridagi farqlar zarrachalarning issiqlik harakatining tabiati bilan belgilanadi: amorf holatda zarralar faqat tebranish va aylanish harakatlariga qodir, lekin modda ichida harakatlana olmaydi.

Amorf holatda faqat qattiq holatda bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar mavjud. Bu tartibsiz birliklar ketma-ketligiga ega polimerlarga tegishli.

Amorf jismlar izotropik, ya'ni ularning mexanik, optik, elektr va boshqa xossalari yo'nalishga bog'liq emas. Amorf jismlar qattiq erish nuqtasiga ega emas: erish ma'lum bir harorat oralig'ida sodir bo'ladi. Amorf moddaning qattiq holatdan suyuq holatga o'tishi xossalarning keskin o'zgarishi bilan birga kelmaydi. Amorf holatning fizik modeli hali yaratilmagan.

Kristalli moddalar

Qattiq kristallar- bir xil strukturaviy elementning qat'iy takrorlanishi bilan tavsiflangan uch o'lchovli shakllanishlar ( birlik hujayra) barcha yo'nalishlarda. Birlik yacheyka - kristallda cheksiz ko'p marta takrorlanadigan parallelepiped shaklidagi kristallning eng kichik hajmi.

Kristallarning geometrik jihatdan to'g'ri shakli, birinchi navbatda, ularning qat'iy muntazam ichki tuzilishi bilan belgilanadi. Agar kristalldagi atomlar, ionlar yoki molekulalar o'rniga nuqtalarni ushbu zarrachalarning og'irlik markazlari sifatida tasvirlasak, biz kristall panjara deb ataladigan bunday nuqtalarning uch o'lchovli muntazam taqsimlanishini olamiz. Nuqtalarning o'zi deyiladi tugunlar kristall panjara.

Kristall panjaralarning turlari

Kristal panjara qanday zarrachalardan tuzilganligi va ular orasidagi kimyoviy bog'lanishning tabiati qanday bo'lishiga qarab, kristallarning har xil turlari farqlanadi.

Ion kristallari kationlar va anionlar (masalan, ko'pchilik metallarning tuzlari va gidroksidlari) tomonidan hosil bo'ladi. Ularda zarralar o'rtasida ionli bog'lanish mavjud.

Ion kristallari quyidagilardan iborat bo'lishi mumkin monotomik ionlari. Kristallar shunday qurilgan natriy xlorid, kaliy yodid, kaltsiy ftorid.
Monatomik metall kationlari va ko‘p atomli anionlar, masalan, nitrat ioni NO 3 −, sulfat ioni SO 4 2−, karbonat ioni CO 3 2− ko‘plab tuzlarning ionli kristallarini hosil qilishda ishtirok etadi.

Ion kristalida yagona molekulalarni ajratib bo'lmaydi. Har bir kation har bir anionga tortiladi va boshqa kationlar tomonidan itariladi. Butun kristallni ulkan molekula deb hisoblash mumkin. Bunday molekulaning hajmi cheklanmagan, chunki u yangi kationlar va anionlarni qo'shish orqali o'sishi mumkin.

Aksariyat ionli birikmalar bir-biridan koordinatsion son qiymati, yaʼni berilgan ion atrofidagi qoʻshnilar soni (4, 6 yoki 8) bilan farq qiluvchi strukturaviy tiplardan birida kristallanadi. Teng miqdordagi kationlar va anionlarga ega bo'lgan ionli birikmalar uchun kristall panjaralarning to'rtta asosiy turi ma'lum: natriy xlorid (ikkala ionning koordinatsion soni 6 ta), seziy xlorid (har ikkala ionning koordinatsion soni 8 ta), sfalerit va vurtsit. (ikkala strukturaviy tiplar ham kation va anionning 4 ga teng koordinatsion soni bilan tavsiflanadi). Agar kationlar soni anionlar sonining yarmiga teng bo'lsa, u holda kationlarning koordinatsion soni anionlarning koordinatsion sonidan ikki baravar ko'p bo'lishi kerak. Bunda ftoritning strukturaviy turlari (koordinatsion raqamlar 8 va 4), rutil (koordinatsion raqamlar 6 va 3) va kristobalit (koordinatsion raqamlar 4 va 2) amalga oshiriladi.

Odatda ion kristallari qattiq, ammo mo'rt. Ularning mo'rtligi kristallning ozgina deformatsiyasida ham kationlar va anionlar shunday joy almashishi bilan bog'liqki, shunga o'xshash ionlar orasidagi itaruvchi kuchlar kationlar va anionlar orasidagi tortishish kuchlaridan ustun kela boshlaydi va kristall buziladi.

Ion kristallari yuqori erish nuqtalariga ega. Eritilgan holatda ion kristallarini hosil qiluvchi moddalar elektr o'tkazuvchan bo'ladi. Bu moddalar suvda eritilganda kationlar va anionlarga ajraladi va hosil bo'lgan eritmalar elektr tokini o'tkazadi.

Elektrolitik dissotsilanish bilan birga qutbli erituvchilarda yuqori eruvchanligi e dielektrik doimiyligi yuqori bo'lgan erituvchi muhitda ionlar orasidagi tortishish energiyasining kamayishi bilan bog'liq. Suvning dielektrik o'tkazuvchanligi vakuumdan 82 baravar yuqori (shartli ravishda ion kristalida mavjud) va suvli eritmadagi ionlar orasidagi tortishish bir xil miqdorda kamayadi. Effekt ionlarning eritmasi bilan kuchayadi.

Atom kristallari kovalent bog'lar bilan birlashtirilgan alohida atomlardan iborat. Oddiy moddalardan faqat bor va guruh IVA elementlarida shunday kristall panjaralar mavjud. Ko'pincha metall bo'lmaganlarning bir-biri bilan birikmalari (masalan, kremniy dioksidi) ham atom kristallarini hosil qiladi.

Xuddi ionli kristallar singari, atom kristallarini gigant molekulalar deb hisoblash mumkin. Ular juda bardoshli va qattiq, issiqlik va elektr tokini yaxshi o'tkazmaydi. Atom kristalli panjaralari bo'lgan moddalar yuqori haroratlarda eriydi. Ular deyarli har qanday erituvchilarda erimaydi. Ular past reaktivlik bilan ajralib turadi.

Molekulyar kristallar alohida molekulalardan qurilgan bo'lib, ular ichida atomlar kovalent aloqalar bilan bog'langan. Molekulalar o'rtasida kuchsizroq molekulalararo kuchlar ta'sir qiladi. Ular osongina yo'q qilinadi, shuning uchun molekulyar kristallar past erish nuqtalariga, past qattiqlikka va yuqori uchuvchanlikka ega. Molekulyar kristall panjaralarni hosil qiluvchi moddalar elektr o'tkazuvchanlikka ega emas, ularning eritmalari va eritmalari ham elektr tokini o'tkazmaydi.

Molekulalararo kuchlar bir molekulaning manfiy zaryadlangan elektronlarining qo'shni molekulalarning musbat zaryadlangan yadrolari bilan elektrostatik o'zaro ta'siri tufayli yuzaga keladi. Molekulyar o'zaro ta'sir kuchiga ko'plab omillar ta'sir qiladi. Ularning eng muhimi qutbli bog'lanishlarning mavjudligi, ya'ni elektron zichligining bir atomdan ikkinchisiga o'tishidir. Bundan tashqari, elektronlar soni ko'p bo'lgan molekulalar o'rtasida molekulalararo o'zaro ta'sir kuchliroqdir.

Ko'pgina nometallar oddiy moddalar shaklida (masalan, yod I 2, argon Ar, oltingugurt S 8) va bir-biri bilan birikmalar (masalan, suv, karbonat angidrid, vodorod xlorid), shuningdek, deyarli barcha qattiq organik moddalar molekulyar kristallarni hosil qiladi.

Metalllar metall kristall panjara bilan tavsiflanadi. U atomlar orasidagi metall aloqani o'z ichiga oladi. Metall kristallarda atomlarning yadrolari shunday joylashtirilganki, ularning o'rami iloji boricha zichroq bo'ladi. Bunday kristallardagi bog'lanish delokalizatsiya qilinadi va butun kristall bo'ylab tarqaladi. Metall kristallar yuqori elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga, metall yorqinligi va shaffofligiga va oson deformatsiyaga ega.

Kristal panjaralarning tasnifi cheklovchi holatlarga mos keladi. Noorganik moddalarning aksariyat kristallari oraliq turlarga tegishli - kovalent-ion, molekulyar-kovalent va boshqalar. Masalan, kristallda grafit Har bir qatlam ichida bog'lanishlar kovalent-metall, qatlamlar orasida esa molekulalararo.

Izomorfizm va polimorfizm

Ko'pgina kristall moddalar bir xil tuzilishga ega. Shu bilan birga, bir xil modda turli xil kristall tuzilmalarni hosil qilishi mumkin. Bu hodisalarda aks etadi izomorfizm Va polimorfizm.

Izomorfizm atomlar, ionlar yoki molekulalarning kristall tuzilmalarda bir-birini almashtirish qobiliyatida yotadi. Bu atama (yunonchadan " isos" - teng va " morfe" - shakl) 1819 yilda E. Mitscherlix tomonidan taklif qilingan. Izomorfizm qonuni 1821 yilda E. Mitscherlix tomonidan shunday shakllantirilgan: “Bir xil tarzda bog'langan bir xil miqdordagi atomlar bir xil kristall shakllarni beradi; Bundan tashqari, kristallik shakli atomlarning kimyoviy tabiatiga bog'liq emas, balki faqat ularning soni va nisbiy holati bilan belgilanadi."

Berlin universitetining kimyoviy laboratoriyasida ishlagan Mitscherlix qo'rg'oshin, bariy va stronsiy sulfatlarning kristallarining to'liq o'xshashligiga va boshqa ko'plab moddalarning kristal shakllarining o'xshashligiga e'tibor qaratdi. Uning kuzatishlari mashhur shved kimyogari J.-Ya. Berzelius, Mitscherlix kuzatilgan naqshlarni fosforik va mishyak kislotalari birikmalari misolida tasdiqlashni taklif qildi. Tadqiqot natijasida "ikki tuz seriyasi faqat birida kislota radikali sifatida mishyak, ikkinchisida esa fosfor borligi bilan farq qiladi" degan xulosaga keldi. Mitscherlixning kashfiyoti juda tez orada mineralogistlarning e'tiborini tortdi va ular minerallardagi elementlarning izomorf almashinishi muammosi bo'yicha tadqiqotlarni boshladilar.

Izomorfizmga moyil bo'lgan moddalarning birgalikda kristallanishida ( izomorf moddalar), aralash kristallar (izomorf aralashmalar) hosil bo'ladi. Bu faqat bir-birining o'rnini bosuvchi zarralar o'lchamlari bo'yicha ozgina farq qilsa (15% dan ko'p bo'lmasa) mumkin. Bundan tashqari, izomorf moddalar atomlar yoki ionlarning o'xshash fazoviy joylashuviga va shuning uchun tashqi shakldagi o'xshash kristallarga ega bo'lishi kerak. Bunday moddalarga, masalan, alum kiradi. Kaliy alum kristallarida KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O kaliy kationlari qisman yoki to'liq rubidiy yoki ammoniy kationlari bilan, alyuminiy kationlari esa xrom (III) yoki temir (III) kationlari bilan almashtirilishi mumkin.

Izomorfizm tabiatda keng tarqalgan. Ko'pgina minerallar murakkab, o'zgaruvchan tarkibli izomorf aralashmalardir. Masalan, sfalerit ZnS mineralida rux atomlarining 20% ​​gacha temir atomlari bilan almashtirilishi mumkin (ZnS va FeS esa turli kristall tuzilishga ega). Izomorfizm noyob va iz elementlarning geokimyoviy harakati, ularning izomorf aralashmalar shaklida bo'lgan jinslar va rudalarda tarqalishi bilan bog'liq.

Izomorfik almashtirish zamonaviy texnologiyaning sun'iy materiallari - yarimo'tkazgichlar, ferromagnitlar, lazer materiallarining ko'plab foydali xususiyatlarini aniqlaydi.

Ko'pgina moddalar turli xil tuzilish va xususiyatlarga ega bo'lgan, ammo tarkibi bir xil bo'lgan kristall shakllarni hosil qilishi mumkin ( polimorfik o'zgartirishlar). Polimorfizm- qattiq moddalar va suyuq kristallarning bir xil kimyoviy tarkibga ega bo'lgan kristalli tuzilmalari va xususiyatlari har xil bo'lgan ikki yoki undan ortiq shaklda mavjud bo'lish qobiliyati. Bu so'z yunoncha " polimorf"- xilma-xil. Polimorfizm hodisasi 1798 yilda ikki xil mineral - kaltsit va aragonitning CaCO 3 kimyoviy tarkibi bir xil ekanligini aniqlagan M. Klaprot tomonidan kashf etilgan.

Oddiy moddalarning polimorfizmi odatda allotropiya deb ataladi, polimorfizm tushunchasi esa kristal bo'lmagan allotropik shakllarga (masalan, gazsimon O 2 va O 3) taalluqli emas. Polimorf shakllarning tipik misoli uglerod modifikatsiyalari (olmos, lonsdaleit, grafit, karbinlar va fullerenlar) bo'lib, ular xususiyatlari jihatidan keskin farqlanadi. Uglerod mavjudligining eng barqaror shakli grafitdir, ammo normal sharoitda uning boshqa modifikatsiyalari cheksiz davom etishi mumkin. Yuqori haroratlarda ular grafitga aylanadi. Olmos bo'lsa, bu kislorod yo'qligida 1000 o C dan yuqori qizdirilganda sodir bo'ladi. Teskari o'tishga erishish ancha qiyin. Nafaqat yuqori harorat (1200-1600 o C), balki juda katta bosim ham talab qilinadi - 100 ming atmosferagacha. Grafitning olmosga aylanishi eritilgan metallar (temir, kobalt, xrom va boshqalar) ishtirokida osonroq kechadi.

Molekulyar kristallar holatida polimorfizm kristaldagi molekulalarning har xil o'rashida yoki molekulalar shaklining o'zgarishida, ion kristallarida esa - kationlar va anionlarning turli xil nisbiy pozitsiyalarida namoyon bo'ladi. Ba'zi oddiy va murakkab moddalar ikkitadan ortiq polimorflarga ega. Masalan, kremniy dioksidi o'nta modifikatsiyaga ega, kaltsiy ftorid - oltita, ammoniy nitrat - to'rtta. Polimorf modifikatsiyalar odatda yunoncha a, b, g, d, e,... harflari bilan past haroratlarda barqaror boʻlgan modifikatsiyalardan boshlanadi.

Bir nechta polimorf modifikatsiyaga ega bo'lgan moddani bug'dan, eritmadan yoki eritishdan kristallashda, avvalo, berilgan sharoitlarda kamroq barqaror bo'lgan modifikatsiya hosil bo'ladi, keyin esa barqarorroq modifikatsiyaga aylanadi. Masalan, fosfor bug'i kondensatsiyalanganda oq fosfor hosil bo'ladi, u normal sharoitda sekin, lekin qizdirilganda tezda qizil fosforga aylanadi. Qo'rg'oshin gidroksidi suvsizlanganda dastlab (taxminan 70 o C) past haroratlarda barqaror bo'lmagan sariq b-PbO hosil bo'ladi, taxminan 100 o C da qizil a-PbO ga, 540 o C da esa u aylanadi. b-PbO ga qaytadi.

Bir polimorfdan ikkinchisiga o'tish polimorf transformatsiya deb ataladi. Bu o'tishlar harorat yoki bosim o'zgarganda sodir bo'ladi va xususiyatlarning keskin o'zgarishi bilan birga keladi.

Bir modifikatsiyadan ikkinchisiga o'tish jarayoni qaytarilmas yoki qaytarilmas bo'lishi mumkin. Shunday qilib, BN (bor nitridi) tarkibidagi oq yumshoq grafitga o'xshash modda 1500-1800 o S haroratda va bir necha o'nlab atmosfera bosimida qizdirilganda, uning yuqori haroratli modifikatsiyasi hosil bo'ladi - borazon, qattiqligida olmosga yaqin. Harorat va bosim normal sharoitlarga mos keladigan qiymatlarga tushirilsa, borazon o'z tuzilishini saqlab qoladi. Qaytariladigan o'tishga misol sifatida 95 o C da oltingugurtning ikki modifikatsiyasining (ortorombik va monoklinik) o'zaro o'zgarishi mumkin.

Polimorf transformatsiyalar strukturada sezilarli o'zgarishlarsiz sodir bo'lishi mumkin. Ba'zan kristall strukturasida umuman o'zgarish bo'lmaydi, masalan, 769 o S da a-Fe ning b-Fe ga o'tishida temirning tuzilishi o'zgarmaydi, lekin uning ferromagnit xossalari yo'qoladi.