KRISTALNE TRDNE SNOVI: ZGRADBA, LASTNOSTI, VRSTE, PRIMERI - KEMIJA - 2026

V kristalne trdne snovi so tiste, katerih mikroskopsko strukture so razvrščene in ubogati značilen vzorec za določen mrežo; na primer: kubični, šesterokotni, triklinični, romboedrski med drugim.

Te trditve naj bi obstajale kot kristali, ki prikazujejo fasete in geometrijske zasnove, ki odražajo, kako urejene so v notranjosti. Drugi primeri kristalnih trdnih snovi so diamant, kremen, antracen, suh led, kalijev klorid ali magnezijev oksid.

Kristalno čist bar rjavega sladkorja. Vir: Pixabay.

Dobro poznan par kristalnih trdnih snovi je sladkor in sol (NaCl). Na prvi pogled oba kažeta bele kristale; vendar se njihove lastnosti zelo razlikujejo. Sladkor je molekularna kristalna trdna snov, sol pa ionska kristalna trdna snov. Prvo sestavljajo molekule saharoze; in drugo, Na ⁺ in Cl ^- ione .

Zgornja slika daje pogled na to, kako svetli so lahko kristali sladkorja. Vendar solni kristali ne zaostajajo. Čeprav se zdi, da sta sladkor in sol podobna bratoma, sta njuni strukturi različni: sladkor, ki je saharoza, ima monoklinično strukturo; medtem ko sol, kubična struktura.

Kristalna struktura natrijevega klorida, NaCl

Sladkor v prahu in sol (zaledenica) ostaneta kristalno čista; njegovi kristali so se nam le toliko bolj zmanjšali za oči. Kristalnost trdne snovi je torej opredeljena bolj zaradi njene notranje strukture kot od zunanjega videza ali svetilnosti.

Struktura kristalnih trdnih snovi

Pravilne strukture kristalnih trdnih snovi. Vir: Gabriel Bolívar.

Kristalne trdne snovi imajo urejene strukture. Njihove geometrijske značilnosti bodo odvisne od vrste kristalne rešetke, ki ji pripadajo, kar se v nasprotju s tem projicira v kristalne oblike (kristalni sistem). Zgornja slika prikazuje dva pomembna koncepta takšnih struktur: periodičnost in kristalna zrna.

Prostorsko urejanje delcev kristalne trdne snovi je občasno; to pomeni, da se vedno znova in znova ponavlja v vseh smereh. To ustvari svoj strukturni vzorec za vsako trdno in kristalno rešetko; na primer tu se začneta sol in sladkor razlikovati zunaj svoje kemijske narave.

V A so rombi razporejeni tako, da ustvarijo večji romb. Vsak vijolični romb predstavlja delec ali niz delcev (atomi, ioni ali molekule). Tako lahko pričakujemo, da bo makroskopski kristal A imel romboedrski videz.

Medtem so v B rombovi razporejeni tako, da izvirajo iz kristalnih zrn; to so zelo majhni kristali (kristaliti). Potem je B rečeno, da je polikristalna trdna snov; to pomeni, da nastane z aglomeracijo več kristalitov.

Za zaključek je trdna snov lahko preprosto kristalna (A) ali polikristalna (B); A tvori kristale, B pa polikristale.

Lastnosti

Lastnosti kristalnih trdnih snovi so odvisne od njihove vrste kristala. Znano je že, da so njihove strukture urejene in da ponavadi predstavljajo sijajne lastnosti, v katere se zaljubijo ljubitelji mineralov. Omenili pa smo, da je praškasta trdna snov, tudi "izklopljena", lahko tudi klasificirana kot kristalna.

Način, kako so njihovi delci prostorsko usmerjeni, omogoča, da imajo nekatere pomembne lastnosti za njihovo karakterizacijo. Na primer, kristalne trdne snovi so sposobne difrakcije rentgenskih žarkov, kar ustvarja difrakcijske spektre, iz katerih je mogoče določiti mikroskopsko strukturo kristala.

Tudi zato, ker je struktura periodična, toplota razprši na enak način po vsej trdnosti; dokler ne sodelujejo nečistoče. Tako so tališča kristalne trdne snovi konstantna in se ne spreminjajo, ne glede na to, kako jih merimo.

Vrste kristalnih trdnih snovi

Vrste kristalnih trdnih snovi temeljijo na tem, iz katerih delcev so sestavljeni in kakšne so njihove interakcije ali vezi. Obstajajo v bistvu štiri vrste: ionske, kovinske, molekularne in kovalentne mreže.

Tudi ko predstavljajo določeno stopnjo nečistoč, so še naprej kristalni, čeprav vplivajo na njihove lastnosti in ne kažejo enakih vrednosti, pričakovanih za čisto trdno snov.

Ionika

Sol je primer ionske kristalne trdne snovi, saj je sestavljena iz Na ⁺ in Cl ^- ionov . Zato v tej vrsti trdnih snovi vlada ionska vez: strukturno urejenost vodijo elektrostatične sile.

Kovinski

Vsi kovinski atomi tvorijo kovinske kristale. To pomeni, da je na primer srebrna vilica konglomerat spojenih kristalov srebra. Notranja ali mikroskopska struktura je enaka v vsakem centimetru predmeta in ostane nespremenjena od ročaja vilic do konic zob.

Molekularni

Sladkor je primer molekularne kristalne trdne snovi, saj je sestavljen iz molekul saharoze. Zato je ta vrsta trdne snovi sestavljena iz molekul, ki s svojimi medmolekulskimi interakcijami (in ne kovalentnimi vezmi) uspejo vzpostaviti urejeno strukturo.

Kovalentne mreže

Končno imamo kristalne trdne snovi kovalentnih mrež. V njih prevladujejo kovalentne vezi, saj so odgovorne za vzpostavitev reda in ohranjanje atomov močno pritrjenih v svojih prostorskih položajih. Ne govorimo o ioni, atomi ali molekulah, temveč o tridimenzionalnih mrežah.

Primeri

V nadaljevanju bomo našteli nekaj primerov za vsako od vrst kristalnih trdnih snovi.

Ionika

Vse soli so ionske trdne snovi. Prav tako obstajajo sulfidi, hidroksidi, oksidi, halogenidi in druge spojine, ki jih prav tako sestavljajo ioni ali pa so njihove interakcije v bistvu ionske. Torej imamo:

-KCl

-Zadeva ₄

-Ba (OH) ₂

-CASE ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

Poleg teh primerov velika večina mineralov velja za ionske kristalne trdne snovi.

Kovinski

Vsak kovinski element se pojavlja naravno kot kovinski kristali. Nekateri od njih so:

-Baker

-Iron

-Aluminij

-Crome

-Metalni vodik (pod nepredstavljivimi pritiski)

Voltten

-Kirkonij

-Titanij

-Magnezij

-Natrij

Molekularni

Obstaja velika raznolikost molekulskih kristalnih trdnih snovi. Skoraj vsaka organska spojina, ki se strdi, bo ustvarila kristale, če je njena čistost visoka ali če njena struktura ni preveč zapletena. Torej imamo:

ICE (H ₂ O)

-Sušen led (CO ₂ )

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (in njeni polimorfi)

Antracen

-Test kisik

-Trdi amonijak

-Fenolftalein

-Benzojska kislina

Kovalentne mreže

In končno, med nekaj kristalnimi trdnimi snovmi kovalentnih mrež imamo:

-Dijamant

-Grafit

Ogljikove nanocevke

-Fullerenos

-Quartz

-Silikon

-Nermanij

-Borov nitrid

S tega seznama bi lahko ogljikove nanocevke in fulerene šteli tudi za molekularne kristalne trdne snovi. To je zato, ker čeprav so sestavljeni iz kovalentno povezanih ogljikovih atomov, definirajo enote, ki jih je mogoče prikazati kot makromolekule (nogometne žoge in cevi).

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
3. Wikipedija. (2020). Kristal. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Kemija LibreTexts. (16. junij 2019). Kristalne in amorfne trdne snovi. Pridobljeno: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein in Anthony Carpi. (2020). Lastnosti trdnih snovi. Pridobljeno od: visionlearning.com