KRYSTALLINSKE FASTE STOFFER: STRUKTUR, EGENSKABER, TYPER, EKSEMPLER - KEMI - 2025

De krystallinske faste stoffer er dem, hvis mikroskopiske strukturer er sorteret og adlyder et karakteristisk mønster for et bestemt gitter; for eksempel: kubisk, hexagonal, triklinisk, rhombohedral, blandt andre.

Disse faste stoffer siges at eksistere som krystaller, der viser facetter og geometriske design, der reflekterer, hvor ordnede de er indeni. Andre eksempler på krystallinske faste stoffer er diamant, kvarts, anthracen, tøris, kaliumchlorid eller magnesiumoxid.

En krystalklar stang med brunt sukker. Kilde: Pixabay.

Et velkendt par krystallinske faste stoffer er det af sukker og salt (NaCI). Ved første øjekast viser begge hvide krystaller; men deres egenskaber adskiller sig enormt. Sukker er et molekylært krystallinsk fast stof, mens salt er et ionisk krystallinsk fast stof. Den første består af saccharosemolekyler; og den anden af ​​Na ⁺ og Cl ^- ioner.

Billedet ovenfor giver et glimt af, hvor lyse sukkerkrystaller kan være. Saltkrystaller er imidlertid ikke langt bagefter. Selvom sukker og salt virker som brødre, er deres strukturer forskellige: sukker, der er saccharose, har en monoklinisk struktur; mens salt, en kubisk struktur.

Krystallstruktur af natriumchlorid, NaCl

Pulveriseret sukker og salt (glasur) forbliver krystalklar; dens krystaller er kun blevet så meget mindre for vores øjne. Krystalliniteten af ​​et fast stof defineres derfor mere af dets indre struktur end af dets ydre udseende eller dets lysstyrke.

Struktur af krystallinske faste stoffer

Ordnede strukturer af krystallinske faste stoffer. Kilde: Gabriel Bolívar.

Krystallinske faste stoffer har bestilt strukturer. Deres geometriske egenskaber afhænger af typen af ​​krystallinsk gitter, som de hører til, som igen projiceres eksternt i krystalformerne (krystallinsk system). Det øverste billede illustrerer to vigtige koncepter for sådanne strukturer: periodicitet og krystallinske korn.

Den rumlige rækkefølge af partiklerne i et krystallinsk fast stof er periodisk; det vil sige, at den gentager sig igen og igen i alle retninger. Dette skaber sit eget strukturelle mønster for hver fast og krystalgitter; for eksempel er det her, salt og sukker begynder at differentiere sig ud over deres kemiske karakter.

I A er rhombusserne arrangeret for at give anledning til en større rhombus. Hver lilla rhombus repræsenterer en partikel eller et sæt partikler (atomer, ioner eller molekyler). Således kan en makroskopisk krystal af A forventes at have et rhombohedralt udseende.

I mellemtiden er rhombusserne arrangeret på en sådan måde, at de stammer fra krystallinske korn; disse er meget små krystaller (krystallitter). B siges derefter at være et polykrystallinsk fast stof; det vil sige, det dannes ved agglomerering af multiple krystallitter.

Som konklusion kan et fast stof simpelthen være krystallinsk (A) eller polykrystallinsk (B); A danner krystaller, mens B polykrystaller.

Ejendomme

Egenskaberne af krystallinske faste stoffer afhænger af deres krystalltype. Det er allerede kendt, at deres strukturer er ordnede, og at de også har en tendens til at præsentere lyse træk, som elskere af mineraler forelsker sig i. Det blev imidlertid nævnt, at et pulverformigt fast stof, endda "slukket", også kan klassificeres som krystallinsk.

Den måde, hvorpå deres partikler er rumligt orienteret, giver dem mulighed for at have nogle vigtige egenskaber til deres karakterisering. F.eks. Er krystallinske faste stoffer i stand til diffraktion af røntgenstråler, hvilket skaber diffraktionsspektre, hvorfra den mikroskopiske struktur af en krystal kan bestemmes.

Fordi strukturen er periodisk, diffunderer varmen på samme måde gennem det faste stof; så længe der ikke er nogen urenheder involveret. Smeltepunkterne for et krystallinsk fast stof er således konstante og varierer ikke, uanset hvordan de måles.

Typer af krystallinske faste stoffer

Typerne af krystallinske faste stoffer er baseret på, hvilken type partikler de er lavet af, og hvad deres interaktion eller bindinger er. Der er i det væsentlige fire typer: ioniske, metalliske, molekylære og kovalente netværk.

Selv når de udviser en vis grad af urenheder, er de fortsat krystallinske, selvom deres egenskaber påvirkes, og de viser ikke de samme værdier, der forventes for et rent fast stof.

Ionics

Salt er et eksempel på et ionisk krystallinsk fast stof, da det er sammensat af Na ⁺ og Cl ^- ioner. Derfor regulerer den ioniske binding i denne type faste stoffer: det er de elektrostatiske kræfter, der styrer den strukturelle rækkefølge.

Metallic

Alle metalliske atomer danner metalliske krystaller. Dette betyder, at for eksempel en sølvgaffel er et konglomerat af smeltede sølvkrystaller. Den interne eller mikroskopiske struktur er den samme i hver tomme af objektet og forbliver uændret fra gaffelhåndtaget til spidsen af ​​dets tænder.

molekylær

Sukker er et eksempel på et molekylært krystallinsk fast stof, da det består af saccharosemolekyler. Derfor er denne type faststof sammensat af molekyler, som gennem deres intermolekylære interaktioner (og ikke kovalente bindinger) formår at etablere en ordnet struktur.

Kovalente netværk

Endelig har vi de krystallinske faste stoffer fra kovalente netværk. Kovalente bindinger dominerer i dem, da de er ansvarlige for at etablere en orden og holde atomerne stærkt fast i deres respektive rumlige positioner. Vi taler ikke om ioner, atomer eller molekyler, men om tredimensionelle netværk.

eksempler

Derefter og endelig vil nogle eksempler blive citeret for hver af typerne af krystallinske faste stoffer.

Ionics

Alle salte er ioniske faste stoffer. Ligeledes er der sulfider, hydroxider, oxider, halogenider og andre forbindelser, der også består af ioner, eller deres interaktioner er i det væsentlige ioniske. Så vi har:

-KCl

-Fase ₄

-Ba (OH) ₂

-SAG ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄) ₂ CrO ₄

Ud over disse eksempler betragtes langt de fleste mineraler ioniske krystallinske faste stoffer.

Metallic

Ethvert metallisk element forekommer naturligt som metalliske krystaller. Nogle af dem er:

-Kobber

-Jern

-Aluminium

-Chrome

-Metalt brint (under ufattelige tryk)

-Tungsten

-Zirconium

-titan

magnesiumhalogenidester

-Natrium

molekylær

Der er en lang række molekylære krystallinske faste stoffer. Stort set enhver organisk forbindelse, der størkner, vil etablere krystaller, hvis dens renhed er høj, eller hvis dens struktur ikke er for indviklet. Så vi har:

-Ice (H ₂ O)

-Tør is (CO ₂)

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (og dens polymorfer)

anthracen

-Fast ilt

-Solid ammoniak

-Phenolphthalein

-Benzoesyre

Kovalente netværk

Og til sidst har vi blandt nogle krystallinske faste stoffer i kovalente netværk:

-Diamant

grafit

-Carbon nanorør

-Fullerenos

kvarts

-silicium

-Germanium

-Boronnitrid

Fra denne liste kunne carbon nanorør og fullerener også betragtes som molekylære krystallinske faste stoffer. Dette skyldes, at selv om de består af kovalent bundne carbonatomer, definerer de enheder, der kan visualiseres som makromolekyler (fodboldkugler og rør).

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Krystal. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Kemi LibreTexts. (16. juni 2019). Krystallinske og amorfe faste stoffer. Gendannes fra: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein & Anthony Carpi. (2020). Egenskaber ved faste stoffer. Gendannes fra: visionlearning.com