Fizika va kimyo” fakulteti “ilmiy va metadologik kimyo” kafedrasi

Metal kristall panjara turi .
Uning tuzilishida u molekulyarga o'xshaydi, lekin u hali ham kuchliroq aloqalarga ega. Bu tipning farqi shundaki, uning tugunlarida musbat zaryadlangan kationlar joylashgan. Interstitsialda joylashgan elektronlar fazo, elektr maydonini hosil qilishda 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 mavjudligi bilan tavsiflanadi. Ular turli haroratlarda erishi mumkin. Kristallik panjaralarning tugunlarida metall atomlari yoki ionlari tursa, metall kristall panjara deyiladi.Hamma metallar qattiq holatda metall kristall panjaraga ega bo’ladilar.



Metall kristall panjara.
Metallik kristall panjarani tugunlarida metall ionlari joylashgan va umumlashgan valent elektronlari (“elektron gaz” yoki “ elektron bulut”) bilan bog’langan majmua deb qaraladi. “Elektron bulutni” kristallik panjara tugunlari orasida erkin ko’chib yurishi natijasida panjara barqarorligini yuzaga keltiradigan metallik bog’lanish sodir bo’ladi. Hamma metallik strukturalarda erkin elektronlarning borligi metallar uchun umumiy xossalarini mavjudligi asoslanadi: eng avvalo metallarni shaffof emasligi, metallik yaltiroqlik va ko’pchilik metallarda kulrangliligi. Elektronlarni butun kristall panjara bo’ylab erkin harakatlanishi ularning kuchli elektr va issiqlik o’tkazuvchanlikka ega ekanligi tushuntiriladi. Aksariyat metallar oson mexanik deformasiyalanadi, har xil shakllar beriladi, ulardan yupqa plastinka va juda ingichka sim qilib cho’ziladi, ular osonlik bilan bolg’alanadi. Metallar bu xossalari bilan atom yoki ion strukturali qattiq moddalardan farq qiladi. Metallar uchun bu umumiy xossalardan tashqari har bir metall uchun xarakterli bo’lgan ayrim xossalar ham xosdir. Masalan, metallar qattiqliklari va suyuqlanish temperaturalari bilan bir-birlaridan farq qiladilar: natriy 960S da suyuqlansa, osmiy 30000S da suyuqlanadi. Natriyning qattiqligi voskning qattiqligiga yaqin bo’lsa, osmiy temirga nisbatan ancha qattiqdir. har bir metall atomlardan iborat. Ular unda tasodifiy emas, balki juda muntazam va izchil joylashgan. Shunday qilib, agar siz ushbu zarralarning barchasini aqliy ravishda bitta tuzilishga birlashtirsangiz, siz har qanday shakldagi muntazam geometrik jism shaklida chiroyli tasvirga ega bo'lasiz.Bu 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 birlashtirilib, aks ettiriladi va kristall panjaralarni hosil qiladi. Kimyo, fizika va metallshunoslik bunday tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganadigan fanlardir.

I.BOB. Kristall panjaralar haqida umumiy tushunchalar.

1.3.Molekulyar kristall panjaralar.
Molekulyar kristall panjaralar deb ataladi, ularning tugunlarida molekulalar joylashgan. Ushbu molekulalardagi kimyoviy bog'lanishlar qutbli yoki qutbsiz bo'lishi mumkin. Molekulyar kristall panjarali moddalarga oddiy sharoitda gazsimon holatda bo'lgan va past haroratlarda qattiq bo'lgan barcha moddalar misol bo'lishi mumkin: suv H₂O (muz), uglerod oksidi (IV) CO₂ (quruq muz), vodorod xlorid, vodorod sulfidi , qattiq oddiy moddalar bir - (noble gazlar), ikki - (H₂, O₂, Cl ₂, N ₂, I ₂), uch - (O ₃), to'rt - (P ₄), sakkiz- atomik (S ₈ ) molekulalar.Ko'pgina qattiq organik birikmalar (karboksilik kislotalarning tuzlari bundan mustasno) molekulyar kristall panjaralarga ega.Molekulalar ichidagi atomlar juda kuchli kovalent bog'lar bilan bog'langan bo'lishiga qaramay, molekulalarning o'zlari o'rtasida zaif molekulalararo tortishish kuchlari mavjud. Shuning uchun molekulyar kristall panjarali moddalar past qattiqlik, past erish nuqtalari va yuqori uchuvchanlikka ega. Kichik molekulyar o'lchamdagi molekulyar moddalar katta molekulali moddalarga qaraganda pastroq haroratda eriydi va qaynaydi.Shuni yodda tutish kerakki, molekulyar kristall panjarali moddalarning reaktivligi kristall panjara kuchiga emas, balki molekula ichidagi kovalent bog'lanish kuchiga bog'liq. Molekulyar strukturali moddalarda molekulalar orasidagi kimyoviy boglanish puxtaligi molekula ichidagi atomlar orasidagi boglanishga karaganda bo’shroq bo’ladi. Shu sababli ularning suyuqlanish va qaynash temperaturasi nisbatan past buladi. Nomolekulyar strukturadagi moddalarda zarrachalar orasidagi kimyoviy bog’lanish juda puxta bo’ladi. Shu sababli ularnig suyuqlanish va qaynash temperaturasi xam yuqori bo’ladi. Molekulyar panjarali kristallning tugunlarida molekula turadi SO₂, muz va bir qancha organik moddalarni kristali shu xilda bo’ladi. Molekulalar bir-biri bilan juda kuchsiz bog’langan. Shu sababli molekulyar panjaradan iborat kristallar ionli va atomli kristallarga qaraganda anchagina yumshoq, oson suyuqlanuvchan bo’ladi.
Muzning paydo bo'lishining xususiyatlari (Ih).Aholining ko'pchiligi kristall panjarali muz qanday ekanligi bilan qiziqmoqda. Shuni ta'kidlash kerakki, ko'pchilik moddalarning zichligi muzlatish paytida, qachon ortadi molekulyar harakatlar sekinlashadi va zich joylashgan kristallar hosil bo'ladi. Suvning zichligi 4°C (277K) da maksimal sovishi bilan ham ortadi. Keyin, harorat bu qiymatdan pastga tushganda, u kengayadi.Bu o'sish panjarasi va zichligi past bo'lgan ochiq, vodorod bilan bog'langan muz kristalining hosil bo'lishi bilan bog'liq bo'lib, unda har bir suv molekulasi yuqoridagi element va boshqa to'rtta qiymat bilan qattiq bog'langan bo'lib, ko'proq massaga ega bo'lish uchun etarlicha tez harakat qiladi. Ushbu harakat sodir bo'lganligi sababli, suyuqlik yuqoridan pastgacha muzlaydi. Bu muhim biologik natijalarga ega, buning natijasida hovuzdagi muz qatlami tirik mavjudotlarni qattiq sovuqdan uzoqlashtiradi. Bundan tashqari, suvning ikkita qo'shimcha xususiyati uning vodorod xususiyatlariga bog'liq: o'ziga xos issiqlik sig'imi va bug'lanish.Tuzilmalarning batafsil tavsifi Birinchi mezon - 1 gramm moddaning haroratini 1 ° C ga oshirish uchun zarur bo'lgan miqdor. Suv darajasini ko'tarish nisbatan katta miqdorda issiqlikni talab qiladi, chunki har bir molekula kinetik energiya oshishi uchun uzilishi kerak bo'lgan ko'plab vodorod aloqalarida ishtirok etadi. Aytgancha, barcha katta hujayralar va to'qimalarda H₂O ko'pligi ko'p hujayrali organizmlar hujayralar ichidagi harorat o'zgarishi minimallashtirilganligini anglatadi. Bu xususiyat juda muhim, chunki ko'pchilik tezligi biokimyoviy reaktsiyalar sezgir.Bundan tashqari, ko'plab boshqa suyuqliklarga qaraganda sezilarli darajada yuqori. Bu jismni gazga aylantirish uchun katta miqdorda issiqlik talab qilinadi, chunki suv molekulalari bir-biridan ajralib, ko'rsatilgan fazaga kirishi uchun vodorod aloqalari uzilishi kerak. O'zgaruvchan jismlar doimiy dipollar bo'lib, boshqa shunga o'xshash birikmalar va ionlashtiruvchi va eriydiganlar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.Yuqorida aytib o'tilgan boshqa moddalar faqat qutblilik mavjud bo'lganda aloqa qilishlari mumkin. Aynan shu birikma bu elementlarning tuzilishida ishtirok etadi. Bundan tashqari, u elektrolitlardan hosil bo'lgan ushbu zarralar atrofida tekislanishi mumkin, shuning uchun suv molekulalarining manfiy kislorod atomlari kationlarga, musbat ionlar va vodorod atomlari esa anionlarga yo'naltirilgan. Qoida tariqasida, molekulyar kristall panjaralar va atomlar hosil bo'ladi. Ya'ni, agar yod unda I₂ bo'ladigan tarzda tuzilgan bo'lsa, u holda qattiq karbonat angidridda, ya'ni quruq muzda CO₂ molekulalari kristall panjaraning tugunlarida joylashgan. Shunga o'xshash moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, muz ionli kristall panjaraga ega. Masalan, uglerodga asoslangan atom tuzilishiga ega bo'lgan grafit, xuddi olmos kabi, uni o'zgartira olmaydi.Osh tuzining kristalli suvda eriganda nima sodir bo'ladi, qutbli molekulalar kristaldagi zaryadlangan elementlarga tortiladi, bu uning yuzasida natriy va xloridning o'xshash zarrachalarini hosil qiladi, buning natijasida bu jismlar ajralib chiqadi. bir-biridan va u eriy boshlaydi. Bu yerdan muzning ionli bog'lanishli kristall panjaraga ega ekanligini kuzatish mumkin. Har bir erigan Na⁺ bir nechta suv molekulalarining salbiy uchlarini o'ziga tortadi, har bir erigan Cl esa ijobiy uchlarini o'ziga tortadi. Har bir ionni o'rab turgan qobiq qochish sferasi deb ataladi va odatda bir necha qatlamli erituvchi zarralarini o'z ichiga oladi. O'zgaruvchilar yoki elementlar bilan o'ralgan ion sulfatlangan deyiladi. Erituvchi suv bo'lsa, bunday zarralar gidratlanadi. Shunday qilib, har qanday qutbli molekula elementlar tomonidan eriydi suyuq tana. Quruq muzda kristall panjara turi agregat holatida o'zgarmagan atom bog'larini hosil qiladi. Yana bir narsa - kristalli muz (muzlatilgan suv). Karboksilaza va protonlangan aminlar kabi ionli organik birikmalar gidroksil va karbonil guruhlarida yaxshi eriydi. Bunday tuzilmalar tarkibidagi zarralar molekulalar orasida harakat qiladi va ularning qutb tizimlari bu tana bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi.Albatta, molekuladagi oxirgi eslatib o'tilgan guruhlarning soni uning eruvchanligiga ta'sir qiladi, bu ham elementdagi turli tuzilmalarning reaktsiyasiga bog'liq: masalan, bir, ikki va uch uglerodli spirtlar suv bilan aralashadi, lekin kattaroqdir. yagona gidroksil birikmalari bo'lgan uglevodorodlar suyuqliklarda juda kam suyultiriladi.Olti burchakli shakli atom kristall panjarasiga o'xshaydi. Muz va Yerdagi barcha tabiiy qorlar uchun u aynan shunday ko'rinadi. Buni suv bug'idan (ya'ni qor parchalari) o'stirilgan muzning kristall panjarasining simmetriyasi tasdiqlaydi. Kiritilgan kosmik guruh P 63/mm s 194; D 6h, Laue klassi 6/mm; 6 spiral o'qning karrali bo'lgan b-ga o'xshash (uning bo'ylab siljishdan tashqari, atrofida aylanish). Oddiy kubik (~ 1/2) yoki yuz markazlashtirilgan kubik (~ 3/4) tuzilmalarga nisbatan unumdorligi past (~ 1/3) bo'lgan juda ochiq past zichlikli tuzilishga ega.Oddiy muz bilan solishtirganda, CO₂ molekulalari bilan bog'langan quruq muzning kristall panjarasi statikdir va faqat atomlar parchalanganda o'zgaradi. Kristallarni bir-birining ustiga qo'yilgan choyshablardan tashkil topgan kristalli modellar deb hisoblash mumkin. Vodorod aloqasi tartiblangan, lekin aslida u tasodifiydir, chunki protonlar taxminan 5 K dan yuqori haroratlarda suv (muz) molekulalari orasida harakatlanishi mumkin. Darhaqiqat, protonlar doimiy tunnel oqimida kvant suyuqligi kabi harakat qilishlari mumkin. Bu neytronlarning tarqalishi bilan kuchayadi, ularning tarqalish zichligini kislorod atomlari orasidagi yarmida ko'rsatib, lokalizatsiya va muvofiqlashtirilgan harakatni ko'rsatadi. Bu erda muzning atomik, molekulyar kristall panjara bilan o'xshashligi mavjud. Molekulalar tekislikdagi uchta qo'shniga nisbatan vodorod zanjirining bosqichli joylashuviga ega. To'rtinchi element tutilgan vodorod bog'lanish tartibiga ega. Mukammal olti burchakli simmetriyadan biroz og'ish bor, masalan, bu zanjir yo'nalishi bo'yicha 0,3% qisqaroq. Barcha molekulalar bir xil molekulyar muhitni boshdan kechiradi. Har bir "quti" ichida interstitsial suv zarralarini ushlab turish uchun etarli joy mavjud. Garchi umuman ko'rib chiqilmasa ham, ular yaqinda muzning chang kristalli panjarasining neytron difraksiyasi orqali samarali tarzda aniqlangan.