Orice substanță din natură, așa cum se știe, constă din particule mai mici. Ele, la rândul lor, sunt conectate și formează o anumită structură, care determină proprietățile unei anumite substanțe.

Atomic este caracteristic și are loc la temperaturi scăzute și presiune ridicată. De fapt, tocmai datorită acestui fapt metalele și o serie de alte materiale își dobândesc rezistența caracteristică.

Structura unor astfel de substanțe la nivel molecular arată ca o rețea cristalină, fiecare atom în care este legat de vecinul său prin cea mai puternică legătură existentă în natură - o legătură covalentă. Toate cele mai mici elemente care formează structurile sunt dispuse ordonat și cu o anumită periodicitate. Reprezentând o grilă în colțurile căreia se află atomi, înconjurată întotdeauna de același număr de sateliți, rețeaua cristalină atomică practic nu își schimbă structura. Este bine cunoscut faptul că structura unui metal sau aliaj pur poate fi schimbată doar prin încălzirea acestuia. În acest caz, cu cât temperatura este mai mare, cu atât legăturile din rețea sunt mai puternice.

Cu alte cuvinte, rețeaua cristalină atomică este cheia rezistenței și durității materialelor. Cu toate acestea, merită luat în considerare faptul că aranjarea atomilor în diferite substanțe poate diferi, ceea ce, la rândul său, afectează gradul de rezistență. Deci, de exemplu, diamantul și grafitul, care conțin același atom de carbon, sunt extrem de diferite unul de celălalt în ceea ce privește rezistența: diamantul este pe Pământ, dar grafitul se poate exfolia și rupe. Faptul este că în rețeaua cristalină a grafitului, atomii sunt aranjați în straturi. Fiecare strat seamănă cu un fagure, în care atomii de carbon sunt legați destul de lejer. Această structură provoacă sfărâmarea stratificată a minelor de creion: atunci când sunt rupte, părți din grafit pur și simplu se desprind. Un alt lucru este diamantul, a cărui rețea cristalină constă din atomi de carbon excitați, adică cei care sunt capabili să formeze 4 legături puternice. Este pur și simplu imposibil să distrugi o astfel de articulație.

În plus, rețelele cristaline ale metalelor au anumite caracteristici:

1. Perioada latice- o mărime care determină distanța dintre centrele a doi atomi adiacenți, măsurată de-a lungul marginii rețelei. Denumirea general acceptată nu diferă de cea din matematică: a, b, c sunt lungimea, lățimea, respectiv înălțimea rețelei. Evident, dimensiunile figurii sunt atât de mici încât distanța este măsurată în cele mai mici unități de măsură - o zecime de nanometru sau angstroms.

2. K - numărul de coordonare. Un indicator care determină densitatea de împachetare a atomilor într-o singură rețea. În consecință, densitatea sa este mai mare, cu cât este mai mare numărul K. De fapt, această cifră reprezintă numărul de atomi care sunt cât mai aproape și la o distanță egală de atomul studiat.

3. Baza grilajului. De asemenea, o cantitate care caracterizează densitatea rețelei. Reprezintă numărul total de atomi care aparțin unei anumite celule studiate.

4. Factorul de compactitate măsurată prin calcularea volumului total al rețelei împărțit la volumul ocupat de toți atomii din acesta. Ca și cele două anterioare, această valoare reflectă densitatea rețelei studiate.

Am luat în considerare doar câteva substanțe care au o rețea cristalină atomică. Între timp, sunt foarte mulți dintre ei. În ciuda diversității sale mari, rețeaua atomică cristalină include unități care sunt întotdeauna conectate prin mijloace (polare sau nepolare). În plus, astfel de substanțe sunt practic insolubile în apă și se caracterizează printr-o conductivitate termică scăzută.

În natură, există trei tipuri de rețele cristaline: cubic centrat pe corp, cubic centrat pe față și hexagonal strâns.

Pentru ce este resursa noastră?

Scopul principal al site-ului nostru este de a ajuta elevii și studenții care au dificultăți în rezolvarea unei anumite sarcini sau care au ratat orice subiect școlar. Resursa noastră va veni și în ajutorul părinților elevilor care se confruntă cu dificultăți în verificarea temelor copiilor lor.

Pe resursa noastră puteți găsi teme gata făcute pentru orice clasă, de la clasa a 1-a până la a XI-a la toate disciplinele academice. De exemplu, puteți găsi GDZ în matematică, limbi străine, fizică, biologie, literatură etc. Pentru a face acest lucru, trebuie pur și simplu să selectați clasa dorită, subiectul necesar și cărțile de lucru GDZ ale autorilor potriviți, după care trebuie să găsiți secțiunea necesară și să obțineți un răspuns la sarcina atribuită. GD vă permit să verificați rapid sarcina atribuită elevului acasă, precum și să pregătiți copilul pentru test.

Cum să obții un A la tema?

Pentru a face acest lucru, trebuie să accesați resursa noastră, unde sunt postate teme gata făcute pentru toate disciplinele curriculum-ului școlar. În același timp, nu trebuie să vă faceți griji cu privire la erori, greșeli de tipar și alte neajunsuri din GDZ, deoarece toate manualele postate la noi au fost verificate de specialiști cu experiență. Toate răspunsurile la temele pentru acasă sunt corecte, așa că putem spune cu încredere că pentru oricare dintre ele vei primi un A! Dar nu ar trebui să copiați totul în caiet, dimpotrivă, trebuie să faceți singur sarcinile, apoi să le verificați cu ajutorul GDZ și numai după aceea să le rescrieți într-o copie curată. Acest lucru vă va permite să obțineți cunoștințele necesare și o notă mare.

GDZ online

Acum nimeni nu are probleme la accesarea GDZ, deoarece resursa noastră de Internet este adaptată pentru toate dispozitivele moderne: PC-uri, laptopuri, tablete și smartphone-uri care au acces la Internet. Acum, chiar și în timpul pauzei, puteți accesa site-ul nostru de pe telefon și puteți afla răspunsul la absolut orice sarcină. Navigarea comodă și încărcarea rapidă a site-ului vă permit să căutați și să vizualizați GDZ cât mai rapid și confortabil posibil. Accesul la resursa noastră este gratuit, iar înregistrarea este foarte rapidă.

GDZ a noului program

Programa școlară se schimbă periodic, astfel încât elevii au nevoie în mod constant de instrumente didactice noi, manuale și HG. Specialiștii noștri monitorizează constant inovațiile și, după implementarea acestora, postează imediat noi manuale și GD-uri pe resursă, astfel încât utilizatorii să aibă la dispoziție cele mai recente ediții. Resursa noastră este un fel de bibliotecă pentru școlari, de care orice elev are nevoie pentru studii reușite. Aproape în fiecare an, programa școlară devine mai complexă, fiind introduse noi materii și materiale. Studiul devine din ce în ce mai dificil, dar site-ul nostru face viața mai ușoară părinților și elevilor.

Ajutor pentru elevi

Nu uităm de viața complexă, aglomerată a studenților. Fiecare nou an universitar ridică ștacheta în ceea ce privește cunoștințele, așa că nu toți studenții sunt capabili să facă față unei sarcini atât de mari. Cursuri lungi, diverse rezumate, lucrări de laborator și disertație ocupă aproape tot timpul liber al studenților. Cu ajutorul site-ului nostru, orice student își poate face viața de zi cu zi mai ușoară. Pentru a face acest lucru, aproape în fiecare zi, specialiștii noștri postează noi lucrări pe portal. Acum, studenții pot găsi foi de cheat pentru orice sarcină la noi și complet gratuit.

Acum nu mai trebuie să cărați un număr mare de manuale la școală în fiecare zi

Pentru a avea grijă de școlari, specialiștii noștri au postat toate manualele școlare pe site în domeniul public. Prin urmare, astăzi orice elev sau părinte le poate folosi, iar elevii nu mai trebuie să-și încordeze spatele în fiecare zi cărând manuale grele la școală. Este suficient să descărcați manualele necesare pe tabletă, telefon sau alt dispozitiv modern, iar manualele vor fi mereu cu tine oriunde. De asemenea, le puteți citi online direct pe site - este foarte confortabil, rapid și complet gratuit.

Eseuri școlare gata făcute

Dacă vi se cere brusc să scrieți un eseu despre o carte, atunci amintiți-vă că pe site-ul nostru puteți găsi întotdeauna un număr mare de eseuri școlare gata făcute, care au fost scrise de maeștri de cuvinte și aprobate de profesori. Extindem lista de eseuri în fiecare zi, scriem noi eseuri pe multe subiecte și luăm în considerare recomandările utilizatorilor. Acest lucru ne permite să satisfacem nevoile zilnice ale tuturor elevilor.

Pentru scrierea independentă a eseurilor, am furnizat lucrări prescurtate, acestea pot fi, de asemenea, vizualizate și descărcate pe site. Ele conțin semnificația principală a operelor literare școlare, ceea ce reduce semnificativ studiul cărților și economisește energia elevului, de care are nevoie pentru a studia alte materii.

Prezentări pe diverse teme

Dacă aveți nevoie urgent să faceți o prezentare școlară pe o anumită temă despre care nu știți nimic, atunci cu ajutorul site-ului nostru o puteți face. Acum nu trebuie să petreceți mult timp căutând imagini, fotografii, informații tipărite și consultând pe această temă cu experți etc., deoarece resursa noastră creează prezentări de înaltă calitate cu conținut multimedia pe orice subiect. Experții noștri au postat pe site un număr mare de prezentări ale autorului, care pot fi vizualizate și descărcate gratuit. Prin urmare, învățarea va fi mai educativă și confortabilă pentru tine, pentru că vei avea mai mult timp pentru odihnă și alte materii.

Avantajele noastre:

* baza de date mare de cărți și evidențe publice;

* materialele sunt actualizate zilnic;

* acces de la orice gadget modern;

* ținem cont de dorințele utilizatorilor;

* facem viețile elevilor, studenților și părinților mai libere și mai vesele.

Ne îmbunătățim constant resursele pentru a face viața utilizatorilor noștri mai confortabilă și mai lipsită de griji. Cu ajutorul gdz.host vei fi un student excelent, așa că ți se vor deschide perspective mari în viața de adult. Drept urmare, părinții tăi vor fi mândri de tine pentru că vei fi un exemplu bun pentru toți oamenii.

Solidele au de obicei o structură cristalină. Se caracterizează prin aranjarea corectă a particulelor în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate mental prin linii drepte care se intersectează, se formează un cadru spațial, care se numește rețea cristalină.

Se numesc punctele în care sunt localizate particulele nodurile rețelei cristaline. Nodurile unei rețele imaginare pot conține ioni, atomi sau molecule. Ei fac mișcări oscilatorii. Odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea oscilațiilor crește, ceea ce se manifestă prin dilatarea termică a corpurilor.

În funcție de tipul de particule și de natura conexiunii dintre ele, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionice, atomice, moleculare și metalice.

Rețelele cristaline formate din ioni se numesc ionice. Sunt formate din substanțe cu legături ionice. Un exemplu este un cristal de clorură de sodiu, în care, după cum sa menționat deja, fiecare ion de sodiu este înconjurat de șase ioni de clorură și fiecare ion de clorură de șase ioni de sodiu. Acest aranjament corespunde celei mai dense împachetare dacă ionii sunt reprezentați ca sfere situate în cristal. Foarte des, rețelele cristaline sunt descrise așa cum se arată în Fig., unde sunt indicate doar pozițiile relative ale particulelor, dar nu și dimensiunile acestora.

Numărul de particule învecinate cele mai apropiate adiacente unei anumite particule dintr-un cristal sau dintr-o moleculă individuală se numește număr de coordonare.

În rețeaua de clorură de sodiu, numerele de coordonare ale ambilor ioni sunt 6. Deci, într-un cristal de clorură de sodiu este imposibil să izolați molecule de sare individuale. Nu există niciunul dintre ei. Întregul cristal ar trebui considerat ca o macromoleculă gigantică constând dintr-un număr egal de ioni Na + și Cl -, Na n Cl n, unde n este un număr mare. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte puternice. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică au o duritate relativ mare. Ele sunt refractare și zboară jos.

Topirea cristalelor ionice duce la perturbarea orientării corecte din punct de vedere geometric a ionilor unul față de celălalt și la o scădere a forței legăturii dintre ei. Prin urmare, topiturile lor conduc curentul electric. Compușii ionici se dizolvă în general ușor în lichide formate din molecule polare, cum ar fi apa.

Rețelele cristaline, în nodurile cărora există atomi individuali, se numesc atomice. Atomii din astfel de rețele sunt legați între ei prin legături covalente puternice. Un exemplu este diamantul, una dintre modificările carbonului. Diamantul este format din atomi de carbon, fiecare fiind legat de patru atomi vecini. Numărul de coordonare al carbonului din diamant este 4 . În rețeaua de diamant, ca și în rețeaua de clorură de sodiu, nu există molecule. Întregul cristal ar trebui considerat ca o moleculă gigantică. Rețeaua cristalină atomică este caracteristică borului solid, siliciului, germaniului și compușilor unor elemente cu carbon și siliciu.

Rețelele cristaline formate din molecule (polare și nepolare) se numesc moleculare.

Moleculele din astfel de rețele sunt conectate între ele prin forțe intermoleculare relativ slabe. Prin urmare, substanțele cu o rețea moleculară au duritate scăzută și puncte de topire scăzute, sunt insolubile sau ușor solubile în apă, iar soluțiile lor aproape că nu conduc curentul electric. Numărul de substanțe anorganice cu o rețea moleculară este mic.

Exemple dintre ele sunt gheața, monoxidul de carbon solid (IV) („gheață uscată”), halogenuri de hidrogen solide, substanțe simple simple formate din unu- (gaze nobile), doi- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H2, O2, N2), trei (O3), patru (P4), opt (S8) molecule atomice. Rețeaua cristalină moleculară a iodului este prezentată în Fig. . Majoritatea compușilor organici cristalini au o rețea moleculară.

Când se efectuează multe reacții fizice și chimice, o substanță trece în stare solidă de agregare. În acest caz, moleculele și atomii tind să se aranjeze într-o astfel de ordine spațială în care forțele de interacțiune dintre particulele de materie ar fi echilibrate maxim. Așa se obține rezistența substanței solide. Atomii, odată ce ocupă o anumită poziție, efectuează mici mișcări oscilatorii, a căror amplitudine depinde de temperatură, dar poziția lor în spațiu rămâne fixă. Forțele de atracție și repulsie se echilibrează reciproc la o anumită distanță.

Idei moderne despre structura materiei

Știința modernă afirmă că un atom este format dintr-un nucleu încărcat, care poartă o sarcină pozitivă, și electroni, care poartă sarcini negative. Cu o viteză de câteva mii de trilioane de rotații pe secundă, electronii se rotesc pe orbitele lor, creând un nor de electroni în jurul nucleului. Sarcina pozitivă a nucleului este numeric egală cu sarcina negativă a electronilor. Astfel, atomul substanței rămâne neutru din punct de vedere electric. Posibilele interacțiuni cu alți atomi apar atunci când electronii sunt desprinși de atomul lor părinte, perturbând astfel echilibrul electric. Într-un caz, atomii sunt aranjați într-o anumită ordine, care se numește rețea cristalină. În altul, datorită interacțiunii complexe a nucleelor ​​și electronilor, aceștia sunt combinați în molecule de diferite tipuri și complexitate.

Definiţia crystal lattice

Luate împreună, diferitele tipuri de rețele cristaline de substanțe sunt rețele cu orientări spațiale diferite, la nodurile cărora se află ioni, molecule sau atomi. Această poziție spațială geometrică stabilă se numește rețeaua cristalină a substanței. Distanța dintre nodurile unei celule de cristal se numește perioadă de identitate. Unghiurile spațiale la care sunt situate nodurile celulei se numesc parametri. Conform metodei de construire a legăturilor, rețelele cristaline pot fi simple, centrate pe bază, centrate pe față și centrate pe corp. Dacă particulele de materie sunt situate numai în colțurile paralelipipedului, o astfel de rețea se numește simplă. Un exemplu de astfel de zăbrele este prezentat mai jos:

Dacă, pe lângă noduri, particulele substanței sunt situate în mijlocul diagonalelor spațiale, atunci acest aranjament de particule în substanță se numește rețea cristalină centrată pe corp. Acest tip este prezentat clar în figură.

Dacă, pe lângă nodurile de la vârfurile rețelei, există un nod în locul în care diagonalele imaginare ale paralelipipedului se intersectează, atunci aveți un tip de rețea centrată pe față.

Tipuri de rețele cristaline

Diferitele microparticule care alcătuiesc o substanță determină diferitele tipuri de rețele cristaline. Ei pot determina principiul construirii de conexiuni între microparticule din interiorul unui cristal. Tipurile fizice de rețele cristaline sunt ionice, atomice și moleculare. Aceasta include, de asemenea, diferite tipuri de rețele de cristal metalice. Chimia studiază principiile structurii interne a elementelor. Tipurile de rețele cristaline sunt prezentate mai detaliat mai jos.

Rețele cristaline ionice

Aceste tipuri de rețele cristaline sunt prezente în compușii cu o legătură de tip ionic. În acest caz, locurile de rețea conțin ioni cu sarcini electrice opuse. Datorită câmpului electromagnetic, forțele de interacțiune interionică sunt destul de puternice, iar acest lucru determină proprietățile fizice ale substanței. Caracteristicile comune sunt refractaritatea, densitatea, duritatea și capacitatea de a conduce curentul electric. Tipurile ionice de rețele cristaline se găsesc în substanțe precum sarea de masă, nitratul de potasiu și altele.

Rețele cristaline atomice

Acest tip de structură a materiei este inerent elementelor a căror structură este determinată de legături chimice covalente. Tipurile de rețele cristaline de acest fel conțin atomi individuali la noduri, legați unul de celălalt prin legături covalente puternice. Acest tip de legătură apare atunci când doi atomi identici „împart” electroni, formând astfel o pereche comună de electroni pentru atomii vecini. Datorită acestei interacțiuni, legăturile covalente leagă atomii uniform și puternic într-o anumită ordine. Elementele chimice care conțin tipuri atomice de rețele cristaline sunt dure, au un punct de topire ridicat, sunt slabe conductoare de electricitate și sunt inactive din punct de vedere chimic. Exemplele clasice de elemente cu o structură internă similară includ diamantul, siliciul, germaniul și borul.

Rețele cristaline moleculare

Substanțele care au un tip molecular de rețea cristalină sunt un sistem de molecule stabile, care interacționează, strâns împachetate, care sunt situate la nodurile rețelei cristaline. În astfel de compuși, moleculele își păstrează poziția spațială în fazele gazoase, lichide și solide. La nodurile cristalului, moleculele sunt ținute împreună de forțele van der Waals slabe, care sunt de zeci de ori mai slabe decât forțele de interacțiune ionică.

Moleculele care formează un cristal pot fi polare sau nepolare. Datorită mișcării spontane a electronilor și vibrațiilor nucleelor ​​din molecule, echilibrul electric se poate schimba - așa apare un moment de dipol electric instantaneu. Dipolii orientați corespunzător creează forțe atractive în rețea. Dioxidul de carbon și parafina sunt exemple tipice de elemente cu o rețea cristalină moleculară.

Rețele de cristal metalice

O legătură metalică este mai flexibilă și mai ductilă decât o legătură ionică, deși poate părea că ambele se bazează pe același principiu. Tipurile de rețele cristaline ale metalelor explică proprietățile lor tipice - cum ar fi rezistența mecanică, conductibilitatea termică și electrică și fuzibilitatea.

O trăsătură distinctivă a rețelei cristaline metalice este prezența ionilor metalici încărcați pozitiv (cationi) la locurile acestei rețele. Între noduri există electroni care sunt direct implicați în crearea unui câmp electric în jurul rețelei. Numărul de electroni care se mișcă în interiorul acestei rețele cristaline se numește gaz de electroni.

În absența unui câmp electric, electronii liberi efectuează mișcare haotică, interacționând aleatoriu cu ionii rețelei. Fiecare astfel de interacțiune schimbă impulsul și direcția de mișcare a particulei încărcate negativ. Cu câmpul lor electric, electronii atrag cationii către ei înșiși, echilibrând repulsia lor reciprocă. Deși electronii sunt considerați liberi, energia lor nu este suficientă pentru a părăsi rețeaua cristalină, astfel încât aceste particule încărcate se află în mod constant în limitele acesteia.

Prezența unui câmp electric oferă gazului electron energie suplimentară. Legătura cu ionii din rețeaua cristalină a metalelor nu este puternică, astfel încât electronii părăsesc cu ușurință granițele sale. Electronii se deplasează de-a lungul liniilor de forță, lăsând în urmă ioni încărcați pozitiv.

concluzii

Chimia acordă o mare importanță studiului structurii interne a materiei. Tipurile de rețele cristaline ale diferitelor elemente determină aproape întreaga gamă a proprietăților lor. Prin influențarea cristalelor și modificarea structurii lor interne, este posibilă îmbunătățirea proprietăților dorite ale unei substanțe și eliminarea celor nedorite și transformarea elementelor chimice. Astfel, studierea structurii interne a lumii înconjurătoare poate ajuta la înțelegerea esenței și principiilor structurii universului.

Substante cristaline

Solid cristale- formațiuni tridimensionale caracterizate prin repetabilitate strictă a aceluiași element structural ( celulă unitară) în toate direcţiile. Celula unitară este cel mai mic volum al unui cristal sub formă de paralelipiped, repetat în cristal de un număr infinit de ori.

Forma corectă geometric a cristalelor este determinată, în primul rând, de structura lor internă strict regulată. Dacă, în loc de atomi, ioni sau molecule dintr-un cristal, descriem punctele ca centre de greutate ale acestor particule, obținem o distribuție regulată tridimensională a acestor puncte, numită rețea cristalină. Punctele în sine sunt numite noduri rețea cristalină.

Tipuri de rețele cristaline

În funcție de ce particule este alcătuită rețeaua cristalină și care este natura legăturii chimice dintre ele, se disting diferite tipuri de cristale.

Cristalele ionice sunt formate din cationi și anioni (de exemplu, săruri și hidroxizi ai majorității metalelor). În ele există o legătură ionică între particule.

Cristalele ionice pot consta din monoatomic ionii. Așa sunt construite cristalele clorura de sodiu, iodură de potasiu, fluorură de calciu.
Formarea cristalelor ionice ale multor săruri implică cationi metalici monoatomi și anioni poliatomici, de exemplu, ionul azotat NO 3? , ion sulfat SO42? , ion carbonat CO 3 2? .

Este imposibil să izolați molecule individuale într-un cristal ionic. Fiecare cation este atras de fiecare anion și respins de alți cationi. Întregul cristal poate fi considerat o moleculă uriașă. Dimensiunea unei astfel de molecule nu este limitată, deoarece poate crește prin adăugarea de noi cationi și anioni.

Majoritatea compușilor ionici cristalizează într-unul dintre tipurile structurale, care diferă între ele prin valoarea numărului de coordonare, adică numărul de vecini din jurul unui ion dat (4, 6 sau 8). Pentru compușii ionici cu un număr egal de cationi și anioni, sunt cunoscute patru tipuri principale de rețele cristaline: clorură de sodiu (numărul de coordonare al ambilor ioni este 6), clorură de cesiu (numărul de coordonare al ambilor ioni este 8), sfalerita și wurtzita. (ambele tipuri structurale sunt caracterizate prin numărul de coordonare al cationului și anionului egal cu 4). Dacă numărul de cationi este jumătate din numărul de anioni, atunci numărul de coordonare al cationilor trebuie să fie de două ori numărul de coordonare al anionilor. În acest caz, sunt realizate tipurile structurale de fluorit (numerele de coordonare 8 și 4), rutil (numerele de coordonare 6 și 3) și cristobalit (numerele de coordonare 4 și 2).

De obicei, cristalele ionice sunt dure, dar fragile. Fragilitatea lor se datorează faptului că, chiar și cu o ușoară deformare a cristalului, cationii și anionii sunt deplasați în așa fel încât forțele de respingere dintre ionii asemănători încep să prevaleze asupra forțelor de atracție dintre cationi și anioni, iar cristalul este distrus.

Cristalele ionice au puncte de topire ridicate. În stare topită, substanțele care formează cristale ionice sunt conductoare de electricitate. Când sunt dizolvate în apă, aceste substanțe se disociază în cationi și anioni, iar soluțiile rezultate conduc curentul electric.

Solubilitatea ridicată în solvenți polari, însoțită de disociere electrolitică, se datorează faptului că într-un mediu de solvenți cu o constantă dielectrică ridicată, energia de atracție între ioni scade. Constanta dielectrică a apei este de 82 de ori mai mare decât cea a vidului (existând condiționat într-un cristal ionic), iar atracția dintre ioni într-o soluție apoasă scade cu aceeași cantitate. Efectul este sporit de solvatarea ionilor.

Cristalele atomice constau din atomi individuali ținuți împreună prin legături covalente. Dintre substanțele simple, numai bor și elementele grupului IVA au astfel de rețele cristaline. Adesea, compușii nemetalici între ei (de exemplu, dioxidul de siliciu) formează, de asemenea, cristale atomice.

La fel ca cristalele ionice, cristalele atomice pot fi considerate molecule gigantice. Sunt foarte durabile și dure și nu conduc bine căldura și electricitatea. Substanțele care au rețele cristaline atomice se topesc la temperaturi ridicate. Ele sunt practic insolubile în orice solvenți. Se caracterizează printr-o reactivitate scăzută.

Cristalele moleculare sunt construite din molecule individuale, în interiorul cărora atomii sunt legați prin legături covalente. Între molecule acționează forțe intermoleculare mai slabe. Ele sunt ușor distruse, astfel încât cristalele moleculare au puncte de topire scăzute, duritate scăzută și volatilitate ridicată. Substanțele care formează rețele de cristal molecular nu au conductivitate electrică, iar soluțiile și topiturile lor nu conduc curentul electric.

Forțele intermoleculare apar din cauza interacțiunii electrostatice a electronilor încărcați negativ ai unei molecule cu nucleele încărcate pozitiv ale moleculelor învecinate. Puterea interacțiunilor intermoleculare este influențată de mulți factori. Cea mai importantă dintre ele este prezența legăturilor polare, adică o schimbare a densității electronilor de la un atom la altul. În plus, interacțiunile intermoleculare sunt mai puternice între moleculele cu un număr mai mare de electroni.

Majoritatea nemetalelor sub formă de substanțe simple (de exemplu, iod I 2 , argon Ar, sulf S 8) și compuși între ele (de exemplu, apă, dioxid de carbon, acid clorhidric), precum și aproape toate substanțele organice solide formează cristale moleculare.

Metalele sunt caracterizate de o rețea cristalină metalică. Conține o legătură metalică între atomi. În cristalele metalice, nucleele atomilor sunt aranjate în așa fel încât împachetarea lor să fie cât mai densă. Legătura dintre astfel de cristale este delocalizată și se extinde pe întregul cristal. Cristalele metalice au conductivitate electrică și termică ridicată, luciu și opacitate metalice și deformabilitate ușoară.

Clasificarea rețelelor cristaline corespunde cazurilor limită. Majoritatea cristalelor de substanțe anorganice aparțin unor tipuri intermediare - covalent-ionice, molecular-covalente etc. De exemplu, într-un cristal grafitÎn cadrul fiecărui strat, legăturile sunt covalent-metalice, iar între straturi sunt intermoleculare.

Izomorfism și polimorfism

Multe substanțe cristaline au aceleași structuri. În același timp, aceeași substanță poate forma structuri cristaline diferite. Acest lucru se reflectă în fenomene izomorfismȘi polimorfism.

Izomorfism constă în capacitatea atomilor, ionilor sau moleculelor de a se înlocui reciproc în structurile cristaline. Acest termen (din limba greacă " isos„- egal și „ morfe„ - formă) a fost propusă de E. Mitscherlich în 1819. Legea izomorfismului a fost formulată de E. Mitscherlich în 1821 în felul acesta: „Aceleași numere de atomi, legați în același mod, dau aceleași forme cristaline; Mai mult, forma cristalină nu depinde de natura chimică a atomilor, ci este determinată doar de numărul și poziția relativă a acestora.”

Lucrând în laboratorul de chimie al Universității din Berlin, Mitscherlich a atras atenția asupra asemănării complete a cristalelor de sulfați de plumb, bariu și stronțiu și asupra asemănării formelor cristaline ale multor alte substanțe. Observațiile sale au atras atenția celebrului chimist suedez J.-Ya. Berzelius, care a sugerat ca Mitscherlich să confirme modelele observate folosind exemplul compușilor acizilor fosforic și arsenic. În urma studiului, s-a ajuns la concluzia că „cele două serii de săruri diferă doar prin aceea că una conține arsenic ca radical acid, iar cealaltă conține fosfor”. Descoperirea lui Mitscherlich a atras foarte curând atenția mineralogiștilor, care au început cercetările privind problema substituției izomorfe a elementelor din minerale.

În timpul cristalizării în comun a substanțelor predispuse la izomorfism ( izomorfă substanțe), se formează cristale mixte (amestecuri izomorfe). Acest lucru este posibil numai dacă particulele care se înlocuiesc unele pe altele diferă puțin în dimensiune (nu mai mult de 15%). În plus, substanțele izomorfe trebuie să aibă o aranjare spațială similară a atomilor sau ionilor și, prin urmare, cristale similare în formă externă. Astfel de substanțe includ, de exemplu, alaun. În cristale de alaun de potasiu KAl(SO4)2. Cationii de potasiu 12H2O pot fi înlocuiți parțial sau complet cu cationi de rubidiu sau amoniu, iar cationii de aluminiu cu cationi de crom (III) sau fier (III).

Izomorfismul este larg răspândit în natură. Majoritatea mineralelor sunt amestecuri izomorfe de compoziție complexă, variabilă. De exemplu, în mineralul sfalerit ZnS, până la 20% din atomii de zinc pot fi înlocuiți cu atomi de fier (în timp ce ZnS și FeS au structuri cristaline diferite). Izomorfismul este asociat cu comportamentul geochimic al elementelor rare și în urmă, distribuția lor în roci și minereuri, unde sunt conținute sub formă de impurități izomorfe.

Substituția izomorfă determină multe proprietăți utile ale materialelor artificiale ale tehnologiei moderne - semiconductori, feromagneți, materiale laser.

Multe substanțe pot forma forme cristaline care au structuri și proprietăți diferite, dar aceeași compoziție ( polimorfă modificări). Polimorfism- capacitatea solidelor și a cristalelor lichide de a exista în două sau mai multe forme cu structuri cristaline și proprietăți diferite cu aceeași compoziție chimică. Acest cuvânt provine din greacă „ polimorfos„- diverse. Fenomenul de polimorfism a fost descoperit de M. Klaproth, care în 1798 a descoperit că două minerale diferite - calcitul și aragonitul - au aceeași compoziție chimică CaCO 3.

Polimorfismul substanțelor simple se numește de obicei alotropie, în timp ce conceptul de polimorfism nu se aplică formelor alotrope necristaline (de exemplu, O 2 și O 3 gazos). Un exemplu tipic de forme polimorfe sunt modificările carbonului (diamant, lonsdaleit, grafit, carabine și fullerene), care diferă puternic în proprietăți. Cea mai stabilă formă de existență a carbonului este grafitul, cu toate acestea, celelalte modificări ale acestuia în condiții normale pot persista la nesfârșit. La temperaturi ridicate se transformă în grafit. În cazul diamantului, acest lucru apare atunci când este încălzit peste 1000 o C în absența oxigenului. Tranziția inversă este mult mai dificil de realizat. Nu este necesară doar o temperatură ridicată (1200-1600 o C), ci și o presiune enormă - până la 100 de mii de atmosfere. Transformarea grafitului în diamant este mai ușoară în prezența metalelor topite (fier, cobalt, crom și altele).

În cazul cristalelor moleculare, polimorfismul se manifestă prin împachetare diferită a moleculelor în cristal sau prin modificări ale formei moleculelor, iar în cristale ionice - în diferite poziții relative de cationi și anioni. Unele substanțe simple și complexe au mai mult de două polimorfe. De exemplu, dioxidul de siliciu are zece modificări, fluorură de calciu - șase, azotat de amoniu - patru. Modificările polimorfe sunt de obicei notate cu literele grecești b, c, d, d, f, ... începând cu modificări care sunt stabile la temperaturi scăzute.

La cristalizarea din abur, soluție sau topire a unei substanțe care are mai multe modificări polimorfe, se formează mai întâi o modificare care este mai puțin stabilă în condiții date, care apoi se transformă într-una mai stabilă. De exemplu, atunci când vaporii de fosfor se condensează, se formează fosfor alb, care în condiții normale încet, dar când este încălzit, se transformă rapid în fosfor roșu. Când hidroxidul de plumb este deshidratat, la început (aproximativ 70 o C) se formează b-PbO galben, care este mai puțin stabil la temperaturi scăzute, la aproximativ 100 o C se transformă în b-PbO roșu, iar la 540 o C se transformă; înapoi în b-PbO.

Trecerea de la un polimorf la altul se numește transformare polimorfă. Aceste tranziții apar atunci când temperatura sau presiunea se modifică și sunt însoțite de o schimbare bruscă a proprietăților.

Procesul de trecere de la o modificare la alta poate fi reversibil sau ireversibil. Astfel, atunci când o substanță albă moale, asemănătoare grafitului, de compoziție BN (nitrură de bor) este încălzită la 1500-1800 o C și o presiune de câteva zeci de atmosfere, se formează modificarea sa la temperatură ridicată - Borazon, aproape de diamant în duritate. Când temperatura și presiunea sunt scăzute la valori corespunzătoare condițiilor normale, borazonul își păstrează structura. Un exemplu de tranziție reversibilă este transformările reciproce a două modificări ale sulfului (ortorombic și monoclinic) la 95 o C.

Transformările polimorfe pot avea loc fără modificări semnificative ale structurii. Uneori nu există nicio modificare în structura cristalului, de exemplu, în timpul tranziției b-Fe la c-Fe la 769 o C, structura fierului nu se schimbă, dar proprietățile sale feromagnetice dispar.

Tratamentul chimico-termic (CHT) este un tratament termic constând dintr-o combinație de efecte termice și chimice pentru a modifica compoziția, structura și proprietățile stratului de suprafață al oțelului.

Tratamentul chimico-termic este unul dintre cele mai comune tipuri de prelucrare a materialelor pentru a le conferi proprietăți operaționale. Cele mai utilizate metode sunt saturarea stratului de suprafață de oțel cu carbon și azot, atât separat, cât și împreună. Acestea sunt procesele de carburare (carburizare) a suprafeței, nitrurare - saturarea suprafeței oțelului cu azot, nitrocarburare și cianurare - introducerea comună a carbonului și azotului în straturile de suprafață ale oțelului. Saturarea straturilor de suprafață de oțel cu alte elemente (crom - cromare prin difuzie, bor - borurare, siliciu - placare cu siliciu și aluminiu - aluminizare) este folosită mult mai rar. Procesul de saturare prin difuzie a suprafeței unei piese cu zinc se numește galvanizare, iar cu titan - titanare.

Procesul de tratare chimico-termic este un proces în mai multe etape care include trei etape succesive:

1. Formarea atomilor activi într-un mediu saturat în apropierea suprafeței sau direct pe suprafața metalului. Puterea fluxului de difuzie, i.e. numărul de atomi activi formați pe unitatea de timp depinde de compoziția și starea de agregare a mediului saturant, care poate fi solid, lichid sau gazos, de interacțiunea componentelor individuale între ele, de temperatură, presiune și compoziția chimică a oțelului.

2. Adsorbția (sorbția) atomilor activi formați de către suprafața de saturație. Adsorbția este un proces complex care are loc pe suprafața de saturație într-o manieră nestaționară. Se face o distincție între adsorbția fizică (reversibilă) și adsorbția chimică (chimisorbția). În timpul tratamentului chimico-termic, aceste tipuri de adsorbție se suprapun. Adsorbția fizică duce la aderarea atomilor adsorbiți ai elementului de saturare (adsorbat) la suprafața formată (adsorbant) datorită acțiunii forțelor de atracție van der Waals, și se caracterizează prin reversibilitatea ușoară a procesului de adsorbție - desorbție. În timpul chimisorbției, are loc o interacțiune între atomii adsorbatului și adsorbantului, care este aproape de natură și rezistență chimică.

3. Difuziunea - mișcarea atomilor adsorbiți în rețeaua metalului în curs de prelucrare. Procesul de difuzie este posibil numai dacă există solubilitate a elementului de difuzie în materialul care este prelucrat și o temperatură suficient de ridicată pentru a furniza energia necesară pentru ca procesul să aibă loc. Grosimea stratului de difuzie, și deci grosimea stratului întărit al suprafeței produsului, este cea mai importantă caracteristică a tratamentului chimico-termic. Grosimea stratului este determinată de o serie de factori precum temperatura de saturație, durata procesului de saturație, compoziția oțelului, de exemplu. conținutul anumitor elemente de aliere din acesta, gradientul de concentrație al elementului saturat între suprafața produsului și în adâncimea stratului saturat.

Instrumentul de tăiere funcționează în condiții de contact prelungit și frecare cu metalul prelucrat. În timpul funcționării, configurația și proprietățile muchiei de tăiere trebuie să rămână neschimbate. Materialul pentru fabricarea sculelor așchietoare trebuie să aibă duritate mare (IKS 60-62) și rezistență la uzură, adică. capacitatea de a menține proprietățile de tăiere ale muchiei pentru o lungă perioadă de timp în condiții de frecare.

Cu cât duritatea materialelor prelucrate este mai mare, cu atât așchiile sunt mai groase și viteza de tăiere este mai mare, cu atât energia cheltuită în procesul de tăiere este mai mare. Energia mecanică se transformă în energie termică. Căldura generată încălzește tăietorul, piesa de prelucrat și așchiile și este parțial disipată. Prin urmare, principala cerință pentru materialele pentru scule este rezistența ridicată la căldură, de exemplu. capacitatea de a menține duritatea și proprietățile de tăiere în timpul încălzirii prelungite în timpul funcționării. Pe baza rezistenței la căldură, există trei grupe de oțeluri pentru scule de tăiere: nerezistente la căldură, semirezistente la căldură și rezistente la căldură.

Când oțelurile nerezistente la căldură sunt încălzite la 200-300°C în timpul procesului de tăiere, carbonul este eliberat din martensita de întărire și începe coagularea carburilor de tip cementită. Acest lucru duce la pierderea durității și a rezistenței la uzură a sculei de tăiere. Oțelurile nerezistente la căldură includ oțelurile carbon și oțelurile slab aliate. Oțelurile semirezistente la căldură, care includ unele oțeluri aliajate medii, de exemplu 9Kh5VF, păstrează duritatea până la temperaturi de 300-500°C. Oțelurile rezistente la căldură își păstrează duritatea și rezistența la uzură atunci când sunt încălzite la temperaturi de 600°C.

Oțelurile carbon și slab aliate au o rezistență la căldură relativ scăzută și o călibilitate scăzută, astfel încât sunt utilizate pentru condiții de lucru mai ușoare la viteze mici de tăiere. Oțelurile de mare viteză, care au rezistență la căldură și întăribilitate mai ridicate, sunt folosite pentru condiții de lucru mai severe. Materialele din carbură și ceramică permit viteze de tăiere și mai mari. Dintre materialele existente, nitrura de bor, elbor, are cea mai mare rezistenta la caldura Elbor permite prelucrarea materialelor cu duritate mare, precum otelul calit, la viteze mari.