Zawartość
- Kratowe cechy strukturalne
- Energia metalicznej kraty
- Kowalencyjne struktury nieorganiczne
- Różne struktury kowalencyjne
Na poziomie atomowym ciała stałe mają trzy podstawowe struktury.Cząsteczki szklanek i glinek są bardzo nieuporządkowane, bez powtarzalnej struktury lub wzoru do ich rozmieszczenia: nazywane są amorficznymi ciałami stałymi. Metale, stopy i sole istnieją jako sieci, podobnie jak niektóre rodzaje związków niemetalicznych, w tym tlenki krzemu oraz grafitowe i diamentowe formy węgla. Kraty składają się z powtarzających się jednostek, z których najmniejsza nazywana jest komórką jednostkową. Komórka jednostkowa przenosi wszystkie informacje potrzebne do zbudowania makrostruktury sieci o dowolnym rozmiarze.
Kratowe cechy strukturalne
Wszystkie sieci charakteryzują się wysokim uporządkowaniem, a ich składowe atomy lub jony są utrzymywane na miejscu w regularnych odstępach czasu. Wiązania w metalowych sieciach są elektrostatyczne, natomiast w tlenkach krzemu, graficie i diamentach są kowalencyjne. We wszystkich typach sieci cząstki składowe są ułożone w najbardziej korzystnej energetycznie konfiguracji.
Energia metalicznej kraty
Metale istnieją jako jony dodatnie w morzu lub chmurze zdelokalizowanych elektronów. Na przykład miedź występuje jako jony miedzi (II) w morzu elektronów, przy czym każdy atom miedzi przekazał dwa elektrony temu morzu. To energia elektrostatyczna między jonami metali i elektronami nadaje sieci porządek, a bez tej energii ciało stałe byłoby parą. Wytrzymałość sieci metalowej jest określona przez jej energię sieci, która jest zmianą energii, gdy jeden mol sieci stałej powstaje z jego atomów składowych. Wiązania metaliczne są bardzo silne, dlatego metale mają zwykle wysokie temperatury topnienia, przy czym topnienie jest punktem, w którym rozpada się stała sieć.
Kowalencyjne struktury nieorganiczne
Dwutlenek krzemu lub krzemionka jest przykładem sieci kowalencyjnej. Krzem jest czterowartościowy, co oznacza, że utworzy cztery wiązania kowalencyjne; w krzemionce każde z tych wiązań dotyczy tlenu. Wiązanie krzem-tlen jest bardzo silne, co sprawia, że krzemionka jest bardzo stabilną strukturą o wysokiej temperaturze topnienia. To morze wolnych elektronów w metalach czyni je dobrymi przewodnikami elektrycznymi i termicznymi. W krzemach i innych sieciach kowalencyjnych nie ma wolnych elektronów, dlatego są one słabymi przewodnikami ciepła lub elektryczności. Każda substancja, która jest złym przewodnikiem, nazywa się izolatorem.
Różne struktury kowalencyjne
Węgiel jest przykładem substancji o różnych strukturach kowalencyjnych. Węgiel amorficzny, znajdowany w sadzy lub węglu, nie ma powtarzalnej struktury. Grafit, stosowany w ołówkach i w produkcji włókna węglowego, jest znacznie bardziej uporządkowany. Grafit zawiera warstwy sześciokątnych atomów węgla o grubości jednowarstwowej. Diament jest jeszcze bardziej uporządkowany, obejmując razem wiązania węglowe, tworząc sztywną, niewiarygodnie mocną sieć czworościenną. Diamenty powstają pod wpływem ekstremalnego ciepła i ciśnienia, a diament jest najtwardszym ze wszystkich znanych naturalnych substancji. Jednak chemicznie diament i sadza są identyczne. Różne struktury pierwiastków lub związków nazywane są alotropami.