Kémia | Középiskola » A kristályrács típusok

http://www.doksihu A kristályrács típusok Az anyagi halmazok A gyakorlatban soha nem vizsgálhatjuk meg egyetlen atom, ion vagy molekula sajátságait. A szabad szemmel látható vagy nem látható, mérlegen mérhető anyagmennyiség igen sok atomból, molekulából vagy ionból épül fel. Ezek építik fel a körülöttünk észlelhető anyagi világot. A sok részecskéből felépített rendszereket anyagi halmazoknak nevezzük. Az anyagi halmazok tulajdonságait elsősorban az alkotó részecskék szerkezete és sajátságai határozzák meg, de figyelembe kell venni a halmazok szerkezetét, nagyszámú atom, molekula, ill. ion között fellépő kölcsönhatásokat is A kölcsönhatásoktól függ elsősorban az anyag halmazállapota, olvadáspontja, forráspontja stb. Kristályrács típusok A képzeletbeli térháló rácspontjain lévő részecskék és a köztük működő kémiai kötés típusa alapján négyféle kristályrácsot különböztetünk meg: molekula-,

atom-, ion- és fémrácsot. Ionrács Ionrácsos kristály jön létre, amelyben az ellentétes töltésű ionok között a kapcsolatot az ionos kötés biztosítja. Ionos kötésnek nevezzük azt a kapcsolatot, amelyben az ellentétes töltésű ionokat a kristályrácsban a köztük fellépő elektromos kölcsönhatás tartja össze. Az ionos kötés elsőrendű kémiai kötés. Az ionos kötés erősségét a rácsenergiával jellemezzük A rácsenergia az az energia, mely szükséges ahhoz, hogy 1 mol kristályos anyagot szabad ionokra bontsunk. Jele: ΔE r Az ionrács rácspontjain ellentétes töltésű ionok vannak, köztük erős, elsőrendű ionkötés tartja fenn a kapcsolatot (nem irányított). Ennek következtében az ionrácsban kristályosodó anyagok olvadás- és forráspontja magas, így közönséges körülmények között mind szilárd halmazállapotú, azonban a rácsenergia értéke közepes (befolyásolja az iontöltése, és az ion mérete). Az ionvegyületek

képlete csak az ionok számarányát fejezi ki (pl. NaCl bármelymennyiségű NaCl-ban a nátrium- és a kloridionok számaránya 1:1) Dipólusmolekulájú oldószerekben általában jól oldódnak, mert a dipólusos oldószerek molekulái erős kölcsönhatásba léphetnek az ionokkal (ezt a víz esetében hidratációnak nevezzük), és az így kiszakíthatják azokat a kristályrácsból. Szilárd halmazukban az ionok helyhez kötöttek, ezért csak olvadékuk, vagy vizes oldatuk vezeti az elektromos áramot. Keménységük közepes Ionrácsban kizárólag vegyület kristályosodhat, hiszen az ionkötés kialakulásának feltétele a kötést létesítő atomok EN-ának nagy különbsége. Tisztán ionrácsos anyagok a kis EN-sú fémek és a nagy EN-sú nemfémes elemek alkotta vegyületek (pl. NaCl, KBr, CaF 2 , CaO stb.) Az oxosavak savmaradék-anionjai is ionvegyületeket képeznek a fémionok többségével {pl. Al 2 (SO 4 ) 3 , Fe(NO 3 ) 2 , AgNO 3 , NaPO 4 stb} Atomrács Az

olyan anyagok, melyekben korlátlan számú atom kapcsolódik össze kovalens kötéssel, az atomrácsban kristályosodó anyagok közé soroljuk. Rácspontjain atomtörzsek vannak, köztük erős, irányított, elsőrendű kovalens kötések tartják fenn a kapcsolatot. A képlet csak az atomok ill. azok arányát fejezi ki Az erős kovalens kötés miatt az atomrácsban 1 http://www.doksihu kristályosodó anyagok olvadás- és forráspontja igen magas, így közönséges körülmények között minden atomrácsos anyag szilárd halmazállapotú és igen kemény. Rácsenergiája igen nagy. Erős, nehezen felszakítható kötéseik miatt nincsen oldószerük sem Halmazuk nem tartalmaz mozgékony, töltéssel rendelkező részecskéket, ezért szigetelők (esetleg félvezetők). Atomrácsban kristályosodnak a nemfémes elemek közül a széncsoport elemei (C, Si, Ge), amelyek képesek a tér minden irányában erős kötéseket létesíteni. Vegyületek is kristályosodhatnak

atomrácsban (pl. SiO 2 , SiC, ZnS, HgS) Tipikus atomrácsot mutat a gyémánt kristálya, ahol minden szénatom – szabályos tetraédert alkotva - négy másik szénatommal képez kovalens kötést (koordinációs szám:4). Fémrács A fématomok vegyértékhéján kevés számú e- van, ezek az atommagtól viszonylag messze tartózkodnak, kisebb energiával kötődnek. A fématomok úgy rendeződnek kristályba, hogy a rácspontjain pozitív töltésű részecskék („fémionok”) vannak. A fémrácsot alkotót atomok legkülső héjának elektronjai (ill. azok egy része) a teljes rácsra delokalizálódott elektronfelhőként tartja össze a fémrácsot A fématomok között kialakult kötést fémes kötésnek nevezzük (nem irányított). A fémes kötés olyan elsőrendű kémiai kötés, amelyben a rácspontokban levő fématomokat delokalizált elektronok tartják össze. Ennek köszönhetően a fémek jó elektromos és hő vezetők. A delokalizált elektronrendszer

könnyű gerjeszthetősége miatt a fémek mindenféle hullámhosszúságú fényt képesek elnyelni, viszont a fémfelület a fény egy részét visszaveri, így a fémek többsége szürke, felületük csillogó. A fémek olvadáspontja széles határok között változik A legalacsonyabb olvadáspontú fémek (pl. Hg) közönséges körülmények között folyékony halmazállapotúak, míg a d-mező fémei között igen magas, 1000-2000°C-os olvadáspontú is előfordul. Az eltérő olvadáspont egyik oka, a változó rácsenergia, vagyis a kötés erősségétől: - az atomok méretétől és a - vegyértékelektronok számától (pl. kisebb méret ált magasabb olvadáspontot és nagyobb sűrűséget eredményez). Ezekből következik, az is, hogy halmazállapotuk is változó. Olvadt állapotban, egymásban oldódnak, többségük híg (ki. + standard potenciálú fémek) és tömény savakkal (kiv. Al, Fe) egyaránt reakcióba lépnek („oldódnak”), és az Al, Zn, Sn

lúgoldatban is oldódnak. Fémrácsban kristályosodnak az I.A, IIA, I-VIIIB-ban található elemek és néhány vegyület. Molekularács A molekularácsban a rácspontokon molekulák - nemesgázok esetén atomok – vannak, köztük gyenge másodrendű (nem irányított) kötések tartják fenn a kapcsolatot. Ennek következtében az olvadás- és forráspontjuk viszonylag alacsony (ok: a rácsenergia igen kicsi), így közönséges körülmények között sok molekularácsos elem és vegyület gázhalmazállapotú vagy folyékony. A szilárd halmazállapotúak között pedig sok anyag van, amely könnyen szublimál (Szublimáció az a folyamat, amelyben a szilárd halmazállapotú anyag közvetlenül légnemű halmazállapotú anyaggá alakul át.) , ill törékeny vagy puha Halmazuk nem tartalmaz mozgékony, töltéssel rendelkező részecskéket, ezért sem szilárd halmazuk, sem olvadékuk nem vezeti az elektromos áramot (csak vizes oldatuk). Az apoláris molekulájú anyagok

apoláris, a poláris molekulákkal rendelkezők pedig poláris (pl. H 2 O) oldószerekben oldódnak. 2 http://www.doksihu Molekularácsban kristályosodik a nemfémes elemek többsége (H 2 , O 2 , F 2 , P 4 , S 8 stb.), és a molekulákat képező vegyületek (SO 2 , CO 2 , CCl 4 stb) A legtöbb szerves vegyület is molekularácsos. 3