สถานะผลึกอสัณฐานของของแข็ง บทเรียนวิดีโอ “สถานะผลึกของสสาร

ในสถานะของแข็ง สารส่วนใหญ่มีโครงสร้างเป็นผลึก สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายโดยการแยกชิ้นส่วนของสารและตรวจสอบผลการแตกหัก โดยปกติแล้ว ในการแตกหัก (เช่น ในน้ำตาล ซัลเฟอร์ โลหะ) ขอบผลึกเล็กๆ ที่อยู่ในมุมที่ต่างกันจะมองเห็นได้ชัดเจน เป็นประกายเนื่องจากการสะท้อนแสงที่แตกต่างกัน ในกรณีที่ผลึกมีขนาดเล็กมาก สามารถกำหนดโครงสร้างผลึกของสารได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์

สารแต่ละชนิดมักจะก่อตัวเป็นผลึกโดยสมบูรณ์ รูปร่างบางอย่าง- ตัวอย่างเช่น โซเดียมคลอไรด์ตกผลึกในรูปของลูกบาศก์ (รูปที่ 59, ก)สารส้ม - ในรูปของ octahedra (รูปที่ 59, ข)โซเดียมไนเตรต - ในรูปของปริซึม (รูปที่ 59, วี)ฯลฯ รูปทรงคริสตัลเป็นหนึ่งใน คุณสมบัติลักษณะสาร

ข้าว. 59.

ก- โซเดียมคลอไรด์ ข- สารส้ม; วี- โซเดียมไนเตรต

การจำแนกประเภทของรูปแบบผลึกขึ้นอยู่กับความสมมาตรของผลึก กรณีต่างๆ ของความสมมาตรของรูปทรงหลายเหลี่ยมแบบผลึกจะมีการอภิปรายโดยละเอียดในหลักสูตรผลึกศาสตร์ ในที่นี้เราเพียงชี้ให้เห็นว่ารูปแบบผลึกที่หลากหลายทั้งหมดสามารถลดลงเหลือเจ็ดกลุ่มหรือ ระบบคริสตัล,ซึ่งในที่สุดก็แบ่งออกเป็นชั้นเรียน

สารหลายชนิด โดยเฉพาะเหล็ก ทองแดง เพชร โซเดียมคลอไรด์ ตกผลึก ลูกบาศก์ระบบ. รูปแบบที่ง่ายที่สุดของระบบนี้คือ ลูกบาศก์, ทรงแปดหน้า, จัตุรมุข แมกนีเซียม สังกะสี น้ำแข็ง ควอทซ์ ตกผลึกเป็น หกเหลี่ยมระบบ. รูปแบบหลักของระบบนี้คือปริซึมหกเหลี่ยมและปิรามิดคู่

ผลึกธรรมชาติและคริสตัลที่ได้จากการประดิษฐ์นั้นไม่ค่อยตรงกันทุกประการ รูปแบบทางทฤษฎี- โดยปกติ เมื่อสารหลอมเหลวแข็งตัว ผลึกจะเติบโตด้วยกัน ดังนั้นรูปร่างของผลึกแต่ละชนิดจึงไม่ถูกต้องนัก เมื่อสารถูกปล่อยออกจากสารละลายอย่างรวดเร็ว ก็จะได้ผลึกเช่นกัน ซึ่งรูปร่างจะบิดเบี้ยวเนื่องจากการเติบโตที่ไม่สม่ำเสมอภายใต้สภาวะการตกผลึก

อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าคริสตัลจะพัฒนาไม่เท่ากันแค่ไหน ไม่ว่ารูปร่างจะบิดเบี้ยวแค่ไหนก็ตาม มุมที่คริสตัลมาบรรจบกัน ของสารนี้,ยังคงเหมือนเดิม นี่เป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของผลึกศาสตร์ - กฎความคงตัวของมุมด้านดังนั้นในเรื่องขนาด มุมไดฮีดรัลในคริสตัล เป็นไปได้ที่จะกำหนดว่าคริสตัลนั้นจัดอยู่ในระบบคริสตัลใดและคริสตัลนั้นจัดอยู่ในประเภทใด

ลักษณะของวัตถุที่เป็นผลึกไม่ได้จำกัดอยู่ที่รูปร่างของผลึกเท่านั้น แม้ว่าสารในคริสตัลจะเป็นเนื้อเดียวกันโดยสมบูรณ์หลายชนิดก็ตาม คุณสมบัติทางกายภาพ- ความแข็งแรง การนำความร้อน ทัศนคติต่อแสง ฯลฯ - ภายในคริสตัลไม่ได้เหมือนกันเสมอไป นี้ คุณสมบัติที่สำคัญ สารที่เป็นผลึกเรียกว่า แอนไอโซโทรปี

ตัวอย่างเช่นลองตัดไปในทิศทางที่แตกต่างจากคริสตัลลูกบาศก์ เกลือสินเธาว์สองแท่งที่มีความหนาเท่ากัน (รูปที่ 60) และกำหนดความต้านทานแรงดึงของแท่งเหล่านี้ ปรากฎว่าการทำลายบล็อกที่สองต้องใช้แรงมากกว่าการทำลายบล็อกแรกถึง 2.5 เท่า เห็นได้ชัดว่าความแข็งแกร่งของผลึกหินเกลือในทิศทางตั้งฉากกับหน้าลูกบาศก์นั้นน้อยกว่าในทิศทางของเส้นทแยงมุม 2.5 เท่า

ข้าว. 60.

ก- ในทิศทางตั้งฉากกับใบหน้าของลูกบาศก์ ข- ไปในทิศทางแนวทแยงของใบหน้าด้านใดด้านหนึ่งของลูกบาศก์

ในคริสตัลหลายๆ ชิ้น ความแตกต่างระหว่างความแข็งแกร่งในทิศทางที่แตกต่างกันนั้นยิ่งใหญ่มากจนเมื่อถูกกระแทกหรือแตกหัก พวกมันจะแยกออกตามระนาบที่ตั้งฉากกับความแข็งแกร่งที่น้อยที่สุด คุณสมบัติของคริสตัลนี้เรียกว่า ความแตกแยกตัวอย่างของการปรากฏตัวของความแตกแยกคือผลึกไมกาซึ่งอย่างที่ทราบกันดีว่าแบ่งออกเป็นแผ่นที่บางที่สุด

ความแตกต่างตามธรรมชาติในโครงสร้างของวัสดุที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่ (ยกเว้นผลึกเดี่ยว) เมื่อเปรียบเทียบกับของเหลวและโดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซ (น้ำหนักโมเลกุลต่ำ) คือการจัดองค์กรหลายระดับที่ซับซ้อนมากขึ้น (ดูตาราง 4.1 และรูปที่ 4.3) . นี่เป็นเพราะการลดลงของโควาเลนซีและการเพิ่มขึ้นของความเป็นโลหะและอิออนของพันธะโฮโมและเฮเทอโรนิวเคลียร์ขององค์ประกอบของโครงสร้างจุลภาค (ดูรูปที่ 6.2 และ 6.6 และตาราง 6.1-6.7) ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มจำนวน ขององค์ประกอบในโครงสร้างของสารและวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงสถานะการรวมกลุ่มที่สอดคล้องกัน เมื่อศึกษาลำดับชั้นโครงสร้างของวัสดุที่เป็นของแข็งจำเป็นต้องเข้าใจความสามัคคีและความแตกต่างในระดับต่างๆ การจัดโครงสร้างวัสดุโลหะแข็งและอโลหะโดยคำนึงถึงระดับของลำดับในปริมาณของวัสดุขององค์ประกอบที่ก่อตัวขึ้น ความสำคัญเป็นพิเศษมีความแตกต่างในโครงสร้างของวัตถุที่เป็นผลึกแข็งและอสัณฐานซึ่งประกอบด้วยความสามารถของวัสดุที่เป็นผลึกซึ่งต่างจากวัตถุอสัณฐานในการสร้าง ทั้งซีรีย์มากกว่า โครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าระดับโครงสร้างเคมีอิเล็กตรอน-นิวเคลียร์ขั้นพื้นฐาน

สถานะอสัณฐาน ความจำเพาะของสถานะอสัณฐาน (แปลจากภาษากรีก - ไม่มีรูปแบบ) อยู่ที่การปรากฏตัวของสาร สถานะควบแน่น (ของเหลวหรือของแข็ง)โดยที่ไม่มีโครงสร้างของคาบสามมิติในการจัดเรียงองค์ประกอบ (โครงกระดูกอะตอมหรือโมเลกุล) ที่ประกอบเป็นสารนี้ เป็นผลให้คุณสมบัติของสถานะอสัณฐานเกิดจากการขาดหายไป การสั่งซื้อระยะยาว -การทำซ้ำอย่างเข้มงวดในทุกทิศทางขององค์ประกอบโครงสร้างเดียวกัน (นิวเคลียสหรือโครงกระดูกอะตอม กลุ่มของโครงกระดูกอะตอม โมเลกุล ฯลฯ) ในช่วงเวลานับร้อยนับพัน ในขณะเดียวกันก็มีสารที่อยู่ในสถานะสัณฐานด้วย ปิดรับออเดอร์- ความสม่ำเสมอในการจัดเรียงองค์ประกอบโครงสร้างที่อยู่ติดกันเช่น ลำดับที่สังเกตได้ในระยะทางเทียบได้กับขนาดของโมเลกุล ความสม่ำเสมอนี้จะลดลงตามระยะทางและหายไปหลังจาก 0.5-1 นาโนเมตร สารอสัณฐานแตกต่างจากสารที่เป็นผลึกโดยไอโซโทรปี เช่น เช่นเดียวกับของเหลวมีค่าเท่ากันของคุณสมบัติที่กำหนดเมื่อวัดในทิศทางใดก็ได้ภายในสาร การเปลี่ยนผ่านของสารอสัณฐานจาก สถานะของแข็งเข้าไปในของเหลวไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างกะทันหัน - นี่เป็นครั้งที่สอง สัญญาณสำคัญ, แยกแยะ รัฐสัณฐาน แข็งจากผลึก ต่างจากสารผลึกซึ่งมีจุดหลอมเหลวซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างกะทันหัน สารอสัณฐานนั้นมีลักษณะของช่วงการทำให้อ่อนลงและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติอย่างต่อเนื่อง

สารอสัณฐานมีความคงตัวน้อยกว่าสารที่เป็นผลึก ตามหลักการแล้ว สารอสัณฐานใดๆ จะต้องตกผลึกเมื่อเวลาผ่านไป และกระบวนการนี้จะต้องเป็นแบบคายความร้อน บ่อยครั้งที่รูปแบบอสัณฐานและผลึกมีสถานะที่แตกต่างกันของสารเคมีหรือวัสดุชนิดเดียวกัน ดังนั้นจึงทราบรูปแบบอสัณฐานของสารโฮโมนิวเคลียร์จำนวนหนึ่ง (ซัลเฟอร์, ซีลีเนียม ฯลฯ ), ออกไซด์ (B 2 Oe, Si0 2, Ge0 2 เป็นต้น)

ในขณะเดียวกันก็มากมาย วัสดุอสัณฐานโดยเฉพาะอย่างยิ่ง โพลีเมอร์อินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่สามารถตกผลึกได้ ในทางปฏิบัติการตกผลึกของสารอสัณฐานโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลสูงนั้นพบได้น้อยมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างถูกยับยั้งเนื่องจากความหนืดสูงของสารเหล่านี้ ดังนั้นหากคุณไม่หันมาใช้ วิธีการพิเศษตัวอย่างเช่น หากต้องการสัมผัสที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน การเปลี่ยนไปสู่สถานะผลึกจะเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำมาก ในกรณีเช่นนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าสารที่อยู่ในสถานะอสัณฐานเกือบจะเสถียรโดยสมบูรณ์

ตรงกันข้ามกับสถานะอสัณฐานที่มีอยู่ในสารที่พบทั้งในรูปของเหลวหรือหลอมเหลวและในรูปควบแน่นของของแข็ง สภาพเหลือบหมายถึงสถานะของแข็งของสสารเท่านั้น ส่งผลให้ใน ของเหลวหรือ หลอมละลายสารสามารถอยู่ในสถานะสัณฐานได้ ด้วยการเชื่อมต่อประเภทใดก็ได้ที่ต้องการ(โควาเลนต์ โลหะ และไอออนิก) จึงมีโครงสร้างทั้งโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุล อย่างไรก็ตาม ในของแข็งไม่มีรูปร่างหรือแม่นยำกว่านั้น - สภาพเหลือบ โดยพื้นฐานแล้วจะมีสารที่ขึ้นอยู่กับกองกำลังทางเรือซึ่งมีลักษณะเด่นเป็นส่วนใหญ่ ประเภทของพันธะโควาเลนต์องค์ประกอบในสายโซ่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสถานะของแข็งอสัณฐานของสารนั้นได้มาจากการทำให้สถานะของเหลวเย็นลงเป็นพิเศษซึ่งรบกวนกระบวนการตกผลึกและนำไปสู่การ "แช่แข็ง" ของโครงสร้างโดยมีลำดับระยะสั้นในการจัดเรียง องค์ประกอบ โปรดทราบว่าการมีอยู่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ในโครงสร้างของวัสดุโพลีเมอร์เนื่องจากอิทธิพลของปัจจัยขนาด steric (ท้ายที่สุดแล้วการสร้างคริสตัลจากแคตไอออนได้ง่ายกว่าจากโมเลกุล) ทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนเพิ่มเติมของกระบวนการตกผลึก . ดังนั้นโพลีเมอร์อินทรีย์ (โพลีเมทิลเมทาคริเลต ฯลฯ) และอนินทรีย์ (ออกไซด์ของซิลิคอน ฟอสฟอรัส โบรอน ฯลฯ) จึงสามารถสร้างแก้วหรือทำให้เกิดสถานะอสัณฐานในวัสดุแข็งได้ จริงอยู่ที่ว่าโลหะหลอมในปัจจุบันด้วยอัตราการทำความเย็นที่สูงเป็นพิเศษ (>10 6 °C/s) จะถูกแปลงเป็นสถานะอสัณฐาน โดยได้ โลหะอสัณฐานหรือ แว่นตาโลหะด้วยคุณสมบัติอันทรงคุณค่าใหม่ที่ซับซ้อน

สถานะผลึก ในร่างกายที่เป็นผลึกจะสังเกตได้ดังนี้ ใกล้, ดังนั้น สั่งซื้อระยะไกลการจัดเรียงองค์ประกอบโครงสร้าง (โครงกระดูกอะตอมหรืออนุภาคในรูปของโมเลกุลเดี่ยว) เช่น องค์ประกอบโครงสร้างถูกวางไว้ในช่องว่างบน ระยะทางหนึ่งจากกันตามลำดับที่ถูกต้องทางเรขาคณิต คริสตัล -ของแข็งที่มี รูปร่างเป็นธรรมชาติ รูปทรงหลายเหลี่ยมปกติ- รูปร่างนี้เป็นผลมาจากการจัดเรียงองค์ประกอบตามลำดับในคริสตัล ทำให้เกิดการจัดเรียงเชิงพื้นที่สามมิติเป็นระยะในรูปแบบ ตาข่ายคริสตัลสารที่อยู่ในสถานะผลึกมีลักษณะเฉพาะคือการทำซ้ำเป็นระยะในสามมิติของตำแหน่งของโครงกระดูกอะตอมหรือโมเลกุลในโหนดของมัน คริสตัลคือสถานะสมดุลของของแข็ง ถึงทุกคน เคมีซึ่งอยู่ในสถานะผลึกภายใต้สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนด (อุณหภูมิ ความดัน) สอดคล้องกับโครงสร้างผลึกโควาเลนต์หรือโมเลกุล โลหะ และไอออนิกบางชนิด คริสตัลมีความสมมาตรทางโครงสร้างของโครงกระดูกอะตอม (แคตไอออนในโลหะหรือแคตไอออนและแอนไอออนในผลึกไอออนิก) หรือโมเลกุล ซึ่งมีความสมมาตรขนาดมหภาคที่สอดคล้องกันของรูปร่างภายนอก เช่นเดียวกับคุณสมบัติแอนไอโซโทรปี แอนไอโซโทรปี -นี่คือความแตกต่างของคุณสมบัติ (ทางกล กายภาพ เคมี) ของผลึกเดี่ยวในทิศทางที่ต่างกันของโครงผลึกของมัน ไอโซโทรปี -นี่คือความเหมือนกันของคุณสมบัติของสารในทิศทางต่างๆ โดยธรรมชาติแล้ว รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสารเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงเฉพาะหรือไม่เปลี่ยนแปลงในโครงสร้าง วัสดุที่เป็นผลึกจริง (รวมถึงโลหะ) คือ โครงสร้างกึ่งไอโซโทรปิกเหล่านั้น. เป็นไอโซโทรปิกในระดับโครงสร้างชั้นกลาง (ดูตารางที่ 4.1) และมีคุณสมบัติเหมือนกันในทุกทิศทาง เนื่องจากวัสดุผลึกธรรมชาติหรือคริสตัลเทียมส่วนใหญ่เป็น โพลีคริสตัลไลน์สสาร ไม่ใช่ผลึกเดี่ยว

(แบบเพชร). ประกอบด้วย ปริมาณมากที่เรียกว่า ธัญพืชหรือ ผลึก,ระนาบผลึกศาสตร์ซึ่งหมุนสัมพันธ์กันด้วยมุมที่กำหนด ในกรณีนี้ไม่ว่าทิศทางใดของโครงสร้าง meso ของวัสดุจะมีจำนวนเกรนเท่ากันโดยประมาณ การวางแนวที่แตกต่างกันระนาบผลึกซึ่งนำไปสู่ความเป็นอิสระของคุณสมบัติจากทิศทาง แต่ละเกรนประกอบด้วยองค์ประกอบแต่ละอย่าง - บล็อกซึ่งหมุนสัมพันธ์กันในมุมของลำดับหลายนาทีซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงไอโซโทรปีของคุณสมบัติของเกรนโดยรวม

สถานะผลึกของสารชนิดเดียวกันอาจแตกต่างกันในโครงสร้างและคุณสมบัติ จากนั้นจึงกล่าวได้ว่าสารนี้มีอยู่ในการปรับเปลี่ยนต่างๆ การมีอยู่ของการดัดแปลงผลึกหลายอย่างของสารที่กำหนดเรียกว่า ความหลากหลาย,และการเปลี่ยนจากการปรับเปลี่ยนอย่างหนึ่งไปสู่อีกการเปลี่ยนแปลงหนึ่ง - การเปลี่ยนแปลงแบบโพลีมอร์ฟิกต่างจากความหลากหลาย การจัดสรร- คือการมีอยู่ขององค์ประกอบในรูปของสาร "ธรรมดา" (หรือที่เจาะจงกว่านั้นคือโฮโมนิวเคลียร์) ต่างๆ โดยไม่คำนึงถึง สถานะเฟส- เช่น ออกซิเจน 0 2 และโอโซน O e - แบบฟอร์ม allotropicออกซิเจนที่มีอยู่ในสถานะก๊าซ ของเหลว และผลึก ในเวลาเดียวกัน เพชรและกราไฟต์ - คาร์บอนในรูปแบบ allotropic - ก็มีการปรับเปลี่ยนผลึกด้วยเช่นกัน ในกรณีนี้ แนวคิดของ "allotropy" และ "polymorphism" เกิดขึ้นตรงกันกับรูปแบบผลึกของมัน

ปรากฏการณ์นี้ก็มักจะถูกสังเกตเช่นกัน มอร์ฟิซึ่ม,โดยที่สารสองชนิดที่มีลักษณะต่างกันจะก่อตัวเป็นผลึกที่มีโครงสร้างเดียวกัน สารดังกล่าวสามารถแทนที่กันในโครงตาข่ายคริสตัลทำให้เกิดผลึกผสม ปรากฏการณ์ของ isomorphism ถูกแสดงให้เห็นครั้งแรกโดยนักแร่วิทยาชาวเยอรมัน E. Mitscherlich ในปี 1819 โดยใช้ตัวอย่างของ KH 2 P0 4, KH 2 As0 4 และ NH 4 H 2 P0 4 ผลึกผสมเป็นส่วนผสมของของแข็งที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยสมบูรณ์ - พวกมันเป็นเช่นนั้น สารละลายของแข็งทดแทนดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่ามอร์ฟิซึมคือความสามารถในการสร้างสารละลายของแข็งทดแทน

ตามเนื้อผ้า โครงสร้างคริสตัลแบ่งตามประเพณีเป็น homodesmic (การประสานงาน) และเฮเทอโรเดสมิก ตุ๊ด-desmicมีโครงสร้าง เช่น เพชร เฮไลด์ โลหะอัลคาไล- อย่างไรก็ตาม สารที่เป็นผลึกมักมีมากกว่ามาก เฮเทอโรเดสมิกโครงสร้าง; ของเธอ คุณลักษณะเฉพาะ- การมีอยู่ของชิ้นส่วนโครงสร้างซึ่งภายในโครงกระดูกอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่แข็งแกร่งที่สุด (โดยปกติคือโควาเลนต์) ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถจัดกลุ่มองค์ประกอบ สายโซ่ ชั้น และเฟรมได้อย่างจำกัด ดังนั้นโครงสร้างเกาะ, โซ่, ชั้นและเฟรมจึงมีความโดดเด่น เกือบทั้งหมดมีโครงสร้างเป็นเกาะ สารประกอบอินทรีย์และเช่นนั้น สารอนินทรีย์เช่นฮาโลเจน 0 2, N 2, C0 2, N 2 0 4 เป็นต้น บทบาทของเกาะเล่นโดยโมเลกุลซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมผลึกดังกล่าวจึงเรียกว่าโมเลกุล บ่อยครั้งที่ไอออนหลายอะตอม (เช่น ซัลเฟต, ไนเตรต, คาร์บอเนต) ทำหน้าที่เป็นเกาะ ตัวอย่างเช่น ผลึกของการดัดแปลง Se อย่างใดอย่างหนึ่งมีโครงสร้างลูกโซ่ (โครงกระดูกอะตอมเชื่อมโยงกับเกลียวที่ไม่มีที่สิ้นสุด) หรือผลึก PdCl 2 ซึ่งประกอบด้วยริบบิ้นที่ไม่มีที่สิ้นสุด โครงสร้างชั้น - กราไฟท์, BN, MoS 2 ฯลฯ โครงสร้างเฟรม - CaTYu 3 (โครงกระดูกอะตอมของ Ti และ O ซึ่งรวมกันด้วยพันธะโควาเลนต์สร้างกรอบ openwork ในช่องว่างซึ่งมีโครงกระดูกอะตอมของ Ca ตั้งอยู่) โครงสร้างเหล่านี้บางส่วนจัดอยู่ในประเภทโพลีเมอร์อนินทรีย์ (ปลอดคาร์บอน)

ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของพันธะระหว่างโครงกระดูกอะตอม (ในกรณีของโครงสร้างโฮโมเดสมิก) หรือระหว่างชิ้นส่วนโครงสร้าง (ในกรณีของโครงสร้างเฮเทอโรเดสมิก) พวกมันมีความโดดเด่น: โควาเลนต์ (เช่น SiC, เพชร), ไอออนิก, โลหะ (โลหะ และสารประกอบระหว่างโลหะ) และผลึกโมเลกุล ผลึกของกลุ่มสุดท้ายซึ่งชิ้นส่วนโครงสร้างเชื่อมต่อกันด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล มีจำนวนตัวแทนมากที่สุด

สำหรับ โควาเลนต์ผลึกเดี่ยว เช่น เพชร คาร์บอรันดัม ฯลฯ มีลักษณะการหักเหของแสง ความแข็งสูง และความต้านทานการสึกหรอ ซึ่งเป็นผลมาจากความแข็งแกร่งและทิศทาง พันธะโควาเลนต์ร่วมกับโครงสร้างเชิงพื้นที่สามมิติ (ตัวโพลีเมอร์)

อิออนผลึกเป็นรูปแบบที่การยึดเกาะขององค์ประกอบโครงสร้างจุลภาคในรูปแบบของการตอบโต้มีสาเหตุหลักมาจากพันธะเคมีไอออนิก ตัวอย่างของผลึกไอออนิกคือเฮไลด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ ในบริเวณโครงตาข่ายคริสตัลซึ่งมีไอออนบวกของโลหะที่มีประจุบวกสลับกันและไอออนฮาโลเจนที่มีประจุลบ (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F^, รูปที่ . 7.1)

ข้าว. 7.1.

ใน คริสตัลโลหะการทำงานร่วมกันของโครงกระดูกอะตอมในรูปของไอออนบวกของโลหะมีสาเหตุมาจากพันธะเคมีที่ไม่ใช่ทิศทางของโลหะเป็นส่วนใหญ่ ประเภทนี้คริสตัลเป็นลักษณะของโลหะและโลหะผสม ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลจะมีแกนอะตอม (แคตไอออน) เชื่อมต่อกันด้วยก๊าซอิเล็กตรอน (ก๊าซอิเล็กตรอน) เราจะกล่าวถึงโครงสร้างของตัวผลึกโลหะโดยละเอียดด้านล่าง

ผลึกโมเลกุลเกิดขึ้นจากโมเลกุล เพื่อนที่เกี่ยวข้องกับเพื่อนโดยกองกำลัง van der Waals หรือ พันธะไฮโดรเจน- ภายในโมเลกุลจะมีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกว่า (C k มีชัยเหนือ C และ และ C m) การเปลี่ยนแปลงเฟสของผลึกโมเลกุล (การหลอม, การระเหิด, การเปลี่ยนผ่านแบบโพลีมอร์ฟิก) เกิดขึ้นตามกฎโดยไม่ทำลายโมเลกุลแต่ละตัว ผลึกโมเลกุลส่วนใหญ่เป็นผลึกของสารประกอบอินทรีย์ (เช่น แนฟทาลีน) ผลึกโมเลกุลยังก่อตัวเป็นสารเช่น H 2, ฮาโลเจนเช่น J 2, N 2, 0 2, S g สารประกอบไบนารีประเภท H 2 0, C0 2, N 2 0 4, สารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก และสารประกอบเชิงซ้อนบางชนิด ผลึกโมเลกุลยังรวมถึงผลึกดังกล่าวด้วย โพลีเมอร์ธรรมชาติเช่นโปรตีน (รูปที่ 7.2) และกรดนิวคลีอิก

ตามกฎแล้วโพลีเมอร์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วข้างต้นยังหมายถึงสารที่ก่อตัวเป็นผลึกโมเลกุลด้วย อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่การอัดตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่มีลักษณะพับหรือเป็นไฟบริลลาร์ จะพูดถูกมากกว่า ผลึกโมเลกุลโควาเลนต์(รูปที่ 7.3)

ข้าว. 7.2.

ข้าว. 7.3.

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในช่วงเวลาขัดแตะช่วงหนึ่ง (เช่นช่วงเวลา กับในกรณีของโพลีเอทิลีนโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งอยู่ในโครงสร้างแบบพับได้ก่อตัวเป็นแผ่น) สารเคมีที่รุนแรง (รูปที่ 7.3) ส่วนใหญ่เป็นโควาเลนต์พันธะทำหน้าที่ ในเวลาเดียวกันกับคาบขัดแตะอีกสองคาบ (เช่น คาบ ขและ กับในผลึกโพลีเอทิลีนที่พับเหมือนกัน) แรงกระทำระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอลง

การแบ่งผลึกออกเป็นกลุ่มๆ เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไปตามอำเภอใจ เนื่องจากมีการเปลี่ยนจากกลุ่มหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่งอย่างค่อยเป็นค่อยไป เนื่องจากธรรมชาติของพันธะในผลึกเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่นในบรรดาสารประกอบระหว่างโลหะ - สารประกอบของโลหะซึ่งกันและกัน - เราสามารถแยกแยะกลุ่มของสารประกอบที่ส่วนประกอบโลหะลดลง พันธะเคมีและการเพิ่มขึ้นของส่วนประกอบโควาเลนต์และไอออนิกที่สอดคล้องกันทำให้เกิดการก่อตัวของคอเลสเตอรอลตามเวเลนซ์คลาสสิก ตัวอย่างของสารประกอบดังกล่าวได้แก่ สารประกอบของแมกนีเซียมที่มีธาตุ กลุ่มย่อยหลักกลุ่ม IV และ V ตารางธาตุซึ่งเป็นการเปลี่ยนผ่านระหว่างโลหะและอโลหะ (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 3 As 2, Mg 3 Sb 7, Mg 3 Bi 7) ไปยังหลัก คุณสมบัติลักษณะซึ่งโดยปกติจะรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

• โครงตาข่ายคริสตัลเฮเทอโรนิวเคลียร์ของพวกมันแตกต่างจากโครงตาข่ายโฮโมนิวเคลียร์ของสารประกอบหลัก
• ในการรวมกันมักจะรักษาอัตราส่วนหลาย ๆ ส่วนประกอบอย่างง่าย ๆ ไว้เพื่อให้สามารถแสดงองค์ประกอบด้วยสูตรง่าย ๆ A w B;? โดยที่ A และ B เป็นองค์ประกอบที่สอดคล้องกัน ตและ พี - หมายเลขเฉพาะ;
• สารประกอบเฮเทอโรนิวเคลียร์มีลักษณะเฉพาะด้วยคุณภาพโครงสร้างและคุณสมบัติใหม่ซึ่งแตกต่างไปจากสารประกอบดั้งเดิม

ในคริสตัล องค์ประกอบโครงสร้าง(ไอออน โครงกระดูกอะตอม โมเลกุล) ที่ก่อตัวเป็นผลึกจะถูกจัดเรียงอย่างสม่ำเสมอในทิศทางที่ต่างกัน (รูปที่ 7 ลา)โดยปกติแล้วภาพเชิงพื้นที่ของโครงสร้างผลึกจะแสดงเป็นแผนผัง (รูปที่ 7.45) โดยทำเครื่องหมายจุดศูนย์ถ่วงด้วยจุด องค์ประกอบโครงสร้างรวมถึงลักษณะขัดแตะด้วย

เครื่องบินขนานกัน ประสานงานเครื่องบินซึ่งตั้งอยู่ห่างไกล ก ข คจากกันแบ่งคริสตัลออกเป็นเส้นขนานที่มีขนาดเท่ากันและขนานกัน ที่เล็กที่สุดเรียกว่า เซลล์หน่วยการรวมกันของพวกเขาก่อให้เกิดมิติเชิงพื้นที่ ตาข่ายคริสตัลจุดยอดของเส้นขนานนั้นเป็นโหนดของโครงตาข่ายเชิงพื้นที่ จุดศูนย์ถ่วงขององค์ประกอบที่คริสตัลถูกสร้างขึ้นตรงกับโหนดเหล่านี้

โครงตาข่ายคริสตัลเชิงพื้นที่อธิบายโครงสร้างของคริสตัลได้อย่างสมบูรณ์ เพื่ออธิบายหน่วยเซลล์ของโครงตาข่ายคริสตัล มีการใช้จำนวนหกจำนวน: สามส่วน เท่ากับระยะทางที่ใกล้ที่สุด อนุภาคมูลฐานตามแนวแกนพิกัด ก, ข, ค,และมุมสามมุมระหว่างส่วนเหล่านี้ a, (3, y

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้จะกำหนดรูปร่างของเซลล์ ขึ้นอยู่กับว่าผลึกทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นเจ็ดระบบ (ตารางที่ 7.1)

ขนาดของเซลล์หน่วยของโครงตาข่ายคริสตัลประเมินตามส่วนต่างๆ ก ข คพวกเขาถูกเรียกว่า ช่วงขัดแตะเมื่อทราบคาบขัดแตะ คุณจะสามารถกำหนดรัศมีของแกนอะตอมขององค์ประกอบได้ รัศมีนี้เท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะห่างที่เล็กที่สุดระหว่างอนุภาคในโครงตาข่าย

ระดับความซับซ้อนของโครงตาข่ายนั้นตัดสินโดย จำนวนองค์ประกอบโครงสร้างต่อหน่วยเซลล์ ในโครงตาข่ายเชิงพื้นที่แบบธรรมดา (ดูรูปที่ 7.4) จะมีองค์ประกอบหนึ่งรายการต่อเซลล์เสมอ แต่ละเซลล์มีจุดยอดแปดจุดแต่

ข้าว. 7.4. การจัดเรียงองค์ประกอบในคริสตัล: ก- รูปภาพพร้อมตำแหน่งของปริมาตรของโครงกระดูกอะตอมขององค์ประกอบ ข -ภาพเชิงพื้นที่ของเซลล์หน่วยและพารามิเตอร์

ตารางที่ 7.1

ลักษณะเฉพาะของระบบคริสตัล

แต่ละองค์ประกอบที่จุดยอดเป็นของแปดเซลล์ตามลำดับ ดังนั้น จากโหนด แต่ละเซลล์จะมีปริมาตร Y 8 และมีทั้งหมดแปดโหนดในเซลล์ ดังนั้นจึงมีองค์ประกอบโครงสร้างหนึ่งองค์ประกอบต่อเซลล์

ในโครงข่ายเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อน จะมีองค์ประกอบโครงสร้างมากกว่าหนึ่งองค์ประกอบต่อเซลล์เสมอ ซึ่งพบได้บ่อยที่สุดในสารประกอบโลหะบริสุทธิ์ที่สำคัญที่สุด (รูปที่ 7.5)

โลหะต่อไปนี้ตกผลึกในตาข่าย bcc: Fea, W, V, Cr, Li, Na, K ฯลฯ Fey, Ni, Coa, Cu, Pb, Pt, Au, Ag ฯลฯ ตกผลึกในตาข่าย fcc , Ti a, Co p, Cd, Zn ฯลฯ ตกผลึกในโครงตาข่าย hcp

ระบบ ระยะเวลา และจำนวนองค์ประกอบโครงสร้างต่อหน่วยเซลล์ ช่วยให้เราจินตนาการถึงตำแหน่งของเซลล์หลังในคริสตัลได้อย่างเต็มที่ ในหลายกรณี มีการใช้คุณลักษณะเพิ่มเติมของโครงตาข่ายคริสตัล โดยพิจารณาจากรูปทรงเรขาคณิตและสะท้อนถึงความหนาแน่นของการอัดแน่นขององค์ประกอบต่างๆ

ข้าว. 7.5. ประเภทของเซลล์หน่วยที่ซับซ้อนของโปรยคริสตัล: เอ -โอซีซี; 6 - สาธารณสุข; วี- HCP บรรจุอนุภาคในผลึก ลักษณะดังกล่าวคือ CN และค่าสัมประสิทธิ์ความกะทัดรัด

กำหนดจำนวนอนุภาคมูลฐานที่มีระยะห่างเท่ากันที่ใกล้ที่สุด หมายเลขประสานงาน.ตัวอย่างเช่น สำหรับลูกบาศก์ตาข่ายอย่างง่าย CN จะเป็น 6 (Kb) ในโครงตาข่ายของลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางร่างกาย (BCC) สำหรับแต่ละแกนอะตอม จำนวนเพื่อนบ้านดังกล่าวจะเท่ากับแปด (K8) สำหรับตาข่ายลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางหน้า (FCC) หมายเลข CN คือ 12 (K 12)

อัตราส่วนของปริมาตรของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดต่อหน่วยเซลล์ต่อปริมาตรทั้งหมดของเซลล์ประถมศึกษาจะเป็นตัวกำหนด ปัจจัยความกะทัดรัดสำหรับลูกบาศก์ตาข่ายอย่างง่าย สัมประสิทธิ์นี้คือ 0.52 สำหรับ bcc - 0.68 และ fcc - 0.74

• ซิรอตคิน อาร์.โอ. ผลของสัณฐานวิทยาต่อพฤติกรรมผลผลิตของโพลีเอทิลีนที่ตกผลึกในสารละลาย: วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก, มหาวิทยาลัยนอร์ธลอนดอน - ลอนดอน, 2544.

สถานะผลึกสารมีลักษณะเฉพาะคือการมีลำดับระยะยาวในการจัดเรียงอนุภาค (อะตอม, โมเลกุล) ในสถานะผลึกยังมีลำดับระยะสั้นซึ่งมีลักษณะเป็นค่าคงที่ เบอร์ประสานงานและความยาวทางเคมี การเชื่อมต่อ ความคงที่ของคุณลักษณะลำดับระยะสั้นในสถานะผลึกทำให้เกิดความบังเอิญของเซลล์โครงสร้างระหว่างการเคลื่อนที่ของการแปลและการก่อตัวของคาบสามมิติของโครงสร้าง (ดูคริสตัล)

เนื่องจากลำดับสูงสุด สถานะผลึกจึงมีคุณลักษณะขั้นต่ำ พลังงานภายในและเป็นสถานะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ภายใต้พารามิเตอร์ที่กำหนด - ความดัน อุณหภูมิ องค์ประกอบ (ในกรณีนี้ โซลูชั่นที่มั่นคง) ฯลฯ พูดอย่างเคร่งครัด ไม่สามารถบรรลุสถานะผลึกที่เรียงลำดับอย่างสมบูรณ์ได้ วิธีการจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิมีแนวโน้มเป็น 0 K (ที่เรียกว่าคริสตัลในอุดมคติ) ร่างกายที่แท้จริงในสถานะผลึกจะมีปริมาณอยู่บ้างเสมอ ข้อบกพร่องฝ่าฝืนคำสั่งทั้งระยะสั้นและระยะยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารละลายที่เป็นของแข็ง ซึ่งแต่ละอนุภาคและกลุ่มของอนุภาคจะมีตำแหน่งที่แตกต่างกันในอวกาศในทางสถิติ

เนื่องจากคาบสามมิติ โครงสร้างอะตอมคุณสมบัติหลักคือความสม่ำเสมอของคุณสมบัติและความสมมาตรซึ่งแสดงออกมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในความจริงที่ว่าภายใต้เงื่อนไขของการก่อตัวบางอย่างคริสตัลจะมีรูปทรงหลายเหลี่ยม (ดูการเติบโต) คุณสมบัติบางอย่างบนและใกล้พื้นผิวของคริสตัลแตกต่างอย่างมากจากคุณสมบัติภายในคริสตัล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการแตกหักแบบสมมาตร องค์ประกอบและคุณสมบัติจึงเปลี่ยนไปตลอดปริมาตรของคริสตัล เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของตัวกลางอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อคริสตัลเติบโตขึ้น ดังนั้นความสม่ำเสมอของคุณสมบัติตลอดจนการมีอยู่ของลำดับระยะยาวจึงหมายถึงคุณลักษณะของสถานะผลึก "ในอุดมคติ"

วัตถุส่วนใหญ่ในสถานะผลึกนั้นเป็นโพลีคริสตัลไลน์และเป็นตัวแทนของการเจริญเติบโตสลับกัน จำนวนมากผลึกขนาดเล็ก (ธัญพืช) - พื้นที่ขนาด 10 -1 -10 -3 มม. รูปร่างไม่สม่ำเสมอและมุ่งหมายให้แตกต่างออกไป เมล็ดข้าวจะถูกแยกออกจากกันโดยชั้นระหว่างคริสตัลไลน์ ซึ่งรบกวนลำดับของอนุภาค ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนยังเกิดขึ้นในชั้นระหว่างคริสตัลไลน์ระหว่างการตกผลึก เนื่องจากการวางแนวแบบสุ่มของเมล็ดพืช โครงสร้างโพลีคริสตัลลีนโดยรวม (ปริมาตรที่มีเมล็ดค่อนข้างมาก) จึงสามารถเป็นไอโซโทรปิกได้ เช่น ได้รับจากการตกตะกอนของผลึก - อย่างไรก็ตาม โดยปกติแล้วในกระบวนการและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพลาสติก จะมีพื้นผิวปรากฏขึ้น - ข้อดี การวางแนวของเม็ดคริสตัลในทิศทางที่แน่นอน นำไปสู่คุณสมบัติแอนไอโซโทรปี

เนื่องจากสถานะผลึก ระบบที่มีส่วนประกอบเดียวจึงสามารถตอบสนองต่อหลายฟิลด์ที่อยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำและสูงขึ้นได้ หากมีสถานะผลึกเพียงสนามเดียวและสารไม่สลายตัวทางเคมีตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สนามของสถานะผลึกจะขอบเขตบนสนามก๊าซตามแนวการหลอมและการระเหิด - การควบแน่นตามลำดับและของเหลวและก๊าซ (ไอ) สามารถอยู่ในสถานะ metastable (supercooled) ในสนามที่มีสถานะเป็นผลึก ในขณะที่สถานะผลึกไม่สามารถอยู่ในสนามหรือไอได้ กล่าวคือ สารที่เป็นผลึกไม่สามารถถูกทำให้ร้อนเกินไปเหนือจุดหลอมเหลวหรือการระเหิด บางชนิด (มีโซเจน) เปลี่ยนเป็นสถานะผลึกเหลวเมื่อถูกความร้อน (ดู ผลึกเหลว - หากมีฟิลด์สถานะผลึกสองช่องขึ้นไปบนไดอะแกรมของระบบที่มีองค์ประกอบเดียว ช่องเหล่านี้จะมีเส้นขอบตามแนวการแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก สารที่เป็นผลึกสามารถถูกทำให้ร้อนเกินไปหรือทำให้เย็นลงเป็นพิเศษต่ำกว่าอุณหภูมิของการเปลี่ยนรูปโพลีมอร์ฟิก ในกรณีนี้ สถานะของผลึกที่อยู่ระหว่างการพิจารณาอาจอยู่ในขอบเขตของการดัดแปลงผลึกอื่นๆ และสามารถแพร่กระจายได้

ในขณะที่ของเหลวและไอเกิดจากการดำรงอยู่ จุดวิกฤติบนเส้นการระเหยสามารถแปลงเป็นกันอย่างต่อเนื่อง คำถามเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงร่วมกันอย่างต่อเนื่องของสถานะผลึกยังไม่ได้รับการแก้ไขในที่สุด สำหรับสารบางชนิด คุณสามารถประมาณค่าพารามิเตอร์วิกฤตได้ - ความดันและอุณหภูมิที่ DH pl และ DV pl เท่ากับศูนย์ กล่าวคือ สถานะผลึกและของเหลวไม่สามารถแยกความแตกต่างทางอุณหพลศาสตร์ได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นกับพวกเขาเลย (ดู สภาพวิกฤติ).

สารสามารถถ่ายโอนจากสถานะผลึกไปสู่สถานะที่ไม่เป็นระเบียบ (สัณฐานหรือคล้ายแก้ว) ซึ่งไม่เป็นไปตามค่าขั้นต่ำ พลังงานฟรีไม่เพียงแต่จากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์สถานะ (ความดัน อุณหภูมิ องค์ประกอบ) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลกระทบด้วย รังสีไอออไนซ์หรือการบดละเอียด ขนาดอนุภาควิกฤตซึ่งไม่สมเหตุสมผลที่จะพูดถึงสถานะของผลึกอีกต่อไปคือประมาณ 1 นาโนเมตร กล่าวคือ ลำดับเดียวกันกับขนาดของเซลล์หน่วย

รัฐรวมสาร

ในส่วนนี้เราจะดูที่ สถานะของการรวมตัวซึ่งสสารที่อยู่รอบตัวเราอาศัยอยู่และพลังแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของสสารที่มีอยู่ในแต่ละสถานะของการรวมตัว

1. สถานะของของแข็ง,

2. สถานะของเหลว และ

สถานะก๊าซ.

สถานะการรวมกลุ่มที่สี่มักมีความโดดเด่น - พลาสมา.

บางครั้งสถานะพลาสมาถือเป็นสถานะก๊าซชนิดหนึ่ง

พลาสมา - ก๊าซไอออไนซ์บางส่วนหรือทั้งหมดซึ่งส่วนใหญ่มักเกิดอยู่ที่อุณหภูมิสูง

พลาสมาเป็นสถานะของสสารที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล เนื่องจากสสารของดวงดาวอยู่ในสถานะนี้

สำหรับทุกคน สถานะของการรวมตัวลักษณะเฉพาะในธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของสารซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

สารแต่ละชนิดสามารถมีอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกันได้ เมื่อเพียงพอ อุณหภูมิต่ำสารทั้งหมดเข้าแล้ว สถานะของแข็ง- แต่เมื่อพวกมันร้อนขึ้นพวกมันก็กลายเป็น ของเหลว, แล้ว ก๊าซ- เมื่อได้รับความร้อนมากขึ้น พวกมันจะกลายเป็นไอออน (อะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนบางส่วน) และเข้าสู่สถานะ พลาสมา.

สถานะก๊าซ(จากก๊าซดัตช์กลับไปเป็นภาษากรีกโบราณ Χάος ) มีลักษณะเฉพาะอย่างมาก ความสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่างอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ

โมเลกุลหรืออะตอมที่ก่อตัวเป็นแก๊สจะเคลื่อนที่อย่างโกลาหล และโดยส่วนใหญ่แล้วจะอยู่ห่างจากกันมาก (เทียบกับขนาดของมัน) ส่งผลให้ แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของก๊าซนั้นมีน้อยมาก.

คุณสมบัติหลักของแก๊สคือมันเติมเต็มพื้นที่ว่างทั้งหมดโดยไม่สร้างพื้นผิว ก๊าซจะผสมกันอยู่เสมอ แก๊สเป็นสารไอโซโทรปิกกล่าวคือคุณสมบัติของมันไม่ขึ้นอยู่กับทิศทาง

ในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง ความดันเหมือนกันทุกจุดของแก๊ส ในด้านแรงโน้มถ่วง ความหนาแน่นและความดันไม่เท่ากันในแต่ละจุด โดยจะลดลงตามความสูง ดังนั้นในสนามแรงโน้มถ่วงส่วนผสมของก๊าซจึงไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ก๊าซหนักมีแนวโน้มที่จะสงบลงและมากขึ้น ปอด- ลุกขึ้น

แก๊สมีกำลังอัดสูง- เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของมันจะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นพวกมันจะขยายตัว

เมื่อถูกบีบอัด ก๊าซก็จะกลายเป็นของเหลวได้แต่การควบแน่นจะไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดๆ แต่จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต อุณหภูมิวิกฤตเป็นลักษณะของก๊าซชนิดใดชนิดหนึ่งและขึ้นอยู่กับแรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลของมัน เช่น แก๊ส ฮีเลียมสามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเท่านั้น 4.2 ก.

มีก๊าซหลายชนิดที่เมื่อเย็นตัวลงจะกลายเป็นของแข็งและผ่านสถานะของเหลวไป การเปลี่ยนของเหลวเป็นแก๊สเรียกว่าการระเหย และเรียกว่าการเปลี่ยนของแข็งเป็นแก๊สโดยตรง การระเหิด.

แข็ง

สถานะของของแข็งเมื่อเทียบกับสถานะการรวมกลุ่มอื่นๆ โดดเด่นด้วยความมั่นคงของรูปร่าง.

แยกแยะ ผลึกและ ของแข็งอสัณฐาน.

สถานะของสสารที่เป็นผลึก

ความมั่นคงของฟอร์ม ของแข็งเกิดจากการที่คนส่วนใหญ่ที่อยู่ในสถานะของแข็งมี โครงสร้างผลึก.

ในกรณีนี้ระยะห่างระหว่างอนุภาคของสารมีขนาดเล็กและแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเหล่านั้นมีขนาดใหญ่ซึ่งกำหนดความเสถียรของแบบฟอร์ม

ง่ายต่อการตรวจสอบโครงสร้างผลึกของของแข็งหลายชนิดโดยการแยกชิ้นส่วนของสารและตรวจสอบผลการแตกหัก โดยปกติแล้ว ในการแตกหัก (เช่น ในน้ำตาล ซัลเฟอร์ โลหะ ฯลฯ) ขอบผลึกเล็กๆ ที่อยู่ในมุมที่ต่างกันจะมองเห็นได้ชัดเจน เป็นประกายเนื่องจากการสะท้อนของแสงที่แตกต่างกัน

ในกรณีที่ผลึกมีขนาดเล็กมาก สามารถกำหนดโครงสร้างผลึกของสารได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์

รูปทรงคริสตัล

สารแต่ละชนิดก่อตัวขึ้น คริสตัลเป็นรูปแบบที่แน่นอนอย่างสมบูรณ์

รูปแบบผลึกที่หลากหลายสามารถลดลงได้เจ็ดกลุ่ม:

1. ไตรคลินิก(ขนานกัน),

2.โมโนคลินิก(ปริซึมที่มีรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานที่ฐาน)

3. ขนมเปียกปูน (ทรงลูกบาศก์),

4. เหลี่ยม(สี่เหลี่ยมขนานกับฐานสี่เหลี่ยมจัตุรัส)

5. ตรีโกณมิติ,

6. หกเหลี่ยม(ปริซึมโดยให้ฐานอยู่ตรงกลางอย่างถูกต้อง
หกเหลี่ยม)

7. คิวบิก(ลูกบาศก์).

สารหลายชนิด โดยเฉพาะเหล็ก ทองแดง เพชร โซเดียมคลอไรด์ ตกผลึก ระบบลูกบาศก์- รูปแบบที่ง่ายที่สุดของระบบนี้คือ ลูกบาศก์, ทรงแปดหน้า, จัตุรมุข.

แมกนีเซียม สังกะสี น้ำแข็ง ควอทซ์ ตกผลึกเป็น ระบบหกเหลี่ยม- รูปแบบหลักของระบบนี้คือ ปริซึมหกเหลี่ยมและปิรามิดคู่.

ผลึกธรรมชาติตลอดจนคริสตัลที่ได้จากการประดิษฐ์นั้นไม่ค่อยสอดคล้องกับรูปแบบทางทฤษฎีทุกประการ โดยปกติ เมื่อสารหลอมเหลวแข็งตัว ผลึกจะเติบโตด้วยกัน ดังนั้นรูปร่างของผลึกแต่ละชนิดจึงไม่ถูกต้องนัก

อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าคริสตัลจะพัฒนาไม่เท่ากันเพียงใด ไม่ว่ารูปร่างจะบิดเบี้ยวเพียงใด มุมที่หน้าคริสตัลของสารชนิดเดียวกันบรรจบกันจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

แอนไอโซโทรปี

ลักษณะของวัตถุที่เป็นผลึกไม่ได้จำกัดอยู่ที่รูปร่างของผลึกเท่านั้น แม้ว่าสารในคริสตัลจะเป็นเนื้อเดียวกันโดยสมบูรณ์ แต่คุณสมบัติทางกายภาพหลายประการ เช่น ความแข็งแรง การนำความร้อน ความสัมพันธ์กับแสง ฯลฯ จะไม่เหมือนกันในทิศทางที่ต่างกันภายในคริสตัลเสมอไป คุณสมบัติที่สำคัญของสารผลึกนี้เรียกว่า แอนไอโซโทรปี.

โครงสร้างภายในของคริสตัล โปรยคริสตัล

แบบฟอร์มภายนอกคริสตัลสะท้อนมัน โครงสร้างภายในและเกิดจากการจัดเรียงที่ถูกต้องของอนุภาคที่ประกอบเป็นคริสตัล - โมเลกุล อะตอม หรือไอออน

การจัดเรียงนี้สามารถแสดงเป็น ตาข่ายคริสตัล– กรอบเชิงพื้นที่ที่เกิดจากเส้นตรงตัดกัน ณ จุดตัดกันของเส้น - โหนดขัดแตะ– ศูนย์กลางของอนุภาคอยู่

ขึ้นอยู่กับลักษณะของอนุภาคที่อยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลและแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเหล่านั้นมีชัยเหนือในคริสตัลที่กำหนด พวกมันมีความโดดเด่น ประเภทต่อไปนี้ โปรยคริสตัล:

1. โมเลกุล,

2. อะตอม,

3. อิออนและ

4.โลหะ.

ตาข่ายโมเลกุลและอะตอมมีอยู่ในสารที่มีพันธะโควาเลนต์ ตาข่ายไอออนิกมีอยู่ในสารประกอบไอออนิก และตาข่ายโลหะมีอยู่ในโลหะและโลหะผสมของพวกมัน

· อะตอม โปรยคริสตัล

อะตอมตั้งอยู่ที่บริเวณโครงตาข่ายของอะตอม- พวกเขาเชื่อมต่อถึงกัน พันธะโควาเลนต์.

มีสารที่มีโครงอะตอมค่อนข้างน้อย พวกเขาเป็นของ เพชร, ซิลิคอนและสารประกอบอนินทรีย์บางชนิด

สารเหล่านี้มีลักษณะความแข็งสูง ทนไฟและไม่ละลายในตัวทำละลายเกือบทุกชนิด คุณสมบัติเหล่านี้อธิบายได้ด้วยความแข็งแกร่ง พันธะโควาเลนต์.

โปรยคริสตัลโมเลกุล

โมเลกุลตั้งอยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายโมเลกุล- พวกเขาเชื่อมต่อถึงกัน แรงระหว่างโมเลกุล.

สารด้วย ตาข่ายโมเลกุลมากมาย พวกเขาเป็นของ อโลหะยกเว้นคาร์บอนและซิลิกอนทั้งหมด สารประกอบอินทรีย์ด้วยพันธะที่ไม่ใช่ไอออนิกและ สารประกอบอนินทรีย์หลายชนิด.

แรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลนั้นอ่อนกว่าแรงของพันธะโควาเลนต์มาก ดังนั้น ผลึกโมเลกุลจึงมีความแข็งต่ำ สามารถหลอมละลายได้และระเหยได้

โครงผลึกไอออนิก

ไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบจะอยู่ที่ตำแหน่งของโครงไอออนิกสลับกัน- พวกเขาเชื่อมต่อกันด้วยกำลัง แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต.

สารประกอบที่มีพันธะไอออนิกที่ก่อให้เกิดโครงตาข่ายไอออนิกได้แก่ เกลือส่วนใหญ่และออกไซด์เล็กน้อย.

ตามกำลัง โปรยไอออนิกด้อยกว่าอะตอม แต่สูงกว่าโมเลกุล

สารประกอบไอออนิกมีการเปรียบเทียบ อุณหภูมิสูงละลาย ความผันผวนในกรณีส่วนใหญ่ไม่ได้ดีนัก

โครงคริสตัลโลหะ

ที่โหนดของโครงโลหะมีอะตอมของโลหะซึ่งอิเล็กตรอนที่มีร่วมกับอะตอมเหล่านี้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

หน้า 1

สถานะผลึกของสสารมีลักษณะเฉพาะด้วยการวางตำแหน่งแบบสามมิติ วัสดุก่อสร้าง- คุณลักษณะนี้มีพื้นฐานมาจากการเลี้ยวเบน รังสีเอกซ์ผ่านคริสตัล และด้วยเหตุนี้การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ทั้งหมดของผลึก  

สถานะผลึกของสารเกิดขึ้นเมื่อรับรู้ทั้งลำดับระยะสั้นและระยะยาว ตำแหน่งสัมพัทธ์อนุภาค ลิงค์และเซ็กเมนต์ของโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถโต้ตอบได้ทั้งภายในและระหว่างโมเลกุล  

สถานะผลึกของสารมีลักษณะเฉพาะคืออนุภาคของสาร (อะตอม ไอออน หรือโมเลกุล) ถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ ในระยะห่างที่คงที่จากกันและกัน ก่อตัวเป็นโครงตาข่ายปกติ ใน สารอสัณฐานไม่มีการสังเกตลำดับปกติในการจัดเรียงอนุภาค  

สถานะผลึกของสารมีลักษณะเฉพาะด้วยการจัดเรียงที่ถูกต้องในอวกาศของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นคริสตัล การก่อตัวของผลึก หรือเชิงพื้นที่ ขัดแตะ จุดศูนย์กลางที่อนุภาคอยู่ในคริสตัลเรียกว่าโหนดตาข่ายเชิงพื้นที่  

สถานะผลึกของสารมีลักษณะเฉพาะคือการจัดเรียงอะตอมทั้งหมดซ้ำเป็นระยะๆ อย่างเคร่งครัด รูปภาพดังกล่าวเหมาะอย่างยิ่งและคริสตัลที่มีการจัดเรียงอะตอมในอุดมคตินั้นเรียกว่าสมบูรณ์แบบ ในผลึกจริงมักมีการเบี่ยงเบนและการละเมิดการจัดเรียงอะตอมในอุดมคติอยู่เสมอ การละเมิดเหล่านี้เรียกว่าความไม่สมบูรณ์หรือข้อบกพร่อง  

สถานะผลึกของสสารมีลักษณะเป็นคาบสามมิติในการวางวัสดุก่อสร้าง คุณลักษณะนี้รองรับการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่ส่งผ่านคริสตัล และจึงเป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผลึกทั้งหมด  

สถานะผลึกของสารมีลักษณะพิเศษคือการจัดเรียงอะตอมทั้งหมดในโครงตาข่ายคริสตัลสม่ำเสมอและสม่ำเสมออย่างเคร่งครัด คริสตัลที่มีการจัดเรียงอะตอมในอุดมคติเช่นนี้เรียกว่าสมบูรณ์แบบ ในคริสตัลจริง การเบี่ยงเบนและการละเมิดการจัดเรียงอะตอมในอุดมคติจะถูกตรวจพบอยู่เสมอ ความผิดปกติเหล่านี้เรียกว่าความไม่สมบูรณ์หรือข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก  

สถานะผลึกของสารมีลักษณะเฉพาะด้วยการวางแนวของอนุภาคที่สัมพันธ์กันและคุณสมบัติแอนไอโซโทรปี (ความเป็นเวกเตอร์) ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เมื่อคุณสมบัติของคริสตัล (การนำความร้อน ความต้านทานแรงดึง ฯลฯ) ไม่เหมือนกันในทิศทางที่ต่างกัน .