background image

1.

 

Na  podanych  rysunkach  zamieszczono  dyfraktogramy  ciał  stałych.  Co  można  powiedzieć  o 

strukturze krystalicznej tych materiałów? Odpowiedź uzasadnij. (1) 

 

Kryształ - ciało stałe dające dyskretny obraz dyfrakcyjny. Zatem materiał, którego dyfraktogram 

jest oznaczony jako B ma strukturę krystaliczną, a materiał o którego dyfraktogram jest oznaczony 

jako A nie ma struktury krystalicznej. 

2.

 

Które z podanych ciał stałych nie są przewodnikami elektrycznymi? Mg(s), C(grafit), I

2

(s), H

2

O(s) 

(1) 

I

2

(s), H

2

O(s) 

3.

 

Podaj co najmniej trzy charakterystyczne właściwości kryształów kowalencyjnych. (1

twarde, wysoka temperatura topnienia, słabe przewodnictwo cieplne i elektryczne 

4.

 

Jakie są indeksy (hkl) płaszczyzn krystalograficznych na załączonych rysunkach? (1) 

   

   

 

5.

 

Narysuj  kształt  komórki  elementarnej  heksagonalnego  układu  krystalograficznego,  zaznaczając 

symbolicznie charakterystyczne kąty i długości. (1) 

 a=b≠c, α=β=90, γ≠120 

Należy pamiętać, że komórka elementarna to równoległościan (tylko sześć ścian). 

6.

 

Narysuj  ułożenie  atomów  w  układzie  regularnym  w  komórce  ściennie  centrowanej  oraz  podaj 

ilość atomów w takiej komórce wraz z uzasadnieniem. (1) 

100 

120 

133 

background image

 4 atomy w komórce = 8x1/8 + 6x1/2 

7.

 

Podaj, na podstawie obliczeń, krytyczny stosunek promienia kationu (r

k

) do promienia anionu (r

a

dla koordynacji sześciennej. (2) 

 

2(r

k

 + r

a

) = 2r

a

 

3

 

2r

k

 + 2r

a

 - 2r

a

 

3

  = 0 

r

k

 = r

a

(

3

– 1) 

r

k

/r

a

 = 

3

 – 1 = 0.732 

 

8.

 

Na podstawie poniższego rysunku uzasadnij, że stechiometria sfalerytu (ZnS) jest zgodna z jego 

strukturą krystaliczną. (1) 

 

Stechiometrię  związku  można  określić  na  podstawie  ilości  atomów  w  komórce  elementarnej. 

Należy zwrócić uwagę na położenie atomów (naroża – 1/8 atomu, ściany – 1/2 atomu, krawędzie 

1/4 atomu, wnętrze równoległościanu 1 cały atom): Zn – 8x1/8 + 6x1/2 = 4 atomy ; S – 4 całe = 4 

atomy: Zn

4

S

4

 -> ZnS 

Alternatywnie, można stwierdzić, że jony Zn

2+

 na rysunku tworzą komórką ściennie centrowaną. 

Baza w postaci Zn – S w połączeniu z siecią regularną z komórką FCC, przedstawioną na rysunku, 

umożliwia odtworzenia struktury krystalicznej z zachowaniem proporcji 1:1 cynku i siarki. 

 

9.

 

W  której  z  poniższych  struktur  liczba  koordynacyjna  kationów  i  anionów  w  strukturze  gęstego 

upakowania jest taka sama? (1) 

a.

 

Jony Cl

 tworzą strukturę typu FCC i jony Na

+

 zajmują wszystkie luki oktaedryczne w 

komórce elementarnej. 

b.

 

Jony  Ca

2+

  tworzą  strukturę  typu  FCC  i  jony  F

  zajmują  wszystkie  osiem  luk 

tetraedrycznych w komórce elementarnej. 

c.

 

Jony  O

2–

  tworzą  strukturę  typu  FCC  i  jony  Na

+

  zajmują  wszystkie  osiem  luk 

tetraedrycznych w komórce elementarnej. 

d.

 

Jony S

2–

 tworzą strukturę typu FCC i jony Zn

2+

 zajmują co drugą lukę tetraedryczną w 

komórce elementarnej. 

Zn

2+

 

S

2-

 

background image

10.

 

Srebro tworzy sieć typu FCC i na podstawie pomiarów dyfrakcyjnych wykazano, że długość boku 

komórki  elementarnej  wynosi  408,6  pm.  Oblicz  gęstość  srebra  (masa  atomowa  Ag  wynosi 

107,9 u). (2) 

Z – 4 atomy na komórkę elementarną 

a – długość boku komórki elementarnej [pm] 

M

Ag

 – masa atomowa Ag [u == g/mol] 

Gęstość = Z * M

Ag

/a

3

N

A

  

Gęstość = 10.5 g/cm

3

 

11.

 

Który  w  podanych  związków  charakteryzuje  się  największą  energią  sieciową?  Odpowiedź 

uzasadnij uwzględniając oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy jonami. LiF, NaF, CaF

2

, AlF

3

 (1) 

 

AlF

3

 – największa energia przyciągania Coulombowskiego, największy ładunek z (iloczyn wynosi 3). 

O wiele większy wpływ ładunku jonu na energię oddziaływania niż odległość pomiędzy jonami. 

12.

 

Wapno, CaO, krystalizuje strukturze soli kamiennej. Oszacuj energię sieciową dla CaO. Wykładnik 

Borna wynosi 8. (2) 

Ca – 100 pm (dla LK = 6) 
O – 140 pm (dla LK = 6) 
A – 1,74756 dla soli kamiennej (NaCl); 
n = 8 

 

E = -3527 kJ/mol 

13.

 

Oszacuj wartość energii sieciowej dla MgCl

2

 na podstawie Cyklu Borna-Habera. (2) 

ΔH

f

 = ΔH

(sub)

 + IE

(1)

 + IE

(2)

 + ΔH

(dys)

 - 2EA + U

(latt)

 

U

(latt)

 = ΔH

f

 - ΔH

(sub)

 - IE

(1)

 - IE

(2)

 - ΔH

(dys)

 + 2EA 

= -614.6 - 148 - 738 - 1450 - 243 + 2(349) kJ molˉ¹ 

= -2495.6 kJ molˉ¹ 

U

(latt)

 = -2495.6 kJ molˉ¹ 

1. Musimy uwzględnić obydwie energie jonizacji magnezu. 
2. Zgodnie z definicją podaną na kartce z danymi tablicowymi 

powinowactwo elektronowe jest to energia 

potrzebna do usunięcia elektronu z pojedynczo naładowanego anionu: X

 = X + e. Bardziej ogólnie można 

zapisać, że powinowactwo elektronowe = E

koniec

 – E

początek

, w przypadku kiedy dodatkowy elektron jest 

przyłączony do atomu lub cząsteczki. Oznacza to, że do obliczeń z cyklu Borna-Habera należy wziąć ujemną 
wartość powinowactwa elektronowego. Wartość tą bierzemy dwukrotnie – dla każdego atomu chloru. 

 

14.

 

Podaj wartość stałej Madelunga dla pary jonów A

+

B

-

. (1) 

; ilość najbliższych sąsiadów w odległości 1r

AB

 wynosi 1, zatem 

, a 

stała wynosi 1. Również w strukturach 3D każda para jonów liczona jest tylko raz. 

background image

15.

 

Podaj  i  uzasadnij  obliczeniami  wartość  stałej  Madelunga  dla  atomów  zaznaczonych  strzałką  na 

poniższym  rysunku,  uwzględniając  wszystkie  narysowane  atomy.  Różne kolory  oznaczają  jony o 

różnym  znaku,  narysowany  wielościan  to  sześcian.  Czy  na  podstawie  obliczonej  wartości  stałej 

Madelunga  można  coś  powiedzieć  o  względnej  reaktywności  ty  jonów  (uzasadnij)?  Jeśli  tak,  to 

co? (2+1) 

Rozwiązanie podobnie jak w grupie 2.