Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

1

szkło

ciecz

GAZ

topnienie

krystalizacja

krystalizacja

p

ro

ce

sy

eg

zo

te

rm

ic

zn

e

p

ro

ce

sy

e

n

d

o

te

rm

ic

zn

e

sublimacja

skraplanie

parowanie

resublimacja

Wykład 4. BUDOWA CIAŁA STAŁEGO

1. Ciała izotropowe i anizotropowe

Przemiany fazowe gaz - ciecz - ciało stałe, np. woda:

ciało krystaliczne

topnienie

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

2

Szkło

ciecz

szkło


krystalizacja

ciało krystaliczne

Faza gazowa

- brak uporządkowania, ruch chaotyczny

Faza ciekła

- uporządkowanie bliskiego zasięgu

Faza stała

- większość ciał stałych ma budowę krystaliczną -

uporządkowanie bliskiego i dalekiego zasięgu.

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

3

Niektóre ciała stałe jak np. szkło, posiadają tylko

uporządkowanie bliskiego zasięgu.

Ciała stałe

Substancje krystaliczne

Ciała bezpostaciowe

Chlorek sodu, siarczan wapnia

Szkło, żywice, kity, smoła

Są anizotropowe tzn., że w różnych
kierunkach, mają różne właściwości fizyczne
jak: łupliwość, rozszerzalność cieplną,
przewodnictwo elektryczne, współczynnik
załamania światła

Są izotropowe - ich
właściwości są identyczne
we wszystkich kierunkach

Uporządkowanie bliskiego i dalekiego zasięgu

Uporządkowanie bliskiego
zasięgu

Ściśle określona temperatura topnienia

Obszar mięknięcia

Skokowe zmiany:

- gęstości

- przewodnictwa

- lepkości

- współczynnika załamania światła

Ciągła zmiana właściwości
fizycznych

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

4

Jaka jest różnica pomiędzy kryształem a cieczą?
Ciecz wykazuje płynność i brak własnego kształtu. Każda
pozycja cząsteczki cieczy jest jednakowo prawdopodobna

.

wł

a

s

n

o

ś

c

i

f

iz

y

c

z

n

e

T

3

T

T

s

– punkt topnienia

wł

a

s

n

o

ś

c

i

f

iz

y

c

z

n

e

T’ T’’ T

T’- do T’’ - obszar mięknienia

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

5

A więc wszystkie kierunki są równouprawnione - ciecz jest

izotropowa.

Ale są również ciecze anizotropowe - są to niektóre związki

organiczne oraz nieorganiczne.

Obecnie znamy ponad 20 tys. takich substancji.

Są to tzw.

ciekłe kryształy zwane inaczej substancjami ciekłokrystalicznymi.

Są to substancje, których cząsteczki rozmieszczone są

bezwładnie (jak w zwykłych cieczach),ale wyróżnić można
pewien średni kierunek w przestrzeni. Powoduje to anizotropię
ośrodka.

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

6

Poniżej podano 3 struktury faz ciekłokrystalicznych

Ciekły

kryształ

występuje

tylko

w

pewnym

zakresie

temperatur

T

1

T

2

Kryształ

→

→

→

→

ciekły kryształ

→

→

→

→

ciecz izotropowa

T

1

÷÷÷÷

T

2

: obszar istnienia ciekłego kryształu

Przykład zastosowania ciekłych kryształów:
- monitory komputerowe typu LCD

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

7

2. Sieć przestrzenna

W ciałach krystalicznych atomy, jony, cząsteczki lub

rdzenie atomowe są ułożone w uporządkowany sposób
tworząc sieć przestrzenną.

Z sieci przestrzennej można wybrać komórkę elementarną.

Jest to najmniejszy wycinek sieci, który zachowuje jeszcze

jej cechy charakterystyczne.

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

8

Jak taką komórkę elementarną wybrać?

Dla sieci

dwuwymiarowej:

Najdogodniej wybrać komórkę A, gdyż ma najkrótsze
krawędzie.

A

B

C

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

9

Dla sieci trójwymiarowej, chlorku sodu:

W komórce elementarnej NaCl są następujące węzły:

- w 8 narożnikach,

- w centrum (środku),

- na środkach krawędzi,

- na środkach ścian.

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

10

Kationy Na

+

:

++++

++++

++++

====

Na

4

Razem

Na

3

=

2

1

x

ścian

6

Na

1

8

1

x

rogów

8

Aniony Cl

-

:

12 środków krawędzi

4

1

x

= 3 Cl

-

1 środek komórki

x 1

= 1 Cl

-

Razem

4 Cl

-

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

11

Liczbą koordynacyjną nazywamy liczbę atomów (jonów,

zrębów

atomowych

lub

cząsteczek)

bezpośrednio

sąsiadujących z danym atomem (jonem, zrębem atomowym
lub cząsteczką).

Liczba koordynacyjna

Na

+

→

→

→

→

6

Cl

-

→

→

→

→

6

Bravais

wprowadził

14

możliwych

typów

sieci

przestrzennych zwanych translacyjnymi. Należą one do 7
układów krystalograficznych.

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

12

TYPY SIECI PRZESTRZENNYCH

Sieć przestrzenna

Układ

Parametry

sieciowe

prymitywna (P)

o centrowanej

podstawie (C)

przestrzennie

centrowana (I)

ściennie

centrowana (F)

regularny
(sześcian)

a = b = c

α

αα

α

=

ββββ

=

γγγγ

= 90

o

tetragonalny
(prostopadłościan)

a = b

≠≠≠≠

c

α

αα

α

=

ββββ

=

γγγγ

= 90

o

rombowy
(prostopadłościan)

a

≠≠≠≠

b

≠≠≠≠

c

α

αα

α

=

ββββ

=

γγγγ

= 90

o

heksagonalny
(prostopadłościan)

a = b

≠≠≠≠

c

α

αα

α

=

ββββ

= 90

o

γγγγ

= 120

o

trygonalny
(romboedryczny
równoległościan)

a = b = c

α

αα

α

=

ββββ

=

γγγγ

≠≠≠≠

90

o

jednoskośny
(równoległościan)

a

≠≠≠≠

b

≠≠≠≠

c

α

αα

α

=

γγγγ

= 90

o

ββββ

≠≠≠≠

90

o

trójskośny
(równoległościan)

a

≠≠≠≠

b

≠≠≠≠

c

α

αα

α

≠≠≠≠

ββββ

≠≠≠≠

γγγγ

Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w

Wykład 4a. Budowa ciała stałego

1