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, Ŝywice, kity, smoła
Są anizotropowe tzn., Ŝe w róŜnych
kierunkach, mają róŜne 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 róŜnica pomiędzy kryształem a cieczą?
Ciecz wykazuje płynność i brak własnego kształtu. KaŜda
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 równieŜ 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 wyróŜnić moŜna
pewien średni kierunek w przestrzeni. Powoduje to anizotropię
ośrodka.
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Wykład 4a. Budowa ciała stałego
6
PoniŜej 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 ułoŜone w uporządkowany sposób
tworząc sieć przestrzenną.
Z sieci przestrzennej moŜna 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, gdyŜ 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 naroŜnikach,
- 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
moŜliwych
typów
sieci
przestrzennych zwanych translacyjnymi. NaleŜą 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