पदार्थों की ठोस अवस्था की संरचना और भौतिक गुण

जाली। यूनिट सेल। आदिम इकाई कोशिका। केन्द्रित इकाई कोशिका। ऑर्थोरोम्बिक प्रणाली। ट्राइक्लिनिक प्रणाली। मोनोक्लिनिक प्रणाली। त्रिकोणीय प्रणाली। होमोएटोमिक लैटिस। हेट्रोएटोमिक लैटिस। गैर ध्रुवीय आणविक जालक। ध्रुवीय आणविक जालक। आयन जालक। धातु जालक।

जाली। जालक बिन्दुओं का एक व्यवस्थित समूह है जो क्रिस्टल या क्रिस्टल बनाने वाले कणों की संरचना को परिभाषित करता है। इसके बिंदु क्रिस्टल की इकाई कोशिका की पहचान करते हैं। क्रिस्टल जालक, परमाणुओं, आयनों या अणुओं की बिन्दुओं के रूप में सममित त्रि-आयामी संरचनात्मक व्यवस्था है। क्रिस्टल जालक में आयनों को एक साथ रहने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऐसा उनकी व्यवस्थित व्यवस्था के कारण है जो उन्हें स्थिर बनाती है। आप इसकी विशेषताओं के बारे में और क्या जानते हैं?।

क्रिस्टल जालक की सामान्य विशेषताएँ। क्रिस्टल जालक में प्रत्येक परमाणु, आयन या अणु को एकल बिंदु द्वारा दर्शाया जाता है। इन बिंदुओं को जालक बिंदु के नाम से जाना जाता है। वे जो सीधी रेखाओं से जुड़े हुए हैं। इन रेखाओं को जोड़ने पर हमें क्रिस्टल जालक की त्रि-आयामी संरचना प्राप्त होती है जिसे ब्रावाइस जालक भी कहते हैंइकाई कोशिकाएं। यूनिट सेल क्रिस्टल जालक का सबसे छोटा भाग है। यह सबसे सरल आवर्ती इकाई है जिसके द्वारा संपूर्ण जालक उत्पन्न होता है। यूनिट सेल कई प्रकार के होते हैं।

आदिम इकाई कोशिका। एक आदिम इकाई सेल तब दिखाई देती है जब केवल कोने की स्थिति कणों द्वारा ली जाती है।

केन्द्रित इकाई सेल। केन्द्रित इकाई सेल तीन प्रकार की होती है। शरीर-केंद्रित, जब कण शरीर के केंद्र में स्थित होते हैं। चेहरा केन्द्रित, जब कण शरीर के केन्द्र में स्थित होते हैं। आधार-केंद्रित, जब कण दो विपरीत फलकों के केंद्र पर स्थित होता है।

सोडियम क्लोराइड। NaClएक घन इकाई सेल है। इसे एक अंतःप्रवेशी फलक-केंद्रित धनायन जालक के साथ ऋणायनों की फलक-केंद्रित घनीय सरणी के रूप में सर्वोत्तम रूप से समझा जा सकता है। NaClएक क्षार हैलाइड है जिसमें FCCक्रिस्टल की संरचना। पोटेशियम परमैंगनेट। पोटेशियम परमैंगनेट में एक ऑर्थोरोम्बिक इकाई कोशिका होती है जिसमें आयाम वाले अणु होते हैं a=9.09Å, b=5.72Åऔर c=7.41Å।

वर्गीकरण। क्रिस्टल जालक को सात विभिन्न जालक प्रणालियों में वर्गीकृत किया गया है। ट्राइक्लिनिक प्रणाली। ट्राइक्लिनिक प्रणाली में, तीनों अक्ष एक दूसरे की ओर झुकाव रखते हैं जो समान लंबाई के होते हैं। सभी कोण α, β और γ 90 डिग्री के बराबर नहीं हैं।

यह छवि माइक्रोक्लाइन की तस्वीर है, जो ट्राइक्लिनिक प्रणाली से संबंधित एक क्रिस्टल है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इकाई कोशिका का आकार अंतिम आकार में योगदान देता है। हालाँकि, यहाँ दिखाई गई आकृति इकाई कोशिका की आकृति को नहीं दर्शाती है।

मोनोक्लिनिक प्रणाली। इसमें दो अक्ष एक दूसरे के साथ 90 डिग्री पर हैं, जबकि तीसरी अक्ष में झुकाव है। इन सभी की लम्बाई अलग-अलग है। यहां आप एक मोनोक्लिनिक क्रिस्टल देख सकते हैं।

ऑर्थोरोम्बिक प्रणाली। सभी तीन अक्ष एक दूसरे के साथ 90 डिग्री पर हैं। इनकी लम्बाई अलग-अलग होती है। इसके चार प्रकार हैं। आदिम ऑर्थोरोम्बिक को ऊपर बाईं ओर दिखाया गया है। आधार-केंद्रित ऑर्थोरोम्बिक को ऊपर दाईं ओर दर्शाया गया है। शरीर-केंद्रित ऑर्थोरोम्बिक नीचे बाईं ओर दिखाया गया है। चेहरा-केंद्रित ऑर्थोरोम्बिक नीचे-दाईं ओर दिखाया गया है।

यहाँ ऑर्थोरोम्बिक प्रणाली से संबंधित एक क्रिस्टल का उदाहरण दिया गया है। यह फ्रांस के साल्सिग्ने खान से है। यह एक अरागोनाइट क्रिस्टल है।

त्रिकोण प्रणाली। त्रिकोणीय प्रणालियों में तीन भुजाएँ होती हैं, जो पिरामिड के आकार की होती हैं। षट्कोणीय प्रणाली। इसमें चार अक्ष हैं जिनमें से तीन एक ही लंबाई के हैं और एक ही तल पर हैंवे एक दूसरे को 60° के कोण पर काटते हैं। चौथा अक्ष अन्य अक्षों को 90 डिग्री पर प्रतिच्छेद करता है। चतुष्कोणीय प्रणाली। चतुष्कोणीय प्रणालियों में, दो अक्ष समान लंबाई के होते हैं तथा एक ही तल में होते हैं, जबकि तीसरे अक्ष की लंबाई भिन्न होती है तथा यह छोटा या लंबा हो सकता है। घन प्रणाली। घन प्रणाली में, तीनों अक्ष एक दूसरे को 90 डिग्री पर काटते हैं तथा समान लंबाई के होते हैं।

जाली निर्माण के दौरान निर्मित बंधन। परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों के बीच शुद्ध आकर्षण बल के कारण स्वयं को एक जाली में व्यवस्थित करते हैं। जाली निर्माण द्वारा निर्मित क्रिस्टल तीन श्रेणियों में से एक हो सकते हैं। उनमें मौजूद बंधन के प्रकार के आधार पर उन्हें विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता हैयह बंधन सहसंयोजक, आयनिक और धात्विक प्रकृति का हो सकता है। आयनिक बंधन में परमाणु जालक निर्माण के दौरान संपर्क में आने पर इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान करते हैं। सहसंयोजक बंधन में, अणु जालक निर्माण के दौरान युग्मित इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं। धात्विक बंधन में, जालक निर्माण के दौरान मुक्त गतिमान इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक धातु आयनों के बीच आकर्षण बल होता है।

किसी आयनिक पदार्थ को एक साथ बांधे रखने वाले बलों का परिमाण बहुत अधिक होता है। इसका इसके कई गुणों पर नाटकीय प्रभाव पड़ता है। अतः समान संरचना वाले पदार्थों के जालक ऊर्जा के साथ गलनांक भिन्न-भिन्न होते हैं। चूँकि पदार्थों को एक साथ बांधे रखने वाले बल का परिमाण अधिक होता है, इसलिए गलनांक भी अधिक होता है। आयनों के बीच की दूरी भी इस प्रकार प्रभावित होती है कि जितनी कम दूरी होगी, बंधन उतना ही मजबूत होगा।

होमोएटोमिक लैटिस। आप इनके बारे में क्या जानते हैं? लैटीज़?। वे अणु जो एक ही तत्व के परमाणुओं से बने होते हैं, समपरमाण्विक कहलाते हैं। एक प्रकार के परमाणु एक साथ आकर स्वयं को त्रि-आयामी व्यवस्था में व्यवस्थित करके अणु बनाते हैं, जिससे एक जालक बनता है। अतः समरूप परमाणुओं द्वारा निर्मित जालकों को समपरमाणुक जालक कहा जाता है।

हीरा। हीरे की क्रिस्टल संरचना एक फलक-केंद्रित घनीय जालक होती है। यह घनाकार क्रिस्टल संरचना परमाणुओं का एक दोहरावपूर्ण पैटर्न है। इन व्यवस्थाओं में, परमाणु चार बहुत मजबूत सहसंयोजक बंध बना सकते हैं। इसलिए यह स्पष्ट है कि परमाणु त्रि-आयामी संरचनाएँ बनाते हैं।

ग्रेफाइट। ग्रेफाइट्स में दृढ़तापूर्वक जुड़े हुए षट्कोणीय छल्लों की चादरें होती हैं। क्योंकि शीटें एक दूसरे से दूर होती हैं और एक दूसरे से कमजोर रूप से बंधी होती हैं, ये शीटें एक दूसरे के समानांतर चल सकती हैं, जो ग्रेफाइट को एक नरम स्नेहक बनाती है। परतों के बीच कोई सहसंयोजक बंधन नहीं हैं। प्रत्येक कार्बन अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ तीन सहसंयोजक बंध बनाता है।

हेट्रोएटॉमिक जालक। विभिन्न तत्वों के परमाणु सहसंयोजक बंध बनाते हैं और एक त्रि-आयामी संरचना में व्यवस्थित होते हैं जिसे हेटेरोएटोमिक जालक कहा जाता है। ये अणु विभिन्न तत्वों के परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन द्वारा बनते हैं। ये सहसंयोजक बंधित अणु स्वयं को जाली संरचना में व्यवस्थित करते हैं। क्योंकि विषमपरमाणुक जालक विभिन्न तत्वों के परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधों द्वारा निर्मित होते हैं, इसलिए इन अणुओं को एक साथ बांधे रखने के लिए इनमें बहुत अधिक बल होता है। यही कारण है कि इनमें उच्च कठोरता तथा उच्च गलनांक और क्वथनांक होते हैं।

आमतौर पर, अलग-अलग गलनांक, क्वथनांक और घुलनशीलता अणु की ध्रुवता पर निर्भर करते हैं। आयोनिक यौगिक अधिक ध्रुवीय होते हैं तथा जल में घुलनशील होते हैं। लेकिन वे विषमपरमाणुक जालक जिनमें कम ध्रुवीयता और अधिक अध्रुवीय विशेषताएं होती हैं, जल में अघुलनशील होते हैं। विषमपरमाणुक जालकों ने अणुओं का निर्माण किया है जिनमें विभिन्न तत्वों के परमाणु सहसंयोजक रूप से बंधे हुए हैं। क्योंकि ये अणु सहसंयोजक बंधन से जुड़े होते हैं और बल का जालक परिमाण उच्च होता है। ऐसे जालक विद्युत का संचालन नहीं कर सकते। ऐसा इसलिए भी है क्योंकि इनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते।

सिलिका सिलिकॉन का एक ऑक्साइड है। यह प्रकृति में क्वार्ट्ज के रूप में पाया जाता है तथा विभिन्न जीवों में भी देखा जाता है। इसकी एक रैखिक संरचना है जैसे CO₃²-। सिलिकॉन परमाणु चार ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ चतुष्फलकीय समन्वय प्रदर्शित करते हैं, जो एक केन्द्रीय Si परमाणु को घेरे रहते हैं। इसलिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड एक तीन आयामी नेटवर्क ठोस से। इसमें प्रत्येक परमाणु चार अन्य ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ चतुष्फलकीय तरीके से सहसंयोजक बंधित होता है। इसकी संरचना को विशाल सहसंयोजक संरचना भी कहा जाता है।

गैर ध्रुवीय आणविक जालक। गैर-ध्रुवीय अणु उत्कृष्ट गैसों जैसे परमाणुओं द्वारा निर्मित होते हैं या गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधों द्वारा निर्मित होते हैं। आणविक जालक में, जालक बिंदु अणुओं द्वारा ग्रहण कर लिए जाते हैं। गैर-ध्रुवीय अणु जालकों में, जालक बिंदु गैर-ध्रुवीय अणुओं या उत्कृष्ट गैसों द्वारा ले लिए जाते हैं। गैर-ध्रुवीय अणुओं में जालक, परमाणु या अणु कमजोर फैलाव बलों द्वारा बंधे रहते हैं। इन्हें वान डेर वाल बल कहा जाता है। जाली बिंदुओं या परतों के बीच कोई मजबूत सहसंयोजक बंधन नहीं होते हैं। इसलिए, वैन डेर वाल बलों ने उन्हें एक जाली में एक साथ रखा।

गैर-ध्रुवीय आण्विक जालकों के गलनांक और क्वथनांक बहुत कम होते हैं और आमतौर पर कमरे के तापमान और दबाव पर तरल या गैसीय अवस्था में होते हैं। अणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंधन होता है जो परमाणु को एक साथ रखता है। इन अंतराआणविक सहसंयोजक बंधों के कारण इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत होते हैं। यही कारण है कि आणविक जालक नरम होते हैं तथा विद्युत के कुचालक होते हैं।

गैर-ध्रुवीय अणुओं के गैर-ध्रुवीय विलायकों में घुलने की संभावना होती है। हेक्सेन एक गैर-ध्रुवीय विलायक है, इसलिए गैर-ध्रुवीय अणु इसमें आसानी से घुल जाते हैं। ऐसा इसलिए भी होता है क्योंकि दोनों एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं और गैर-ध्रुवीय विलेय के अणुओं को बांधने वाले बंधन टूट जाते हैं। गैर-ध्रुवीय विलायकों के कुछ उदाहरण क्लोरोफॉर्म, टोल्यूनि, हेक्सेन और डाइक्लोरोमेथेन हैं।

आयोडीन क्रिस्टल। कमरे के तापमान पर आयोडीन एक अधातु, लगभग काला ठोस पदार्थ है। इसका स्वरूप चमकदार क्रिस्टलीय है। इसके आणविक जालक में पृथक द्विपरमाणुक अणु होते हैं, जो पिघले हुए और गैसीय अवस्था में भी देखे जाते हैं। आयोडीन के गैर-ध्रुवीय आणविक जाल को क्लोरोफॉर्म और हेक्सेन, जो एक गैर-ध्रुवीय विलायक है, में घोला जाता है। यह पानी में नहीं घुलता। इसकी कठोरता, गलनांक और क्वथनांक उच्च होता है।

ध्रुवीय आणविक जालक। इस प्रकार के अणु ध्रुवीय सहसंयोजक बंधों द्वारा बनते हैं। ये अणु अपेक्षाकृत अधिक मजबूत द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया द्वारा एक साथ बंधे रहते हैं। ध्रुवीय अणु जालकों में जालक बिंदुओं पर ध्रुवीय अणु होते हैं। इन ध्रुवीय अणुओं के ध्रुवीय विलायक में घुलने की अधिक संभावना होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ध्रुवीय विलायकों के पदार्थ में अलग-अलग स्थानों पर ऋणात्मक और धनात्मक आवेश होता है। ये अन्य ध्रुवीय अणुओं को घुलाने में मदद करते हैं। इस बिंदु पर द्विध्रुव-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया सहायक होती है। कुछ ध्रुवीय विलायक हैं जल, एसीटोन, एसीटोनिट्राइल, आइसोप्रोपेनॉल और मेथनॉल।

चूंकि ये ठोस पदार्थ नरम होते हैं और इनमें मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते, इसलिए ये विद्युत का संचालन नहीं करते। ये अणु ध्रुवीय होते हैं। चूंकि इन अणुओं में द्विध्रुव-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया होती है, इसलिए इनमें आंशिक धनात्मक तथा आंशिक ऋणात्मक आवेश होते हैं। प्रत्येक अणु का एक स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण होता है। मजबूत द्विध्रुव-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया के कारण, इन ध्रुवीय आण्विक जालकों में उच्च कठोरता, उच्च गलनांक तथा उच्च क्वथनांक होते हैं।

बर्फ़। बर्फ एक क्रिस्टलीय ठोस पदार्थ है जो विपरीत आवेशों के विद्युत आकर्षण द्वारा एक साथ बंधे हुए आयनों से बना होता है। इसमें अणु हाइड्रोजन बंधों द्वारा जुड़े होते हैं जो अपनी जमी हुई अवस्था के कारण स्थायी होते हैं। इसके परिणामस्वरूप अणुओं का एक परस्पर जुड़ा हुआ षट्कोणीय आकार का ढांचा तैयार होता है।

आयन जालक। आयनिक यौगिक आयनों की एक विशाल संरचना है। चूँकि आयनों में एक नियमित, दोहरावदार व्यवस्था होती है, इसलिए इसे आयन जालक कहा जाता है। ऐसा इसलिए बनता है क्योंकि आयन एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। वे एक दूसरे के बगल में विपरीत आवेशित आयनों के साथ एक नियमित पैटर्न बनाते हैं। यह त्रि-आयामी जालक आयोनिक बंधों द्वारा एक साथ बंधा रहता है। इन्हें आयनों के बीच सीधी रेखाओं के रूप में दर्शाया गया है। आयोनिक बंध विपरीत आवेशित आयनों के बीच प्रबल विद्युत् स्थैतिक बल हैं।

एक विशाल आयनिक जालक में बड़ी संख्या में आयन और आयनिक बंध होते हैं। इसलिए, इन विपरीत आवेशित आयनों के बीच आकर्षण को तोड़ने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप, आयनिक यौगिकों के गलनांक और क्वथनांक उच्च होते हैं। आयनिक पदार्थ आमतौर पर ध्रुवीय विलायक में सबसे अधिक घुलनशील होते हैं क्योंकि उनमें जालक ऊर्जा अधिक होती है। इसलिए आयनिक यौगिक को घोलने के लिए इसकी जालक ऊर्जा पर काबू पाने के लिए अधिक ध्रुवीय विलायक की आवश्यकता होती है। इसलिए, आयनिक यौगिकों के लिए जल सबसे आम विलायक है। ऐसा निम्नलिखित कारण से होता है। आयनिक ठोस से धनात्मक धनायन जल के ऋणात्मक सिरे की ओर आकर्षित होता है। इसके अलावा, आयनिक यौगिक का ऋणात्मक ऋणायन जल अणु के धनात्मक सिरे की ओर आकर्षित होता है।

आयोनिक ठोसों में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होता। कोई भी आवेशित कण विद्युत धारा प्रवाहित कर सकता है लेकिन ठोस जालक में सभी आयन फंस जाते हैं। इसलिए वे अपने निश्चित स्थान से हिल नहीं सकते। इसलिए ठोस आयनिक यौगिक विद्युत का संचालन नहीं करते हैं। आयनिक यौगिक जब पिघली हुई अवस्था में होते हैं तो उनमें एक तल से दूसरे तल तक मुक्त आयन होते हैं। अतः पिघली हुई अवस्था में आयनिक यौगिक विद्युत का संचालन कर सकते हैं। जब आयनिक यौगिक विलयन में होते हैं, तो उनमें मुक्त आयन होते हैं जो स्वतंत्रतापूर्वक घूमते हैं। वे विद्युत का संचालन करते हैं क्योंकि मुक्त आयन एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाते हैं।

सोडियम क्लोराइड। आयोनिक बंध सामान्यतः अधातु और धातु आयनों के बीच होते हैं। चूंकि सोडियम एक धातु है और क्लोराइड एक अधातु है, इसलिए वे आयनिक यौगिक बनाते हैं NaClआयोनिक बंधन का उपयोग करके। यह नमक है। नमक में, सोडियम और क्लोरीन दोनों अपना अष्टक पूरा करते हैं, क्योंकि सोडियम अपने संयोजकता इलेक्ट्रॉन क्लोरीन को दान कर देता है। इसके अणु एक त्रि-आयामी संरचना में व्यवस्थित होते हैं FCCएक अंतःप्रवेशी के साथ ऋणायन की सरणी FCCधनायन जालक। प्रत्येक आयन में छह निर्देशांक होते हैं और इसमें स्थानीय अष्टफलकीय ज्यामिति होती है। इसमें एक घन इकाई सेल है।

धातु जालियाँ। यह एक प्रकार का बंधन है जो धातुओं की संरचना बनाने के लिए बनता है। इन जालकों में धनात्मक आवेशित धातु आयन नियमित पंक्तियों में व्यवस्थित होते हैं। उनके विस्थानीकृत इलेक्ट्रॉन उन सभी के बीच साझा किये जाते हैं। ये इलेक्ट्रॉन पंक्तियों में अस्थानिक तरीके से घूमते हैं। धात्विक जालक में, धातुएं व्यवस्थित परतों में परमाणुओं से बनी होती हैं जो एक त्रि-आयामी क्रिस्टलीय संरचना बनाती हैं। यह आमतौर पर एक शरीर-केंद्रित घनीय जालक को दर्शाता है जिसमें प्रत्येक परमाणु आठ निकटतम पड़ोसियों से घिरा होता है।

इसे फलक-केंद्रित घनीय जालक में भी दर्शाया गया है जिसमें किसी दिए गए परमाणु के बारह निकटतम पड़ोसी होते हैं। यह एक बंद पैक या षट्कोणीय सरणी भी दिखाता है जिसमें प्रत्येक धातु एक तल में छह आसन्न आयनों से जुड़ी होती है। मैग्नीशियम एक धात्विक ठोस है। इसकी जालक इकाइयों में जो जालक स्थल लेते हैं वे mg आयन होते हैं जो विस्थानीकृत इलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं। आयनों की व्यवस्था एक तल में होती है, जो एक षट्कोणीय सरणी या बंद धातु पैक परत होती है। इसलिए, प्रत्येक धातु के एक तल में छः आसन्न आयन होते हैं।

जब सोडियम के परमाणु एक साथ आते हैं तो वे शरीर-केंद्रित घनीय जालक बनाते हैं। प्रत्येक सोडियम परमाणु आठ अन्य पड़ोसी सोडियम परमाणुओं से घिरा होता है जो एक घनाकार सरणी में व्यवस्थित होते हैं। चित्रण में, जैसा कि हम देख सकते हैं कि केन्द्रीय सोडियम आठ पड़ोसी सोडियम परमाणुओं से घिरा हुआ है। कमरे के तापमान पर एल्युमीनियम की संरचना फलक-केंद्रित घनाकार क्रिस्टल जैसी होती है। यह बहुत महत्वपूर्ण धातु है क्योंकि इसमें उच्च विद्युत और तापीय चालकता, उच्च संक्षारण प्रतिरोध और अच्छी परावर्तकता होती है।

भौतिक मात्राओं का उपयोग करके रासायनिक सूत्र तैयार करना