固体物質の構造と物理的性質

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格子。格子は、結晶または結晶形成粒子の構造を定義する、整列した点の集合です。その点は結晶の単位格子を識別します。結晶格子は、原子、イオン、または分子を点として対称的に配置した 3 次元構造です。結晶格子内のイオンがまとまった状態を保つために必要なエネルギーは少なくなります。それは、安定性をもたらす体系的な配置によるものです。その機能について他に何を知っていますか?。

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結晶格子の共通の特徴。結晶格子では、各原子、イオン、分子は単一の点で表されます。これらの点は格子点として知られています。直線で結ばれたもの。これらの線を接続すると、ブラベー格子とも呼ばれる結晶格子の 3 次元構造が得られますユニットセル。単位格子は結晶格子の最小の部分です。これは、格子全体が生成される最も単純な繰り返し単位です。ユニットセルにはいくつかの種類があります。

原始的な単位セル。角の位置のみが粒子によって占められている場合、プリミティブ単位セルが見られます。

中心の単位セル。中心単位セルには 3 つのタイプがあります。体心立方、つまり粒子が体の中心に位置する場合。面中心: 粒子がボディの中心に位置します。底心配置、つまり粒子が 2 つの反対面の中心に位置する場合。

塩化ナトリウム。 NaCl立方体の単位格子を持つ。これは、相互浸透する面心陽イオン格子を持つ面心立方陰イオン配列として考えるのが最も適切です。 NaClは、 FCC結晶構造。過マンガン酸カリウム。過マンガン酸カリウムは、次のような寸法の分子を含む斜方晶系の単位格子を持つ a=9.09Å、 b=5.72Åそして c=7.41Å。

分類。結晶格子は 7 つの異なる格子系に分類されます。三斜晶系。三斜晶系では、3 つの軸はすべて同じ長さで、互いに向かって傾斜しています。すべての角度 α、β、γ は 90 度に等しくありません。

この画像は三斜晶系に属する結晶であるマイクロクラインの写真です。単位セルの形状が最終的な形状に影響を与えることに注意することが重要です。ただし、ここで見られる形状は単位格子の形状を表すものではありません。

単斜晶系。この場合、2 つの軸は互いに 90 度になっており、3 番目の軸は傾斜しています。これらはすべて長さが異なります。ここでは単斜晶系結晶を見ることができます。

斜方晶系。 3 つの軸はすべて互いに 90 度になっています。これらは長さが異なります。 4つのタイプがあります。左上に原始的な斜方晶系が示されています。右上に底心斜方晶系を示します。体心斜方晶系（左下）。右下側には面心斜方晶系が示されています。

これは斜方晶系に属する結晶の例です。フランスのサルシーニュ鉱山産です。アラゴナイトの結晶です。

三方晶系。三方晶系では、3 つの辺がピラミッド型に形成されます。六角形のシステム。 4 つの軸があり、そのうち 3 つは同じ長さで、同じ平面上にありますそれらは 60 度の角度で交差します。 4 番目の軸は他の軸と 90 度で交差します。正方晶系。正方晶系では、2 つの軸は同じ長さで同じ平面にありますが、3 番目の軸は長さが異なり、短くなったり長くなったりします。立方体システム。立方体システムでは、3 つの軸はすべて互いに 90 度で交差し、長さは同じです。

格子形成中に形成された結合。原子は、電子と原子核の間の正味の引力によって格子状に配列します。格子形成によって形成される結晶は、3 つのカテゴリのいずれかになります。結合の種類によってさまざまなタイプに分類されますこの結合は共有結合、イオン結合、金属結合のいずれかの性質を持ちます。イオン結合では、原子は格子形成中に接触して電子を交換します。共有結合では、分子は格子形成中に電子対を共有します。金属結合では、格子形成中に自由に移動する電子と正の金属イオンの間に引力が生じます。

イオン性物質を結合させる力の大きさは非常に大きい。それは、その多くの特性に劇的な効果をもたらします。したがって、融点は同様の構造を持つ物質の格子エネルギーによって異なります。物質を結合させる力が大きいため、融点も高くなります。イオン間の距離も影響を受け、距離が短いほど結合は強くなります。

ホモ原子格子。これらについて何を知っていますかラティーズ？。同じ元素の原子から構成される分子は同原子分子と呼ばれます。 1 種類の原子が集まって 3 次元配列を形成し、格子を形成することで分子を形成します。したがって、均質な原子によって形成される格子は、同質原子格子と呼ばれます。

ダイヤモンド。ダイヤモンドの結晶構造は面心立方格子です。この立方結晶構造は原子の繰り返しパターンです。これらの配置では、原子は 4 つの非常に強力な共有結合を形成できます。したがって、原子は三次元構造を形成する傾向があることは明らかです。

黒鉛。グラファイトは強く結合した六角形のリングのシートで構成されています。シートは互いに離れており、また隣のシートとの結合も弱いため、これらのシートは互いに平行に移動することができ、グラファイトは柔らかい潤滑剤になります。層間に共有結合はありません。各炭素は他の炭素原子と 3 つの共有結合を形成します。

ヘテロ原子格子。異なる元素の原子は共有結合を形成し、ヘテロ原子格子と呼ばれる三次元構造に配置されます。これらの分子は、異なる元素の原子間の共有結合によって作られます。これらの共有結合した分子は格子構造に配列されます。ヘテロ原子格子は異なる元素の原子間の共有結合によって形成されるため、これらの分子を結合させる力は非常に強力です。そのため、硬度が高く、融点と沸点も高くなります。

通常、個々の融点、沸点、溶解度は分子の極性に依存します。イオン性化合物は極性が高く、水に溶けやすいです。しかし、極性が低く非極性の特性を持つヘテロ原子格子は水に溶けません。ヘテロ原子格子は、異なる元素の原子が共有結合した分子を形成します。これらの分子は共有結合しており、格子力の大きさは高いからです。このような格子は電気を伝導できません。これも自由電子を持たないためである。

シリカはケイ素の酸化物です。これは自然界では石英として発見され、さまざまな生物にも見られます。これは次のような線形構造を持っています CO₃²-。シリコン原子は、中心のシリコン原子を取り囲む 4 つの酸素原子と四面体配位関係を示します。したがって、二酸化ケイ素は三次元ネットワーク固体です。この場合、各原子は他の 4 つの酸素原子と四面体状に共有結合しています。その構造は巨大共有結合構造とも呼ばれます。

非極性分子格子。非極性分子は、希ガスなどの原子によって形成されるか、非極性共有結合によって形成されます。分子格子では、格子点は分子によって占められます。非極性分子格子では、格子点は非極性分子または希ガスによって占められます。非極性分子格子では、原子または分子は弱い分散力によって保持されます。これらはファンデルウォール力と呼ばれます。格子点または層間には強い共有結合はありません。したがって、ファンデルウォールの力によって、それらは格子状に保持されました。

非極性分子格子の融点と沸点は非常に低く、通常、室温および大気圧では液体または気体の状態です。分子間には強い共有結合があり、それが原子をまとめています。これらの分子間共有結合により、電子は局在化します。そのため、分子格子は柔らかく、電気の伝導性が悪いのです。

非極性分子は非極性溶媒に溶けやすいです。ヘキサンは非極性溶媒なので、非極性分子はヘキサンに簡単に溶けます。また、両者が互いに引き合い、非極性溶質の分子を結合している結合が切断されるためでもあります。非極性溶媒の例としては、クロロホルム、トルエン、ヘキサン、ジクロロメタンなどがあります。

ヨウ素結晶。ヨウ素は室温では非金属で、ほぼ黒色の固体です。キラキラ輝く結晶のような外観です。その分子格子には個別の二原子分子が含まれており、これらは溶融状態や気体状態でも見られます。ヨウ素の非極性分子格子は、非極性溶媒であるクロロホルムとヘキサンに溶解します。水には溶けません。硬度、融点、沸点が高い。

極性分子格子。これらのタイプの分子は極性共有結合によって形成されます。これらの分子は、比較的強い双極子間相互作用によって結合されています。極性分子格子には格子点に極性分子が含まれています。これらの極性分子は極性溶媒に溶解する可能性が高くなります。これは、極性溶媒が物質内のさまざまな場所に負電荷と正電荷を持っているためです。これらは他の極性分子を溶解するのに役立ちます。この時点では双極子間相互作用が役立ちます。極性溶媒には、水、アセトン、アセトニトリル、イソプロパノール、メタノールなどがあります。

これらの固体は柔らかく、自由電子を持たないため、電気を伝導しません。これらの分子は極性を持っています。これらの分子は双極子間相互作用を持つため、部分的に正電荷と部分的に負電荷が存在します。各分子は永久双極子モーメントを持ちます。双極子間相互作用が強いため、これらの極性分子格子は硬度、融点、沸点が高くなります。

氷。氷は、反対の電荷の電気的引力によって結合されたイオンで構成される結晶固体です。この場合、分子は凍結状態のため永続的な水素結合によって接続されます。その結果、相互に連結した六角形の分子構造が形成されます。

イオン格子。イオン化合物はイオンの巨大な構造です。イオンは規則的に繰り返される配列をしているため、イオン格子と呼ばれます。これはイオンが互いに引き合うことによって形成されます。それらは、互いに反対の電荷を持つイオンが隣り合って規則的なパターンを形成します。この三次元格子はイオン結合によって保持されています。これらはイオン間の直線として表示されます。イオン結合は、反対の電荷を持つイオン間の強い静電気力です。

巨大なイオン格子には多数のイオンとイオン結合が含まれています。したがって、これらの反対電荷のイオン間の引力を破るには、多大なエネルギーが必要になります。その結果、イオン性化合物は高い融点と高い沸点を持ちます。イオン性物質は一般に格子エネルギーが高いため極性溶媒に最もよく溶けます。したがって、イオン化合物を溶解するには、その格子エネルギーを克服するために、より極性の強い溶媒が必要になります。したがって、水はイオン化合物の最も一般的な溶媒です。これは以下の理由により発生します。イオン性固体からの陽イオンは水の陰極に引き付けられます。また、イオン化合物の負のアニオンは水分子の正の端に引き付けられます。

イオン性固体には自由電子がありません。どの荷電粒子も電流を流すことができますが、固体格子内ではすべてのイオンが閉じ込められます。そのため、固定された位置から移動することはできません。したがって、固体のイオン化合物は電気を伝導しません。イオン性化合物は溶融状態では平面から平面へと自由イオンを持ちます。したがって、溶融状態のイオン化合物は電気を伝導することができます。イオン性化合物が溶液中にある場合、自由に移動する自由イオンが存在します。自由イオンが一つの場所から別の場所へ移動するため、電気を伝導します。

塩化ナトリウム。イオン結合は通常、非金属イオンと金属イオンの間で発生します。ナトリウムは金属であり、塩化物は非金属であるため、イオン化合物を形成する NaClイオン結合を使用します。これは塩です。塩では、ナトリウムと塩素の両方が、ナトリウムが価電子を塩素に与えることによってオクテットを完成します。その分子は3次元構造をしており、 FCC相互浸透する陰イオンの配列 FCC陽イオン格子。各イオンは 6 つの座標を持ち、局所的な八面体構造をしています。立方体の単位格子を持ちます。

金属格子。金属の構造を形成するために形成される結合の種類です。これらの格子では、正に帯電した金属イオンが規則的な列に配列されています。それらの非局在化した電子はそれらすべてで共有されます。これらの電子は非局在的に列を循環します。金属格子では、金属は三次元の結晶構造を形成する規則的な層状の原子で構成されています。これは通常、各原子が 8 つの最も近い隣接原子に囲まれた体心立方格子を示します。

これは、特定の原子に 12 個の最近傍原子が存在する面心立方格子にも示されます。また、各金属が 1 つの平面内で 6 つの隣接するイオンに結合された、密集した配列または六角形の配列も示します。マグネシウムは金属固体です。格子サイトを占める格子単位には、非局在化した電子に囲まれた mg イオンがあります。イオンの配置は 1 つの平面にあり、六角形の配列または閉じた金属充填層です。したがって、各金属には 1 つの平面内に 6 つの隣接するイオンが存在します。

ナトリウムの原子が集まると、体心立方格子を形成します。すべてのナトリウム原子は、立方体配列に配列された 8 つの隣接するナトリウム原子に囲まれています。図からわかるように、中心のナトリウムは 8 つの隣接するナトリウム原子に囲まれています。アルミニウムは室温では面心立方結晶構造を持ちます。電気伝導性、熱伝導性、耐腐食性、反射率に優れているため、非常に重要な金属です。

物理量を使用して化学式を作成します

固体物質の構造と物理的性質

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