Лекция №1.Қатты денелер анықтамасы. Олардың негізгі қасиеттері

Кристалдардың координатының жүйесі

жүктеу/скачать 50.61 Kb.

бет	2/4
Дата	21.05.2024
өлшемі	50.61 Kb.
	#501617
түрі	Лекция

1 2 3 4

2 5397838829447039812

Лекция №4. Ван-дер-Ваальс күштері. Байланыс энергиясы. Молекулалық кристалдар. Иондық кристалдар. Маделунг энергиясы. Маделунг тұрақтысын есептеу. Коваленттік кристалдар
Қатты денелердің классификация және байланыс типтері.

Кристалдардың координатының жүйесі. Кристалды – графикада кристалдардың аналитикалық бейнеленуі үшін сәйкес кристалл симметриясымен таңдалатын үш өлшемді координат жүйесін қолданады. Координат осьтері алты параметрмен сипатталатын a,b,c,α,β,γ элементар ұяшықтармен сәйкес келеді. Кристалды – графикалық осьте таңдау кезінде ережелерді сақтау қажет, яғни кристалды – графикалықта қабылданған және міндетті барлық зерттеулер үшін. Бұл заңдылықтардың орындалуы мүмкін жағдайын шығарады. Координат осьтерінің орналасуы кристалл графикалық индекстерге тәуелді екендігін есте сақтау қажет. Барлық кристалл графикалық оқулықтарда жетінші сингоникалық деп фомбоэдрикалық примитивті ұяшыққа сәйкес тригональдарын санайды.. Мұндағы гексогельді сингонтригональды байланыс біз көріп отырғандай торда болады. Әрбір кристалдық структураны элементарлы трансляция жиынымен сипаттауға болады.
О. Бравэ 1848 жылы трансляциялық тордың 14 типі бар екендігін математикалық жолмен дәлелдей алды. Бравэ мынандай үш шартты қарастырды:
1. Таңдалынған ұяшық барлық тордың сингониясы болуы, оның симметриясы барлық тор симметриясына сәйкес болуы тиіс;
2. Тік бұрыш саны және теңдік жағы максимальды болуы тиіс.
3. Алғашқы екі шартты сақтау барыснда ұяшық көлемі минимальды болуы тиіс.
Олай болса, элементарлы ұяшықты стандартты таңдауға сәйкес кристалдың сыртқы симметриясы мен сақталынған жоғарғы үш шарттың кез келген кристалдық структурасы Бравэнің әртүрлі торының 14 топологиясының біреуінің көмегімен көрсетілген. Осы 14 тордың ішінен тек 6 ғана примитивті болады. Вингер – Зейц ұяшығының негізгі примитивті ұяшық көлемі бойынша тең.

Лекция №4. Ван-дер-Ваальс күштері. Байланыс энергиясы. Молекулалық кристалдар. Иондық кристалдар. Маделунг энергиясы. Маделунг тұрақтысын есептеу. Коваленттік кристалдар
Қатты денелердің классификация және байланыс типтері.
Осы кезге дейін біз қатты денелерді дискретті бөлшектерден тұратын жүйе деп қарастырдық, кристалл торлардың симметриясына жәннне құрылысының заңдылықтарына көп көңіл бөлдік. Бөлшектерді тепе – теңдік қалыпта тұратын күштер туралы айтылмай келді. Кристалда бөлшектерді ұстап тұратын күштердің табиғаты, қиын молекулалардың пайда болуына әкелетін атомаралық күштердікіндей. Мұндай күштер деп негізінен қарама-қарсы зарядталған бөлшектер арасындағы электростатикалық тартылыс күші және біртекті зарядталған бөлшектер арасындағы тебулі күштері саналады. Кристалдағы бөлшектер арасындағы әсерлесу потенциялы көрсеткеніндей магниттік күштер өте аз ал гравитациялық күштерді жоқ деп санауға болмайды сонымен атомаралық әсерлесу күштері әсерлесетін атомдардың электронды қабықшаларының құрылуымен анықталады. Атомаралық күш қатты денелер классификациясының негізі. Осы классификацияға сәйкес қатты денелер төртке бөлінеді:
1.ковалентті
2.металды
3.ионды
4.молекулалық кристалды
Сутегімен байланысты органикалық емес заттардан тұратын кристалдарды бөлек типке жатқызады. Сутекті байланыс сутегі атомымен және теріс зарядталған атом арасындағы электростатикалық тартылыспен түсіндіріледі.
Қатты денелер классификациясының көптеген әдістері бар. Көптеген қатты денелерді кристал структурасының симметриясына, электрлік қасиетіне байланысты классификациялауға болады. Электрлік қасиетіне байланысты қатты денелер өткізгіштер және изоляторлар болып бөлінеді. Электр өткізгіштер болып металдар
(Ag, Cu, Ai)
Ал изоляторлар болып – ионды кристалдар табылады. Металдар мен изоляторлардың арасында жартылай металдармен жартылай өткізгіштер орналасады. Өте төмен температурада жартылай өткізгіштер изоляторларға айналады. Жартылай металдар, электронды өткізу концентрациясы металдарға қарағанда 10⁴ есе аз болса да ток өткізеді. Мұндай айырмашылық электрондық құрылысының ерекшелігімен түсіндіріледі.

Бұл бөлімде біз жоғарыда айтылғандай әсерлесетін атомдардың электрондық қабықшаларының құрылуымен анықталатын, атомаралық әсерлесу күштеріне негізделген қатты денелердің классификациясын қарастырамыз. Әдеттегідей көптеген элементтерде атомаралық байланыста валентті электрондар қатысады.

Ag, Cu, Ai, En, Vb, Am
Осыларда электрондардың байланыс энергиясы толтырылған
d¹⁰, f¹⁰, f¹⁴
қабақшаларында атомаралық байланыста осы қабықшадағы бір – екі электрондар қатыса алады. Сыртқы қабықшасында көптеген валентті электрондары бар бірнеше элементтердің барлық валентті электрондары атомаралық байланысқа қатыса алмайды себебі атомдардың байланыс энергиясы жоғары
(O, F, Fe, Co, Ni және т.б.)
- атомдық нөмірінің өсуіне байланысты атомаралық байланысқа түсетін валентті электрондар саны периодты түрде өзгеріп отырады. Менделеевтің периодты заңына байланысты барлық физикалық, химиялық қасиеттер атомның өсуіне байланысты өзгеріп отыруы қажет,атомдар ионизациясының потенциялының атомдық нөмірге тәуелділігі көрсетілген. Бірінші ионизацияның потенциялы нейтрон атомнан электронның бөлінуі үшін қажет энергияға сәйкес келеді (2.1-тәуелділігі периодты сипаттаманы көрсетеді).
Металдары басқа ионизация потенциялы минимал элементтер мен салыстырғанда 5,4; 5,16; 4,35; 4,18; 3,90 Э – қа сәйкес келеді. Қабыршақты металдардың атомдарында тек қана бір валентті электрон бар, ол толтырылған қабықшаның сыртында орналасқан сондықтан әлсіз байланысты, сол себепті әртүрлі реакция кезінде бұл элементтер сыртқы электрондарын жоғалтып, оң зарядталған иондар катиондарды құрайды
Ui⁺ ,Na⁺ ,K⁺ ,Rb⁺ ,Cs⁺
Сыртқы электронды жоғалтқан электронды қабықшалар, өздерінде жақын инертті газдардың атомдарының қабықшалары сияқты болып қалады (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) өте берік электронды конфигурациясы бар бірінші ионизация потенциялы өте жоғары және 25/12, 25/12 Э – қа дейін өзгереді.
Инертті газдардың алдында галогендер орналасады 10-18-ге дейін эв бірінші ионизациялау потенциялы 1 бар периодты жүйенің 7-топ элементтері – F, CI, Вч, Ч, бұл элементтерде инертті газдардың атом қабықшасын құрау үшін 1-электрон жетпейді, олар теріс зарядталған иондар – аниондар болып табылады: F-, CI -, Вч-, Ч-, Анион пайда болғаннан кейінгі нейтрал атомнан бөлініп шығатын Е-эпизгиясын электронның атомға өсу энергиясы деп аталынады. Галодтары атомдар электронға көбірек қосылады:
Ғ -3,4эв, СІ – 3,6эв, Вч -3,4эв, Ч-3,1эв.
Ионизация потенциалы және электронға қосылу энергиясы иондық валенттікпен тығыз байланысты, ал атомның қосып алатын немесе жоғалтатын электрон сапамен анықталады. Қабыршақты металдар инертті элементтер атомына қарағанда бір электроны көп болғандықтан бір валентті оң зарядталған, мысалы Na – атомының иондық валенттігі +1 – ге тең. Галондты атомдар бір валентті теріс зарядталған, себебі оларда бір электрон жетіспейді сонымен СІ – атомы үшін иондық валенттігі -1 – ге тең.
Екінші атомдардың екі электронын жоғалта отырып инертті газдардың электронды структурасын құра алады.
Be²⁺, Mg²⁺,Ca²⁺,Sч²⁺
және бұл атомдар +2 – ге тең оң валентті; Үшінші топтың атомдары үш электрондарын жоғалтып валенттігі +3 – ге тең иондар құра алады.
Бір сападағы атомдарды басқа атомдармен әсерлесуінің химиялық байланысы олардың беретін немесе алатын валенттігімен анықталады. Бұл қасиет Х – атомдардың теріс электрон зарядтарымен қарастырылады. Теріс электрлі зарядталу бұл атомның қатты денеден электронды тарту тенденциясын көрсететін параметр, теріс элекрлі зарядталу атомдардың әсерлесуінің салыстырмалы шамасы және ол физикалық шама болып есептелмейді, себебі: ол тұрақты емес және химиялық байланыстағы атом табиғатына тәуелді. Кейде химиялық байланыс кезінде бір атом теріс электрлі және оң электрлі зарядталған болуы мүмкін. Теріс электрлі зарядталу кристалдық структурасына және байланыс типіне өте әлсіз тәуелді, қатты денелердің қасиеттерін қарастырғанда бұл атомдардың объективті қасиеттері болады. Атомдардың теріс электрлік зарядталуының шамамен алынған мәні, электронның өсу энергиясымен бірінші ионизация потенциалының орташа арифметикалық өрнегі: Х=1/2(Ч+Э)
(2.1) формула Менделеевтің периодты таблицадағы барлық элементтердегі теріс электрлі зарядталу мәніне қарап, бір қатарға жазуға болады, көріп отырғанымыздай Ғ – үшін 4 эв – қа дейін, Сs үшін – 0,7 эв дейін теріс электрлі зарядталу шамасы өзгереді. Фтор көбірек теріс электрлі зарядталған элемент периодта таблицаның әрбір қатары оң электрлі зарядталған элементтен басталады, яғни оң иондар түзетін элементтерден әрбір қатардың оң жақ бұрышында – теріс электрлі зарядталған элементтер орналасады. Яғни теріс иондар құрайтын элементтер сонымен таблицаның сол жағында металдық қасиеттері бар элементтері орналасады яғни металдар ал оң жағында металда жоқ элементтер металоидтар орналасады. Кестеден металдармен металоидтар арасында шартты шек жүргізуге болады. Бұл шек химиялық белгілеріне байланысты жүргізіледі. Тұз типті су ерітінділерінде ионды диссоциация жүретін, және соның әсерінен ерітінді дегидротерленген оң иондар, сонымен қатар теріс зарядталған иондар пайда болатынының белгісі, химиялық белгілердің бір түрі. Химиялық активті элементтерді металл мен металидқа бөлу байланыс типтің негізгі үш түрін енгізуге әкеледі: ионды, ковалентті және металды оң электрлі зарядталған металдармен терісс электрлі зарядтармен металиодтағы арасындағы байланыс иондық байланыс сияқты анықталады. Ол теріс зарядталған иондар арасында болғандықтан иондардың полярлығына қарап – гетеро полярлы деп аталады. Гомополярлыға металдық және ковалентті байланыс жатады. Металл мен металоид арасындағы байланыс – металдық, ал металоидтар мен бейметалдар арасындағы байланыс гейметалдар болып табылады. Қарастырылған байланыс типтері химиялық әсерлесудің салдарынан болады. Ал ковалентті байланыстар өте сирек кездеседі және иондармен сипатталады.
Ковалентті байланыстың иондық деңгейін өзара әсерлесетін А және В атомдарының теріс электрлі зарядталуы белгілі болған жағдайда ғана бағалауға ғана болады. Байланыстар сипаттамасын анализдеу кезінде әсерлесетін атомдардың теріс электрлі зарядталуының айырмасы қарастырылады. Иондық қосылудың мына өрнектен анықтаймыз: салыстырмалы иондылық
Х_а – Х_в =1-exp[-0625(х_а-х_в)](2,2)
Бұл жерде Х_а – Х_в - өзара әсерлесетін А және В атомдардың теріс электрлік зарядталуы.
Егер салыстырмалы иондық 1-ге тең болса, яғни 100% құраса, онда атомдар арасындағы байланысы – иондық; егер 0 – ге тең болса онда байланыс ковалентті.
О – мен 1 – аралығындағы ковалентті байланыс иондықта сипатталады. Теріс электрлі зарядталу айырмасы көп болған сайын байланыстың иондық сипаттамасы анығырақ болады.
Кристалдардағы иондық байланыстардың жиі кездесетін байланыс екендігін эксперимент жүзіндегі дәлелі томның эффективті заряды, ол Е – электрон зарядының бүтін санына тең емес 2.2 кесте кейбір қосылулардағы атомдардың эффективті заттары

Қосылыс

Эффективті заряд

NaCl
NaBr
SiO₂

Na₂S

ZnS

+0.92ℓ (сол Na)
+0.83ℓ (сол Na)
+1.97ℓ (сол Si)
- 0.99ℓ (сол O)
+0.75ℓ (сол Na)
-0,96ℓ (сол S)
- 0,86ℓ (сол S)

2.2 кестеден көріп отырғанымыздай 1 элемент бірнеше әртүрлі қосылулар кезінде әртүрлі эффективті зарядқа ие болады. Мысалы: NaCl,
Na – атомының эффективті заряды +0,92 е – ге тең, ал NaBr+0.83 e құрайды.
Көріп отырғанымыздай әсерлесу кезінде атомдар арасында теріс электрлі зарядталу 0 – ге тең болғанша зарядтардың бөлінуі орын алады. Бір ғана атом көптеген атомдармен әсерлесе алады. Олардың әрқайсысының өзінің теріс элетр заряды және эффективті заряды әрбір қосылуларда әртүрлі болады.

жүктеу/скачать 50.61 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4