Struktura kryształów

Przykładem prostej sieci jonowej jest sieć przestrzenna chlorku sodu NaCl. W modelu tej sieci uwzględniającym wielkość jonów są one przedstawione jako kule o różnych promieniach.

Model struktury chlorku sodu — halitu — uwzględniający wielkość jonów.

Pierwiastki o takich samych lub zbliżonych promieniach jonowych mogą zastępować się wzajemnie w sieciach przestrzennych. Im bardziej różnią się promienie jonowe pierwiastków, tym trudniej i w bardziej ograniczony sposób następuje wzajemna ich wymiana w sieciach przestrzennych. Przy dużych różnicach promieni jonowych pierwiastki nie mogą w ogóle się zastępować. Dzięki zastępowaniu się jonów w sieciach przestrzennych związki o różnym składzie chemicznym mogą mieć tę samą lub bardzo podobną budowę wewnętrzną oraz postać kryształów. Zjawisko to nazywa się równopostaciowością lub izomorfizmem. Piękny przykład izomorfizmu wśród kamieni szlachetnych stanowi grupa granatów. Granaty o różnym składzie chemicznym mają tę samą postać geometryczną, związaną z podobieństwem budowy.

Promienie jonowe pospolitych pierwiastków.

Najliczniejszymi przedstawicielami minerałów są krzemiany, do których należy również większość kamieni szlachetnych. We wszystkich krzemianach występują stale grupy krzemotlenowe [SiO4] utworzone przez małe jony krzemu i duże jony tlenu. Grupy krzemotlenowe, stanowiące zasadniczy składnik budowy krzemianów, przedstawiane są często w postaci czworościanów, w narożach których znajdują się jony tlenu, a w środkach jony krzemu. Drugą charakterystyczną cechą krzemianów jest możliwość zastępowania w ich sieciach krystalicznych jonów krzemu przez jony glinu. Krzemiany, w których część czworościanów [SiO4] zastąpiona jest przez czworościany [Al2O4] nazywane są glinokrzemianami.

Czworościany krzemotlenowe mogą występować oddzielnie lub w grupach, w których poszczególne czworościany połączone są z sobą narożami. Tworzyć mogą one pierścienie, łańcuchy, wsitęgi, warstwy. Najprostszą budowę mają krzemiany wyspowe, zawierające samodzielne, nie powiązane z sobą czworościany krzemotlenowe. W krzemianach grupowych czworościany [Si04] łączą się po dwa. W krzemianach pierścieniowych tworzą one trój-, czworo- i sześcioboczne pierścienie, w krzemianach łańcuchowych łączą się w pojedyncze łańcuchy, a w krzemianach wstęgowych dwa pojedyncze łańcuchy łącząc się z sobą tworzą elementy strukturalne przypominające wstęgi. W krzemianach warstwowych czworościany [SiO4] tworzą płaskie warstwy, przy czym każdy czworościan ma trzy wspólne naroża z sąsiednimi czworościanami. Najbardziej złożoną budowę mają krzemiany przestrzenne, w których czworościany [SiO4] są ze sobą powiązane w różnorodny sposób. Tego rodzaju budowę mają kwarc i skalenie; niektóre odmiany tych minerałów zaliczane są do kamieni szlachetnych.

Czworościany krzemotlenowe [SiO4]: duże jony tlenu O2- ułożone są wokół jonu krzemu Si4+.

Wyrazem prawidłowej wewnętrznej budowy kryształów jest ich zewnętrzna postać wypukłych wielościanów foremnych. Rozpatrując struktury różnych substancji krystalicznych można zauważyć, że jedne płaszczyzny są znacznie gęściej obsadzone atomami niż inne. Te właśnie płaszczyzny, na których atomy są gęsto rozmieszczone, odpowiadają najczęściej występującym ścianom kryształu danego pierwiastka lub związku chemicznego.

Struktura kryształów wyjaśnia wiele zjawisk fizycznych, np. występującą u niektórych zdolność dzielenia się wzdłuż równoległych płaszczyzn, tj. łupliwość. W zależności od charakteru sieci przestrzennej danego pierwiastka lub związku chemicznego i od różnic gęstości rozmieszczenia najdrobniejszych cząstek materii można strukturalnie uzasadnić stwierdzoną łupliwość. Struktura wewnętrzna grafitu, który ma doskonałą jednokierunkową łupliwość, odznacza się tym, że w płaszczyznach równoległych do powierzchni łatwo oddzielających się blaszek, tj. w płaszczyznach łupliwości, atomy węgla są bardzo gęsto rozmieszczone i odległości między poszczególnymi atomami są niewielkie; znacznie większe są one natomiast w kierunku prostopadłym do płaszczyzn łupliwości. W podobny sposób są zbudowane i inne blaszkowate minerały, w których równolegle do płaszczyzny łupliwości atomy występują znacznie gęściej niż w innych kierunkach.

Odmienną budowę wewnętrzną mają minerały o dwóch lub trzech płaszczyznach łupliwości. Sześcienna, kostkowa, doskonała łupliwość soli kamiennej znajduje uzasadnienie w strukturze tego związku chemicznego. Kryształy chlorku sodu mają bowiem wiązania jonowe w trzech prostopadłych do siebie kierunkach.

Połączenia czworościanów krzemotlenowych.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *