Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
IV. BUDOWA CIAA
A STAA
EGO
1. Ciała izotropowe i anizotropowe
Przemiany fazowe gaz - ciecz - ciało stałe:
GAZ
skraplanie sublimacja
resublimacja
parowanie
ciecz
szkło
krystalizacja topnienie
krystalizacja
ciało krystaliczne
1/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
procesy endotermiczne
procesy egzotermiczne
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Faza gazowa
- brak uporządkowania, ruch chaotyczny
Faza ciekła
- pewne uporządkowanie cząsteczek (bliskiego zasięgu)
Faza stała
- większość ciał stałych ma budowę krystaliczną - uporządkowanie
bliskiego i dalekiego zasięgu. Niektóre ciała stałe jak np. szkło
posiadają tylko uporządkowanie bliskiego zasięgu.
2/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Ciała stałe
Substancje krystaliczne Ciała bezpostaciowe
Chlorek sodu, siarczan wapnia Szkło, \
ywice, kity, smoła
Są anizotropowe tzn., \
e w ró\
nych Są izotropowe - ich
kierunkach, mają ró\
ne właściwości fizyczne właściwości są identyczne
jak: łupliwość, rozszerzalność cieplna, we wszystkich kierunkach
przewodnictwo elektryczne, współczynnik
załamania światła
Uporządkowanie bliskiego i dalekiego zasięgu Uporządkowanie bliskiego
zasięgu (setki pikometrów)
Ściśle określona temperatura topnienia Obszar mięknięcia
Skokowe zmiany: Ciągła zmiana właściwości
fizycznych
- gęstości
- przewodnictwa
- lepkości
- współczynnika załamania światła
3/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
T3 T
T T  T
T - do T  - obszar mięknienia
Ts  punkt topnienia
Jaka jest ró\
nica pomiędzy kryształem stałym a cieczą???
Ciecz wykazuje płynność i brak własnego kształtu. Ka\
da
pozycja cząsteczki cieczy jest jednakowo prawdopodobna.
4/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
własności fizyczne
własności fizyczne
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
A więc wszystkie kierunki są równouprawnione - ciecz jest
izotropowa.
Ale są równie\
ciecze anizotropowe - są to niektóre związki
organiczne ora 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 wyró\
nić mo\
na
pewien średni kierunek w przestrzeni. Powoduje to anizotropię
ośrodka.
5/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Poni\
ej podano 3 struktury faz ciekłokrystalicznych
Ciekły kryształ występuje tylko w pewnym zakresie
temperatur
T1 T2
Kryształ ciecz izotropowa
ciekły kryształ


T1 �
� T2 : obszar istnienia ciekłego kryształu
�
�
Przykład zastosowania ciekłych kryształów :
- monitory komputerowe typu LCD
6/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
2. Sieć przestrzenna
W ciałach krystalicznych atomy, jony, cząsteczki lub
rdzenie atomowe są uło\
one w uporządkowany sposób
tworząc sieć przestrzenną.
Z sieci przestrzennej mo\
na wybrać komórkę elementarną.
Jest to najmniejszy wycinek sieci, który zachowuje jeszcze
jej cechy charakterystyczne.
7/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Jak taką komórkę wybrać???
Dla sieci
A
dwuwymiarowej:
C
B
Najdogodniej wybrać komórkę A, gdy\
ma najkrótsze
krawędzie.
8/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Dla sieci trójwymiarowej, np. chlorek sodu
Liczba jonów zawartych w komórce NaCl :
Uwzględniając, \
e w komórce elementarnej mogą być węzły:
- w 8 naro\
nikach,
- w centrum (środku),
- na środkach krawędzi,
- na środkach ścian.
9/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Kationy Na+:
1
+
+
+
8 rogów x = 1 Na+
=
=
=
8
1
+
+
+
6 ścian x = 3 Na+
2
+
+
+
Razem 4 Na+
Aniony Cl- :
1
12 środków krawędzi x = 3 Cl-
4
1 środek komórki x 1 = 1 Cl-
Razem 4 Cl-
10/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
Liczbą koordynacyjną nazywamy liczbę atomów (jonów,
zrębów atomowych lub cząsteczek) bezpośrednio
sąsiadujących z danym atomem (jonem, zrębem atomowym
lub cząsteczką).
Liczba koordynacyjna Na+ 6
6 Cl-


Bravais wprowadził 14 mo\
liwych typów sieci
przestrzennych zwanych translacyjnymi.
Nale\
ą one do 7 układów krystalograficznych.
11/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
TYPY SIECI PRZESTRZENNYC
Sieć przestrzenna
Parametry
Układ
o centrowanej przestrzennie ściennie
sieciowe
prymitywna (P)
podstawie (C) centrowana (I) centrowana (F)
regularny a = b = c
(sześcian) ą = � ł = 90o
ą � ł
ą � = ł
ą � ł
tetragonalny a = b `"
`" c
`"
`"
(prostopadłościan) ą = � ł = 90o
ą � ł
ą � = ł
ą � ł
rombowy a `" `" c
`" b `"
`" `"
`" `"
(prostopadłościan) ą = � ł = 90o
ą � ł
ą � = ł
ą � ł
a = b `"
`" c
`"
`"
heksagonalny
ą = �
ą �
ą � = 90o
ą �
(prostopadłościan)
ł = 120o
ł
ł
ł
trygonalny
a = b = c
(romboedryczny
ą = � ł `"
ą � ł `"
ą � = ł `" 90o
ą � ł `"
równoległościan)
jednoskośny a `" `" c
`" b `"
`" `"
`" `"
(równoległościan) ą = ł
ą ł
ą ł = 90o
ą ł
� `"
� `"
� `" 90o
� `"
trójskośny a `" `" c
`" b `"
`" `"
`" `"
ą `" � `" ł
(równoległościan) ą `" � `" ł
ą `" � `" ł
ą `" � `" ł
12/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego
Władysław Walkowiak Podstawy Chemii Nieorganicznej - kurs WPC2002w
1/47
Wykład 4a. Chemia ciała stałego