Chemia15

6.2.2. Energia sieci krystalicznej

Doświadczenie

Badanie efektów energetycznych towarzyszących rozpuszczaniu kryształów

Przygotuj 3 zlewki zawierające po 100 cm³ wody i odważ po pół mola KN0₃, Na₂S₂0₃ i KI. Rozpuszczaj w kolejnych zlewkach odważone sole. mierząc jednocześnie temperaturę roztworu. Zapisz obserwacje i wnioski

loplonio krysz-

l.llll |(!!i| j(!(ln;j

/ Ino/llwuści m/ci w.im.i sieci ki yslallc/noj.

Powstawanie sieci krystalicznej zawsze wiąże się z wydzieleniem na ze wnątrz kryształu pewnej porcji energii. Wiemy, że układy są tym trwalsze, im niższą energię udało im się osiągnąć, czyli w wypadku kryształu - im więcej energii zostało wyzwolonej podczas tworzenia sieci krystalie/ ncj. Jeżeli chcemy rozerwać sieć krystaliczną, musimy dostarczyć do kryształu taką samą porcję energii, jaka została uwolniona podczas jego tworzenia. Dlatego, aby stopić kryształ, należy go ogrzać. Wiemy z wla snego doświadczenia, że niektóre ciała stałe są łatwo topliwe, na przykład ołów czy lód, a inne trudno topliwe, na przykład chlorek sodu. Oznacza to, że energia sieci krystalicznej chlorku sodu jest dużo większa od enci gii sieci krystalicznej ołowiu i lodu. Również odmiany alotropowe tego samego pierwiastka różnią się między sobą łatwością topienia się.

Przejście struktury krystalicznej fosforu białego w strukturę krysla liczną fosforu czerwonego wiąże się z wydzieleniem na zewnątrz pewnej ilości energii. Zatem energia sieci krystalicznej fosforu białego jest niż sza niż energia sieci krystalicznej fosforu czerwonego.

Doświadczenie

Badanie wpływu warunków na tworzenie się kryształów Pbl₂

W probówce zmieszaj niewielkie ilości wodnych, około 0,1-molowych roztworów Pb(N0₃)₂ i KI. Zaobserwuj wytrącony osad. Następnie ogrzewaj probówkę w płomieniu palnika lub w zlewce z gorącą wodą a/ do całkowitego rozpuszczenia się osadu. Probówkę odstaw na kilka nu nut, by jej zawartość powoli ostygła i ponownie zaobserwuj wytrącom osad. Porównaj wygląd obu osadów. Spróbuj określić, jak warunki kry slalizacji wpływają na budowę sieci krystalicznej.

6.2.3. Kryształy jonowe

11. tli m |i m i. u ni iikni!';lii sig Ilu naiwni, czyli |)li?i wliislki di VIIA( I /)

Kryształy jonowe są tworzone tylko przez związki o budowie jonowej zwłaszcza tlenki i halogenki pierwiastków grupy I i II układu okresowego W stałym kryszlale jonowym cząsteczki nie istnieją w ■ posob niezależny, nie mówi się więc o cząsteczkach Nu< 1 Podczas o/u •• wania kryształu

(i y huclnw.i i lal liliilydi

Jeśli nasycony roztwór soli po zostawimy do powolnego od parowy wania rozpuszczalni ka, zacznie sig w nim proces krystalizacji so li, czyli wzrostu kryształów

mowcgo następnie topnienie i rozpad na jony. Rozpuszczanie takiego l lysztalu w wodzie lakże spowoduje odrywanie od ciała stałego pojedynczych jonów dodatnich i ujemnych. Kryształy jonowe wykazują cJużłj i ardość oraz wysokie temperatury topnienia. Nie przewodzą też prądu w stanie stałym.

Jak wiemy, wiązanie jonowe nie ma charakteru kierunkowego, dlate-n > jony zajmują pozycje zazwyczaj zgodnie z zasadą najgęstszego upako-u inia. Kryształ taki, jeśli urośnie bez defektów, stanowi regularny układ wielu komórek elementarnych i pęka wzdłuż płaszczyzn tworzonych pi zez ściany tych komórek.

Rodzaj kryształu tworzonego przez dany związek jonowy zależy od .i >sunku promienia kationu do promienia anionu w tym związku oraz ud rodzaju cząsteczki. Na przykład w krysztale chlorku sodu stosunek piomienia kationu do promienia anionu wynosi:

promień Na⁺

--= 0,53

promień Cl

W wypadku takich różnic w wielkości anionu i kationu najkorzystniej-s ym ułożeniem jonów jest układ, w którym jon sodu otoczony jest sześcioma jonami chlorkowymi, zgodnie z ryciną 6.16.

Jony sodu i jony chlorkowe ułożone są w krysztale naprzemiennie i przyciągają się siłami elektrostatycznymi. W sieci tej możemy wyodrębnić komórkę elementarna, nazywaną regularną, gdyż można ją opisać jako sześcian, w którego narożach osadzone są jony Na⁺ i Cl".

Ryc. 6.16. Jon Na⁺ otoczony sześcioma jonami Cl w krysztale NaCI

Inne cząsteczki o charakterze jonowym mogą budować sieci krysta-l iczne o odmiennych niż chlorek sodu komórkach elementarnych, a więc innej symetrii.

Hy< (i I/ Ol" <mi.> i......    '    (• i im|('i| i r i'l('mi’lll.il IH^,|

i hlnil ii mlu

O strukturze kryształów jonowych decydują bowiem aniony, zazwyczaj większe od kationów. Kationy dopasowują się jedynie do luk pozostawionych przez aniony w sieci kryslalic/.ncj.