6. Ponavljanje
Prisjetiti se...
|
\( \ce{NaCl (s)} \) |
\( \ce{I2 (s)} \) |
\( \ce{C (dijamant)} \)
|
\( \ce{C (grafit)} \) | \( \ce{Mg(s)} \) |
| elektrostatske interakcije |
van der Waalsove sile između molekula |
kovalentna veza | kovalentna veza i van der Waalsove sile među slojevima |
metalna veza |
| visoko talište i vrelište | većinom nisko talište i vrelište |
visoko talište i vrelište | visoko talište i vrelište | talište i vrelište vrlo različito (od niskoga Ga do visokoga W) |
| tvrdi, krti i kalaju se | mekani | tvrdi | mekani | različite tvrdoće uglavnom kovki |
| na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju |
najčešće plinovi i tekućine, a ako su čvrste tvari, lako su hlapljive (sublimiraju) |
na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju |
na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju |
na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju, osim žive |
| dobro topljivi u vodi i drugim polarnim otapalima |
nepolarni, uglavnom netopljivi u vodi, dobro topljivi u organskim otapalima |
praktično netopljivi u svim otapalima |
praktično netopljivi ni u jednom otapalu, topljivi u tekućim metalima | topljivi samo u tekućim metalima |
| pokretni ioni u talini i otopini provode električnu struju |
ne provode struju jer nema električki nabijenih čestica |
izolatori jer nemaju slobodnih elektrona |
dobri vodiči električne struje jer između slojeva postoje delokalizirani elektroni |
dobri vodiči električne struje u čvrstom i tekućem stanju jer su elektroni u kristalu metala pokretni |
Dobro je znati!
Za razliku od molekulskog kristala joda koji je građen od nepolarnih molekula, led je molekulski kristal građen od polarnih molekula. Led se sastoji od slojeva koji sadrže heksagonske prstenove molekula vode. Svaki atom kisika u toj je strukturi okružen s četirima atomima vodika. Od toga je s dvama atomima vodika vezan kovalentnim vezama, a s drugim dvama atomima vodika iz dviju susjednih molekula vode vodikovim vezama.
Kristali metala
Kubična-plošno centrirana jedinična ćelija
Od 65 metala samo njih 9 ima posebnu kristalnu strukturu: Mn, Ga, In, Sn, Hg, Pa, U, Np i Pu. Većina metala tvori guste slagaline: plošno centrirana gusta slagalina, heksagonska i nešto manje gusta volumno centrirana kubična slagalina.
Elementi 11. skupine, npr. Cu, Ag, i Au, kristaliziraju u kubičnom sustavu. Elementarna ćelija je plošno centrirana kocka.
\(N(\ce{X}) = 8\cdot\dfrac{1}{8} + 6\cdot\dfrac{1}{2} \\N(\ce{X}) = 4\)
\( d = a\cdot\sqrt{2} \)
\( 4r = a\cdot\sqrt{2} \)
\( r = \dfrac{a\sqrt{2}}{4}\)
Koordinacijski broj je 12 (KB = 12), jer je svaki atom okružen s dvanaest najbližih susjednih atoma.
Popunjenost prostora ili koeficijent slaganja ([latex]K_{\textrm{s}}[/latex]) za plošno centriranu kubičnu strukturu iznosi približno 74 %.
\( K_{\textrm{s}} = N(\ce{X})\cdot \dfrac{V_{\textrm{atom}}(\ce{X})}{V_{\textrm{jedinična ćelija}}}\)
\( K_{\textrm{s}} = \dfrac{4\cdot\dfrac{4}{3}r^{3}\pi}{a^{3}} \)
\( K_{\textrm{s}} = \dfrac{\pi\sqrt{2}}{6} \gg \pu{0,74} \)
\( K_{\textrm{s}} = 74\% \)
Kubična-volumno centrirana jedinična ćelija
Svi alkalijski metali kao i Fe, W, V i Cr imaju volumno ili prostorno centriranu kubičnu slagalinu.
\( N(\ce{X}) = 8\cdot\dfrac{1}{8} +1 \\
N(\ce{X}) = 2 \)
Jediničnoj ćeliji pripada \( 1/8 \) atoma u vrhovima kocke i jedan cijeli atom u središtu kocke.
Smjer dodirivanja atoma je dijagonala kocke, \(D = a\sqrt{3}\), na kojoj se nalaze 4 radijusa atoma, prema tomu je \(4r = a\sqrt{3}\).
\( 4r = a\sqrt{3}\)
\( r = \dfrac{a\sqrt{3}}{4}\)
Koordinacijski broj je 8 (KB = 8), jer je svaki atom okružen s osam najbližih susjednih atoma.
Popunjenost prostora ili koeficijent slaganja, ([latex]K_{\textrm{s}}[/latex]), za volumno centriranu kubičnu strukturu iznosi približno 68 %.
\( K_{\textrm{s}} = N(\ce{X})\cdot\dfrac{V_{\textrm{atom}}(\ce{X})}{V_{\textrm{jedinična ćelija}}} \)
\( K_{\textrm{s}} = \dfrac{2\cdot\dfrac{4}{3}r^{3}\pi}{a^{3}} \)
\( K_{\textrm{s}} = \dfrac{\pi\sqrt{3}}{8} \gg \pu{0,68} \)
\( K_{\textrm{s}} = \gg 68\% \)
Heksagonska jedinična ćelija
Elementi 12. skupine PSE, Zn, Cd kristaliziraju u heksagonskom sustavu. Elementarna ćelija heksagonske slagaline trećina je heksagonske prizme.
Heksagonskoj prizmi pripada \( 1/6 \) atoma u vrhovima prizme, \( 1/2 \) atoma u sjecištu dijagonala baza i 3 atoma u sredini heksagonske prizme.
\(N(\ce{X}) = 12\cdot\dfrac{1}{6} + 2\cdot\dfrac{1}{2} + 3\)
\(N(\ce{X}) = 2 + 1 + 3 \)
\(N(\ce {X}) = 6\)
Jedinična ćelija heksagonske slagaline je trećina heksagonske prizme, prema tome broj atoma u jediničnoj ćeliji je 2.
Koordinacijski broj je 12 (KB = 12), jer je svaki atom okružen s dvanaest najbližih susjednih atoma.
Popunjenost prostora ili koeficijent slaganja, ([latex]K{\textrm{s}}[/latex]), za heksagonsku strukturu iznosi približno 74 %.
\( K_{\textrm{s}} = N(\ce{X})\cdot\dfrac{V_{\textrm{atom}}(\ce{X})}{V_{\textrm{jedinična ćelija}}} \)
\( K_{\textrm{s}} = \dfrac{\dfrac{4}{3}r^{3}\pi}{a^{3}\dfrac{\sqrt{2}}{3}} \)
\( K_{\textrm{s}} = \gg 74\% \)
Alotropija je pojava kada se neki kemijski element javlja u dva ili više strukturnih oblika (grafit, dijamant, fuleren).
Polimorfija je pojava kada se kemijski spoj javlja u dva ili više kristalnih oblika, na primjer kalcijev karbonat, \( \ce{CaCO3(s)} \), kalcit (trigonska modifikacija) i aragonit (rompska modifikacija).
Primijenite znanje!
Nakon što ste ponovili i usvojili osnovne pojmove o čvrstim tvarima, provjerite svoje znanje rješavanjem sljedećih zadataka. Jeste li spremni?
Točka razmišljanja
Što su legure koje pamte oblik (shape memory alloys)? Gdje se primjenjuju?
Ako nosite ili ste nosili fiksni aparatić za zube, znate da vam ortodont redovito mijenja žicu na aparatiću. Jeste li se kada zapitali od čega je načinjena ta žica i na koji način ona ispravlja zube? Žice za aparatić mogu biti načinjene od nitinola. Istražite što je nitinol i gdje se sve primjenjuje.
Što su metamaterijali? Je li moguće napraviti plašt nevidljivosti? Pročitajte zanimljiv članak kako biste saznali jesu li znanstvenici na dobrom putu za stvaranje plašta nevidljivosti. (Mrežno mjesto 1.; pristupljeno: 18.1.2019.)
Grafen je materijal otkriven 2004. godine, a 2010. su za otkriće grafena A. Geim i K. Novoselov dobili Nobelovu nagradu. Grafen je tanki sloj ugljikovih atoma (debljine jednoga atoma) dvodimenzionalne forme. Danas se istražuje primjena grafena kao građevnoga elementa novih metamaterijala. Nešto više o grafenu pogledajte u sljedećem videozapisu emisije Treći element od 32. minute. (Mrežno mjesto 2.; pristupljeno: 18.1.2019.)