5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

Átírás

1 5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

2 KRISTÁLYKÉMIAI ALAPFOGALMAK Atomok: az anyag legkisebb olyan részei, amelyek még hordozzák a kémiai elem jellegzetességeit. Részei: atommag (mely protonokból és neutronokból áll) és elektronok. Az atomokban a protonok és elektronok száma egyenlı. Izotópok: olyan atomok, melyekben a neutronok száma nem egyenlı a protonok számával. egy atom Bohr-féle modellje néhány elem izotópja

3 KRISTÁLYKÉMIAI ALAPFOGALMAK Ionok: elektronleadással vagy elektronfelvétellel megváltozik az atom elektronkonfigurációja. Elektronfelvétellel anionok, elektronleadással kationok jönnek létre. Tehát: X (atom) e X + (kation) az elsı ionizációs potenciál változása az X (atom) + e atomszám függvényében X (anion) az elektronegativitás változása az atomszám függvényében

4 KRISTÁLYKÉMIAI ALAPFOGALMAK Atomrádiusz: az atom legkülsı elektronhéja maximális töltéssőrőségő részének az atommagtól való távolsága. Az effektív atom- és ionrádiusz az elemi minıségen túl függ az atomot/iont körülvevı atomok/ionok számától, típusától, az elektronkonfigurációtól, illetve az ionok töltésének nagyságától is. Az anionok többnyire nagyobbak, mint a kationok. néhány ion mérete

5 KRISTÁLYKÉMIAI ALAPFOGALMAK Koordináció: az atomok/ionok elrendezési módja egy centrális tömegpont körül. Koordinációs szám: egy atom/ion közvetlen szomszédjainak a száma. A koordinációs számot alapvetıen a rádiuszhányados (a központi ion és szomszédok rádiuszainak a hányadosa), a kötésjelleg és a polarizáció befolyásolja. a legfontosabb koordinációs típusok

6 PÉLDÁK A KOORDINÁCIÓRA

7 PÉLDÁK A KOORDINÁCIÓRA 6-os koordináció kısórácsban 6-os és 4-es koordináció a szfalerit rácsában tetraéderek és oktaéderek egymáshoz kapcsolódásának lehetıségei

8 PÉLDÁK A KOORDINÁCIÓRA a köbös legszorosabb illeszkedés (CCP) 12-es koordinációban (arany, réz, ezüst) a hexagonális legszorosabb illeszkedés (HCP) 12-es koordinációban (magnézium, cink, kadmium)

9 KÖTÉSTÍPUSOK: IONOS KÖTÉS Az ionos kötés ellentétes töltéső ionok között jön létre. (Tehát nem jöhet létre azonos elemek között). Erıs kötéstípus. Az ionos kötés nem irányított, a tér minden irányában hat. A koordinációs számok az ionos kötések esetén 6-os vagy 6-nál nagyobbak. Az ionos kötést tartalmazó kristályok közepes keménységőek, eléggé magas olvadáspontúak, színtelenek, és kevéssé, vagy nem vezetik az elektromosságot. idealizált ionos kötéső szerkezet ionos kötéső kısó, NaCl rácsa

10 KÖTÉSTÍPUSOK: KOVALENS KÖTÉS A kovalens kötés azonos vagy különbözı atomok között jön létre párosítatlan elektronok révén. Erıs kötéstípus. A kovalens kötés erısen irányított. A koordinációs számok kovalens kötések esetén 4-es, vagy 4-nél kisebbek. A kovalens kötést tartalmazó kristályok legtöbbször nagy keménységőek, magas olvadáspontúak, sokszor színtelenek, és nem vezetik az elektromosságot (szigetelık). elektronpályák átfedése szénatomoknál a kovalens kötéső szfalerit, ZnS rácsa

11 KÖTÉSTÍPUSOK: FÉMES KÖTÉS A fémes kötés esetén pozitív töltéső atommagokat elektronfelhı vesz körül. Azonos vagy különbözı elemek között jöhet létre. A fémes kötés nem irányított. A koordinációs számok fémes kötések esetén 6-os, vagy annál nagyobbak, sokszor 12-es szoros illeszkedésőek. A fémes kötést tartalmazó kristályok változó keménységőek, átlátszatlanok (opakok), kiválóan nyújthatók, és jól vezetik az elektromosságot. pozitív töltéső atommagok szürke elektronfelhıvel köbös, legszorosabb illeszkedés az arany (ezüst, réz) rácsában

12 KÖTÉSTÍPUSOK: VAN DER WAALS KÖTÉS A van der Waals kötés azonos vagy különbözı molekulák és atomok között, részben a dipólus-hatás miatt jön létre. Gyenge kötés. A van der Waals kötés nem irányított. A van der Waals kötést tartalmazó kristályok kis keménységőek, alacsony az olvadáspontjuk, és nem vezetik az elektromosságot (szigetelık). dipólus-hatás kialakulása atomok polarizációjával a győrős kénmolekulákat van der Waals kötıerı tartja össze

13 KÖTÉSTÍPUSOK: HIDROGÉNKÖTÉS A hidrogénkötés egy pozitív töltéső H-ion és egy anion, vagy polarizált molekulák (például polarizált vízmolekula) között jön létre. A hidrogénkötés gyenge kötés (de erısebb a van der Waals kötésnél). A hidrogénkötést tartalmazó kristályok kis keménységőek, alacsony az olvadáspontjuk, és kis stabilitásúak. a) polarizált molekulák illeszkedése b) a hidrogénkötés modellje c) vízmolekula a H-O-H kötésiránnyal d) hidrogénkötés a jég egyik módosulatánál (tetraéderes koordináció)

14 KRISTÁLYRÁCSOK TÍPUSAI Homodezmikus kristályrácsok: ha a rácsban alapvetıen egyféle kötéstípus érvényesül. Heterodezmikus kristályrácsok: ha a rácsban többféle kötéstípus szerepel. A kristályrácsok legtöbbje ebbe a csoportba tartozik. Izodezmikus kristályrácsok: alapvetıen ionos kötéseket tartalmazó rácsok. Mezodezmikus kristályrácsok: alapvetıen kovalens kötéseket tartalmazó rácsok. Anizodezmikus kristályrácsok: alapvetıen ionos kötéső rácsok, melyekben kovalens kötéső összetett anionok helyezkednek el.

15 IZODEZMIKUS RÁCSOK kısó rácsa fluorit rácsa spinell rácsa rutil rácsa

16 MEZODEZMIKUS RÁCSOK A szilikátok csoportosítása az SiO 4 -tetraéderek összekapcsolódási módját veszi alapul. Ennek alapján megkülönböztetünk: nezo- (sziget-), szoro- (csoport-), ciklo- (győrős-), ino- (lánc-), fillo- (réteg-) és tekto- (térhálós-) szilikátokat.

17 ANIZODEZMIKUS RÁCSOK Anizodezmikus rácsokat alkotnak a karbonátok, szulfátok és foszfátok. kalcit apatit anhidrit

18 ATOMRÁCSOK grafit szfalerit gyémánt

19 FÉMES RÁCSOK köbös lapon centrált, legszorosabb illeszkedés (CCP) koordinációs szám: 12 hexagonális legszorosabb illeszkedés (HCP) koordinációs szám: 12 köbös térben centrált rács, koordinációs szám: 8

20 MOLEKULARÁCSOK rombos kén rácsa hexagonális jég rácsa