5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK
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
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
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
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
PÉLDÁK A KOORDINÁCIÓRA
PÉLDÁK A KOORDINÁCIÓRA 6-os koordináció kısórácsban 6-os és 4-es koordináció a szfalerit rácsában tetraéderek és oktaéderek egymáshoz kapcsolódásának lehetıségei
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)
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
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
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
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
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)
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.
IZODEZMIKUS RÁCSOK kısó rácsa fluorit rácsa spinell rácsa rutil rácsa
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.
ANIZODEZMIKUS RÁCSOK Anizodezmikus rácsokat alkotnak a karbonátok, szulfátok és foszfátok. kalcit apatit anhidrit
ATOMRÁCSOK grafit szfalerit gyémánt
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
MOLEKULARÁCSOK rombos kén rácsa hexagonális jég rácsa