ของแข็งผลึก: โครงสร้างคุณสมบัติประเภทตัวอย่าง - เคมี - 2025

ของแข็งผลึกเป็นผู้ที่มีโครงสร้างที่ถูกจัดเรียงและปฏิบัติตามรูปแบบที่โดดเด่นสำหรับตาข่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งกล้องจุลทรรศน์; ตัวอย่างเช่นลูกบาศก์หกเหลี่ยมไตรคลินิกรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนและอื่น ๆ

ของแข็งเหล่านี้กล่าวกันว่ามีอยู่ในรูปของผลึกแสดงด้านและการออกแบบทางเรขาคณิตที่สะท้อนให้เห็นถึงความเป็นระเบียบเรียบร้อยภายใน ตัวอย่างอื่น ๆ ของของแข็งที่เป็นผลึก ได้แก่ เพชรควอตซ์แอนทราซีนน้ำแข็งแห้งโพแทสเซียมคลอไรด์หรือแมกนีเซียมออกไซด์

แท่งน้ำตาลทรายแดงใส ที่มา: Pixabay

ของแข็งผลึกที่รู้จักกันดีคือน้ำตาลและเกลือ (NaCl) เมื่อมองแวบแรกทั้งสองจะแสดงผลึกสีขาว แต่คุณสมบัติของมันแตกต่างกันอย่างมาก น้ำตาลเป็นของแข็งที่มีผลึกโมเลกุลในขณะที่เกลือเป็นของแข็งผลึกไอออนิก อย่างแรกประกอบด้วยโมเลกุลของซูโครส และครั้งที่สองของ Na ⁺และ Cl ^-ไอออน

ภาพด้านบนทำให้เห็นว่าผลึกน้ำตาลมีความสว่างเพียงใด อย่างไรก็ตามผลึกเกลืออยู่ไม่ไกล แม้ว่าน้ำตาลและเกลือจะดูเหมือนพี่น้องกัน แต่โครงสร้างของมันก็แตกต่างกัน: น้ำตาลซึ่งเป็นซูโครสมีโครงสร้างแบบโมโนคลินิก ในขณะที่เกลือเป็นโครงสร้างลูกบาศก์

โครงสร้างผลึกของโซเดียมคลอไรด์ NaCl

น้ำตาลผงและเกลือ (ไอซิ่ง) ยังคงใส ผลึกของมันมีขนาดเล็กลงมากสำหรับดวงตาของเราเท่านั้น ดังนั้นความเป็นผลึกของของแข็งจึงถูกกำหนดโดยโครงสร้างภายในมากกว่าโดยลักษณะภายนอกหรือความสว่าง

โครงสร้างของของแข็งที่เป็นผลึก

โครงสร้างที่เป็นระเบียบของของแข็งที่เป็นผลึก ที่มา: Gabriel Bolívar

ของแข็งผลึกได้สั่งโครงสร้าง ลักษณะทางเรขาคณิตของพวกเขาจะขึ้นอยู่กับชนิดของโครงตาข่ายผลึกที่พวกมันอยู่ซึ่งจะถูกฉายออกมาภายนอกในรูปทรงคริสตัล (ระบบผลึก) ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงแนวคิดที่สำคัญสองประการของโครงสร้างดังกล่าว: ระยะเวลาและเม็ดผลึก

ลำดับเชิงพื้นที่ของอนุภาคของผลึกของแข็งเป็นระยะ นั่นคือมันเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าในทุกทิศทาง สิ่งนี้สร้างรูปแบบโครงสร้างของตัวเองสำหรับโครงตาข่ายทึบและคริสตัลแต่ละอัน ตัวอย่างเช่นนี่คือจุดที่เกลือและน้ำตาลเริ่มแตกต่างจากธรรมชาติทางเคมี

ใน A รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนถูกจัดเรียงให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนขนาดใหญ่ขึ้น รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนสีม่วงแต่ละอันหมายถึงอนุภาคหรือชุดของอนุภาค (อะตอมไอออนหรือโมเลกุล) ดังนั้นคริสตัลระดับมหภาคของ A จึงคาดว่าจะมีลักษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน

ในขณะเดียวกันใน B รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่ทำให้เกิดเม็ดผลึก สิ่งเหล่านี้เป็นผลึกขนาดเล็กมาก (ผลึก) B ถูกกล่าวว่าเป็นของแข็งโพลีคาร์บอเนต นั่นคือเกิดจากการรวมตัวกันของผลึกหลายชนิด

สรุปได้ว่าของแข็งอาจเป็นเพียงผลึก (A) หรือโพลีคริสตัลลีน (B) สร้างผลึกในขณะที่ B polycrystals

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของของแข็งที่เป็นผลึกขึ้นอยู่กับชนิดของผลึก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโครงสร้างของพวกมันมีความเป็นระเบียบเรียบร้อยและพวกมันก็มักจะนำเสนอคุณสมบัติที่สดใสที่คนรักแร่ธาตุตกหลุมรัก อย่างไรก็ตามมีการกล่าวถึงว่าของแข็งที่เป็นแป้งแม้จะ "หลุด" ก็สามารถจัดเป็นผลึกได้เช่นกัน

วิธีที่อนุภาคของพวกมันถูกกำหนดเชิงพื้นที่ทำให้พวกมันมีคุณสมบัติที่สำคัญบางประการสำหรับการกำหนดลักษณะของมัน ตัวอย่างเช่นของแข็งที่เป็นผลึกมีความสามารถในการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์สร้างสเปกตรัมการเลี้ยวเบนซึ่งสามารถกำหนดโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ของคริสตัลได้

นอกจากนี้เนื่องจากโครงสร้างเป็นระยะความร้อนจึงกระจายไปในลักษณะเดียวกันตลอดทั้งของแข็ง ตราบเท่าที่ไม่มีสิ่งสกปรกเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้นจุดหลอมเหลวของของแข็งที่เป็นผลึกจึงคงที่และไม่แตกต่างกันไปไม่ว่าจะวัดด้วยวิธีใดก็ตาม

ประเภทของของแข็งที่เป็นผลึก

ประเภทของของแข็งที่เป็นผลึกขึ้นอยู่กับประเภทของอนุภาคที่พวกมันสร้างขึ้นและปฏิกิริยาหรือพันธะของมันคืออะไร โดยพื้นฐานแล้วมีสี่ประเภท: เครือข่ายไอออนิกโลหะโมเลกุลและโควาเลนต์

แม้ว่าจะมีสิ่งเจือปนอยู่ในระดับหนึ่ง แต่ก็ยังคงเป็นผลึกแม้ว่าคุณสมบัติของมันจะได้รับผลกระทบและจะไม่แสดงค่าเดียวกันกับที่คาดไว้สำหรับของแข็งที่บริสุทธิ์

Ionics

เกลือเป็นตัวอย่างของอิออนผลึกของแข็งเป็นมันประกอบด้วย Na ⁺และ Cl ^-ไอออน ดังนั้นในของแข็งประเภทนี้พันธะไอออนิกจะควบคุม: มันเป็นแรงไฟฟ้าสถิตที่ควบคุมลำดับโครงสร้าง

เมทัลลิ

อะตอมของโลหะทั้งหมดก่อตัวเป็นผลึกโลหะ ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างเช่นส้อมเงินเป็นกลุ่มของผลึกเงินที่หลอมรวมกัน โครงสร้างภายในหรือด้วยกล้องจุลทรรศน์นั้นเหมือนกันในทุก ๆ นิ้วของวัตถุและยังคงไม่เปลี่ยนแปลงจากที่จับส้อมไปจนถึงปลายฟัน

โมเลกุล

น้ำตาลเป็นตัวอย่างของของแข็งที่มีลักษณะเป็นผลึกโมเลกุลเนื่องจากประกอบด้วยโมเลกุลของซูโครส ดังนั้นของแข็งประเภทนี้จึงประกอบด้วยโมเลกุลซึ่งผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล (และไม่ใช่พันธะโควาเลนต์) จัดการเพื่อสร้างโครงสร้างตามลำดับ

เครือข่ายโควาเลนต์

ในที่สุดเราก็มีของแข็งที่เป็นผลึกของเครือข่ายโควาเลนต์ พันธะโควาเลนต์มีอิทธิพลเหนือพวกเขาเนื่องจากมีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้างคำสั่งและทำให้อะตอมคงที่อย่างแน่นหนาในตำแหน่งเชิงพื้นที่ตามลำดับ เราไม่ได้พูดถึงไอออนอะตอมหรือโมเลกุล แต่เป็นเครือข่ายสามมิติ

ตัวอย่าง

ต่อไปและสุดท้ายตัวอย่างบางส่วนจะถูกอ้างถึงสำหรับของแข็งที่เป็นผลึกแต่ละประเภท

Ionics

เกลือทั้งหมดเป็นของแข็งไอออนิก ในทำนองเดียวกันยังมีซัลไฟด์ไฮดรอกไซด์ออกไซด์เฮไลด์และสารประกอบอื่น ๆ ที่ประกอบด้วยไอออนด้วยหรือปฏิกิริยาของพวกมันเป็นไอออนิกเป็นหลัก ดังนั้นเราจึงมี:

-KCl

- กรณีที่₄

- บา (OH) ₂

- กรณี₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

นอกเหนือจากตัวอย่างเหล่านี้แร่ธาตุส่วนใหญ่ยังถือว่าเป็นของแข็งผลึกไอออนิก

เมทัลลิ

ธาตุโลหะใด ๆ เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหมือนผลึกโลหะ บางส่วน ได้แก่ :

-ทองแดง

-เหล็ก

-Aluminum

-โครเมียม

- ไฮโดรเจนโลหะ (ภายใต้แรงกดดันที่เป็นไปไม่ได้)

-Tungsten

-เซอร์โคเนียม

-ไทเทเนียม

-แมกนีเซียม

-โซเดียม

โมเลกุล

ของแข็งที่เป็นผลึกโมเลกุลมีอยู่มากมาย สารประกอบอินทรีย์แทบทุกชนิดที่แข็งตัวจะสร้างผลึกหากความบริสุทธิ์สูงหรือโครงสร้างของมันไม่ซับซ้อนเกินไป ดังนั้นเราจึงมี:

- น้ำแข็ง (H ₂ O)

- น้ำแข็งแห้ง (CO ₂ )

- ฉัน₂

-P ₄

-S ₈ (และโพลีมอร์ฟ)

-Anthracene

- ออกซิเจนที่เป็นของแข็ง

- แอมโมเนียแข็ง

-Phenolphthalein

-กรดเบนโซอิก

เครือข่ายโควาเลนต์

และในที่สุดในบรรดาของแข็งที่เป็นผลึกของเครือข่ายโควาเลนต์เรามี:

-เพชร

-Graphite

- ท่อนาโนคาร์บอน

-Fullerenos

-Quartz

-ซิลิคอน

-เจอร์เมเนียม

- โบรอนไนไตรด์

จากรายการนี้ท่อนาโนคาร์บอนและฟูลเลอรีนอาจถือได้ว่าเป็นของแข็งผลึกระดับโมเลกุล เนื่องจากแม้ว่าจะประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่มีพันธะโควาเลนต์ แต่ก็กำหนดหน่วยที่สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ (ลูกฟุตบอลและท่อ)

อ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
2. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
3. วิกิพีเดีย (2020) คริสตัล สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
4. เคมี LibreTexts (16 มิถุนายน 2562). ผลึกและของแข็งอสัณฐาน สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein และ Anthony Carpi (2020) คุณสมบัติของของแข็ง ดึงมาจาก: visionlearning.com