Кристаллография туралы жалпы түсінік

Кристаллохимия негіздері

Жоспар

Жалпы түсінік

Кристаллохимияның кейбір заңдары

Кристалдардың структуралық типтері

Изоморфизм

Полиморфизм

Қорытынды

Кристаллография туралы жалпы түсінік

Кристалдардың барлық қасиеттерін олардың химиялык құрамы мен геометриялық құрылысы аркылы айыруға бағытталған ғылымды кристаллохимия деп атайды.

Кристаллохимия бір жағынан физикалық химияға, екінші жағынан геохимияға байланысып жатқан кристаллографияның бір тарауы болып табылады. Кристаллохимия ғылымның жаңа бөлініп шыққан тарауы. Оның кейбір идеялары кристаллография ғылымында ерте кезден шыға бастаған. Мысалы, Стено заңы, Гаюи заңы, Е. С. Федоров еңбектері осы кристаллографияның бас қадамдары деуге болады.

Осының негізінде О. Гассельдің, В. М. Гольдшмидтың және басқалардың «Кристаллохимия» атты еңбектері шықты (ол 1936-1937 жылдары орысшаға аударылған) .

Кристаллохимияның жарыққа шығуымен байланысты «Геохимия» ғылымы да жарыққа шықты (бұл жөніндегі В. М. Гольдшмидт, В. И. Вернадский, A. Е. Ферсман және баскалардың еңбектері жоғарыда айтылған) .

Кристаллохимия - жаңа ғана аяқ басып келе жатқан жас ғылым.

Кристаллохимияның кейбір заңдары

Біз жоғарыда кристаллографиялық заңдарды дұрыс түсіну үшін атомдар мен иондарды формасы өзгермейтін түзу шар деп қарадық . Ал тереңірек талдай келгенде, расында, бірсыпыра атомдар мен иондардың радиустары азды-көпті өзгереді. Ол өзгерістердің себептері мыналар:

оң заряд көбейген сайын иондық радиус кемиді, теріс заряд көбейген сайын ол артады;

температура жоғарылаған сайын, қысым күші кеміген сайын атомдық (иондық) радиустар кебінесе үлкейеді;

электрлік өрістің әсерінен ионның формасы өзгереді, ол деформацияға ұшырайды. Айналадағы өзімен аттас емес иондардың электрлік әсерінен иондар формаларының өзгеруін поляризация деп атайды.

Ионның радиусы неғұрлым үлкен болса, заряды неғұрлым аз болса, оның поляризациясы соғұрлым күшті болады. Мұндай қасиеттер көбінесе аниондарда кездеседі. Сондықтан поляризация көбінесе аниондарда болады.

П. Грот заңы бойынша заттың химиялық құрамы неғұрлым жабайы болса, оның симметриясы соғұрлым жоғары болады.

П. Грот заңы тек жуық мөлшермен алынған заң. Алайда көп жерде ол дәл келеді. Мысалы, 27 элемент кубтық сингонияда кристалданады, 8 элемент гексагондық сингонияда, 13 элемент осы екі сингонияда бірдей кристалданады.

Кристалдардың структуралық типтері

Кристалдарды геометриялық формаларына қарай бөлумен катар оларды кұраушы бөлшектер мен бөлшектердің араларындағы күштердің түріне қарай да беледі. Біз бұл жерде осы мәселені физика-химиялық негізде кеңейтейік.

Бөлшектер арасындағы құрастыру күштеріне карай кристалдардың ішкі структурасы мынадай болып бөлінеді.

Металл кристалдары - атомдар арасында еркін ауысып жүретін электрондардың атқаратын ролі басым структура. Бұған мысалға барлық күшті металдар алынады (мыс, алтын, магний т. б. ) .

Коваленттік немесе гомеополюстық (атомдық ) байланысты кристалдaр - ортақ валентті байланысы бар кристалдар деген сөз. Мұнда кершілес екі атомның арасында ортақ екі электроннан тұратын байланыс «көпірше» пайда болады. Мұндай байланыстар алмаз, графит кристалдарының решеткасында болады.

Молекулалық кристалдар (Ван-дер-Ваальстық байланысты кристалдар) - молекула бөлшектерінен құралған кристалдар. Молекулалар арасындағы байланыстар әр түрлі болады. Солардың ішінде ең көп кездесетін түрі электр зарядының тең бөлінбегендігі, яғни Ван-дер-Ваальс күші. Молекулалар арасындағы тартылыс күші әлсіз келеді, сондықтан мұндай құрылысты кристалдар оңай балқығыш, ұшпалы келеді. Молекулалық структура көбінесе органикалық заттарға тән.

Кристалдардың осы айтылған структуралық типтерінен басқа, оларды құрайтын бөлшектердің ез ара топтану түріне қарай да бөлуге болады. Солардың бірі - У. Л. Брагг ұсынған силикаттардың структуралық түрлерге белінуі. Әрбір кремний ионының айналасын қоршаған төрт оттегі ионы «тетраэдр» түрінде орналасады.

Изоморфизм

Изоморфизм деген сөз тең формалық деген мағынада, немесе оны изоструктуралық- тең структуралық деп атауға болады. Химиялық құрамы және геометриялық формалары біркелкі заттардың ертіндіден кристалдық түрінде бірінің орнына бірі бөлінуін изоморфизм дейді.

Изоморфизм беретін заттардың химиялық құрамы жағында да ұқсастық болады. Мысалы, көмір қышқыл тұздары, яғни карбонаттар изоморфизм береді; кальцит (СаС03) , магнезит(MgC03 ) , смитсонит (ZnC03) , сидерит (FеС03) , доломит [CaMg(C03) 2] сияқты минералдар да изоморфизм береді. Бұлардың барлығы тригондық сингинияда кристалданады да, жымдастығы әдемі ромбоэдр түрінде болады. Ромбоэдрлардың бұрыштары да бір-біріне ете жақын келеді.

Тең формалық заңның негізгі түсінігі атомдық және иондық радиустардың қатысына келіп тіреледі. Атомдық (иондық) радиустары жақын заттардың формалары да жақын болады.

Изоморфизм бар жерде тең формалас заттардан үздіксіз аралас қоспалар пайда болады.

Полиморфизм

Құрамы бірдей заттардың әр түрлі структура құруын полиморфизм дейді. Полиморфизм - көп формалылық деген сөз, бұл изоморфизмға қарама-қарсы түсінік.

Полиморфизмнің ең айқын мысалына көміртегін алуға болады. Куб формасында кристалданған көміртегі - алмаз, гексагон формасында кристалданған көміртегі - графит. Бұл екі минералдың химиялық тегі бір ғана көміртегі бола тұрса да, кристалдық формалары әр түрлі болғандықтан физикалық қасиеттері де әр түрлі болады.

Алмаз - дүние жүзіндегі ең қатты зат, түсі көбінесе тамаша мөлдір келеді. Онымен тас кеседі, жер бұрғылайды.

Графит - өте жұмсақ зат, ол қолға жұғады, қағазға жазылады, түсі қара сұр.

Басқа заттардың да осы сияқты мысалдары бар. Күкірттің гексагондық, ромбылық және моноклиндік формалары болады.

Кальцит (СаСО3) минералының кристалдық формасы тригондық сингонияға жатады. Химиялық құрамы дәл сондай, бірақ кристалдық формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минерал бар, оны арагонит деп атайды.

Пирит деп аталатын күкіртті немесе темірлі колчедан (FeS2) куб формасында немесе пентагон-додекаэдр формасында кристалданады. Химиялық құрамы дәл осындай, бірақ формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минералды марказит деп атайды.