Атомды жне ионды радиустар

Дріс. Кристалл туралы тсініктер

 

Барлы бір тектес заттар физикалы асиеттеріне арай аморф жне кристалл заттар болып блінеді.

Кристаллография кристалды заттарды сырты пішінін, ішкі ры-лысын, пайда болу жолын зерттейді. Ежелгі гректер мен римдіктер мзды “кристаллос” (таза мз) деп атаан. Сзді згеруі нтижесінде ол “кристалл” сзіне айналан. Кристалды раушы атомдар белгілі тртіппен реттеле орналасып кристалды тор райды. Атомдар, иондар, молекулалар бір-бірінен белгілі ашытыта симметриялы атарлана тізбектеледі. Оларды арасын-даы ашыты бірнеше ангстрем (А0) шамасында болады (ангстрем санти-метрді 10-8 блігіне те). Кристалдарды сырт пішіндері жа, ыр жне брыштарымен сипатталады. Олар симметрия жасай орналасады.

Аморфты заттарда блшектер ретсіз, белгілі баыты жо, алай болса солай орналасады. Ондай заттарды мысалы ретінде газды, сйы заттарды, шыныны, пластмассаны, желімді келтіруге болады. “Аморф” – грекше пішінсіз деген маына береді.

Кристалды асиеттері кейде арапайым, кейде крделі келеді. Соан байланысты олар, мысалы, алты ырлы, сегіз ырлы, он екі ырлы болып кездеседі.

Кристалды затта барлы баытта физикалы асиеттері бірдей болса, олар изотропты заттара жатады, ал физикалы асиеттері р баытта ртрлі згерсе анизотропты заттара жатады, бл асиет аморфты заттара тн.

Жер абаттарындаы тастарды райтын минерал заттарды кпшілігі кристалдар трінде кездеседі.

Кристалдар ірі де, са та болады. Мысалы, тау хрусталіні кристалы кейде кісі бойындай болып келеді.

Дние жзіндегі е ірі кристалл – Бразилиядан табылан кварц, оны салмаы 40 тоннадай. рине, олар те сирек кездеседі. Кпшілік жадайда олар са трде кездеседі, кейде тек микроскоп арылы круге болады.

Кристалдарды жатары теп-тегіс жазытардан трады.

Кристалдар сйы ерітінділерден, балыан кйдегі магмадан, газды заттардан, атты заттарды бастапы кристалдарыны ыдырап айта ры-луынан пайда болады. Кристалдар рылуында оларды са не ірі болу-ларыны кенді пайдалану масатымен жргізілетін деу процестері шін, сіресе кен байытуда алатын орны ерекше. Сондытан оларды са не ірі болып суіне ысаша тоталайы.

Бір элементтен не бірнеше элементтерден кристалды рылуы сол кристалды алашы ядросы (зегі) пайда болудан басталады. Ядроны пайда болуы кез-келген элементтерді рекеттесуінен емес, тек белгілі бір асиеттері бар элементтері рекеттесуінен басталады. Оларды рекеттесу шін белгілі бір шарттар орын алулары ажет. Соларды ішіндегі басты орын алатыны сол элементтерді концентратцияларыны белгілі млшерден аз болса, онда олар рекетеспейді. Екінші шарт – элементтер атомдары озалмалы трде болуы ажет. Бл шарт, мысалы, магманы балу температурасына жеткенде ана орын алады, демек сонда ана кристалдану басталады да, элементтер атомдары олара жалана бастайды, кристалл се бастайды. шінші шарт –ортаны ысымы. Тртінші шарт – магманы суу жылдамдыы. Нерлым суу жылдамдыы аз болса кристалл суі тотамай ірілене береді. Баяу скен кристалдарды ырлары траты болып келеді.

Вулкандарды атылау кезінде блінетін газдардан ккіртті, ас тзыны, гипсты жне басаларды кристалдары жиналады.

Табиаттаы кристалдар здіксіз згеріске шалынып жатады.

Оларды біреулері бастапы кйін згертіп жатанда, мысалы, эндогенді минералдарды згеріп экзогенді минералдара айналанда, оларды кристал-дарыда, рине, згереді. Мысалы, демі сары тсті пирит (еS2) минералыны кристалдары ыдырап борпылда темір тотыына, кварцты млдір кристалдары ма айналады.

Кристалдар симметриясы

Симметрия – геометриялы фигура бліктеріні кеістікте з-зіне беттесуі. Симметрия табиатта ке тараан былыс. Ол тек кристалл заттарда ана емес, ол – барлы табиат дниесіндегі ке ріс алан за, мысалы, сты, кбелектерді анаттары, глді жапыраы, адамны, жануарларды екі олы, екі аяы жне т.б.

Кристалдарды симметриялы асиетін симметрия мшелері деп атайды. Олара симметрия жазытыы, симметрия сі жне симметрия центрі жатады. Симметрия жазытыы – рбір затты айна атесіз те екі блетін жазыты.

Симметрия сі – фигураны (кристалды) ойша жргізілген сызыты тірегінде айналдыранда оны бірдей бліктері бірнеше рет айталанатын болса осы сызы симметрия сі деп аталады.

Симметрия центрі – кристалды бір-біріне те рі паралель арама -арсы жатан екі жаыны дл ортасынан тетін нкте симметрия центрі немесе орталы нкте деп аталады.

Барлы симметрия мшелеріні (жазытытарыны, сьтерді, центрді) геометриялы атынастарыны толы жинаы симметрия трі деп аталады.

Кристалдарда симметрияны 32 трі болатынын 1830 жылы Гессель, кейін А.В. Гадолин анытады. Артынан симметрия трлері топтара біріктірілді. Олар кристаллографиялы сингония немесе кристаллографиялы жйе деп аталады. Осы топтар жеті сингонияа біріктірілген ("син" –бірдей, те, "гония" –брыш).

Кристаллографияны маызды таралуына кристаллохимия жатады.

Кристаллохимия бір жаынан физикалы химияа, екінші жаынан геохимияа байланысты. Кристаллохимия ылымны бертін блініп шыан тарауы. Оан себеп болан жай – кристалдарды ішкі структурасын зерттеуге ренгендік дісті олданылуы болды.

Кристалдарды ішкі структурасын, оны райтын атомдарды араларын ренген сулесі арылы лшеу дісі шыан со сол структура мен кристалды физикалы жне химиялы асиеттерін байланыстыруа ммкіндік туды. алымдарды "Кристаллохимия" атты ебектері шыты (ол 1936-1937 жылдары орысшаа аударылан).

Кристаллохимияны жарыа шыуымен байланысты "Геохимия" ылымы да жарыа шыты (В.А. Гольдшмидт, В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман жне басаларды ебектері). Демек, кристаллохимия тек 20-асырда ана зерттеле басталды.

Атомды жне ионды радиустар

Атом ядросыны о заряді мен оны сыртындаы электрондарды теріс заряді те болатыны белгілі. Егер оларды зарядтары те болмаса, онда атом зарядталан болады. Зарядталан атомды ион дейді. Теріс заряды арты ионды анион деп, о заряды арты болса катион деп атайды.

Екіион арасындаы тарту кші мен тебу кші тегерілгенде ана траты берік кристалдар рылады. Бл екі кшті тегерілуіні лшем бірлігі екі ионны центр арасындаы ара-ашытыы болады.

Кристалдар раушы атомдар мен иондарды з ара сер кштері бірдей емес, сондытан ара ашытыы да бірдей емес, олай болса оларды струк-турасы да бірдей болмайды.

Ара-ашытыты табу шін рбір атомны не ионны айналасында зі сер ететін меншікті рісі бар деп есептелінеді. Минералдар кбінесе ионды осылыстар болып келеді, сондытан олар ионды радиус лшемі ол-данылады.

Ионды радиус шамасы оны валенттігімен байланысты, Аниондар катиондардан грі ірілеу болады, мысалы Сl1-–1,81 А0, F1–0,83 А0, О2 –1,32 А0 катиондар Mg2+–0,78А0, Fe3+–0,67А0. Валенттілік артанда радиус шамасы кішірейеді: Fe2+ – 0,83 А0, Fe3+ – 0,67 А0, Si4 – 0,39 А0.

Кристалдаы атом аралы байланыс кштері. Химиялы байланыс рекеттесуші екі элемент атомдары ядроларыны арасындаы сырты орби-тальдардаы электрондарды озалысынан туады.

Минералдарда байланыстарды барлы трі – ионды, коваленттік, металды, молекулалы (ван-дер-ваальстік), донорлы-аксепторлы– болатыны аныталан.

Ионды байланыс арама-арсы зарядталан иондарды тарту кштеріні серінен туады. Металды асиеті бар атомдар электрондарын береді, ол метал емес асиеті бар атомдар (металоидтар) электрондарды абылдайды.

Коваленттік немесе гомополюстік байланысты рекеттесетін атомдар-ды ядролары сырты орбитальдаы электрондарын орта пайдаланады.

Металды байланыс о заряты иондар арасында біріккен электрондарды (еркін ауысып) озалуымен байланысты.

Молекулалы байланыс тарту кші лсіз молекулалар арасында орнайды.

Донорлы-аксепторлы байланыста бір атомны зара берік байланыс-таы екі электронын баса атом пайдаланады, сйтіп электрондар екі атома да орта болады.

Бір минералды зінде бір немесе бірнеше байланыстар болуы ммкін. Мысалы, алмазда (С) коваленттік жне молекулалы байланыс бар. Талькте – Mg3[Si4O10][OH]2 –анионды топтаы [Si4O10]4- иондары коваленттік байлан-ысты, Mg2+ ионды байланыс райды, ал Mg3[Si4O10] абаттары молекулалы байланыс райды.

Кендерді пайдалану масатымен олданылатын процестерді тиімділік-теріне оны ішіндегі баалы минералдарды тау жыныстарынан жне зара блуде оларды райтын атомдар арасындаы байланыс трлеріні маыз-дылыы те зор. Кен байытуда е жиі олданылатын байыту дісі – флотациялы діс. Ол діс минералдарды сумен рекеттесуі не рекеттес-пеуіне негізделген. Сондытан атом аралы байланыстарды те жасы білу ажет. Осы жай металлургиялы деу дістерінеде тікелей атысты.

Координациялы сан. Кристалды торды раушы кез келген атомны немесе ионны айналасында бірдей ашытыта е таяу орналасан атомдар мен иондарды санын координациялы сан деп атайды. Мысалы, кремнийоттек тетраэдрінде [SiO4]4- кремнийді бір ионын [Si4+] оны айнала-сында тетраэдр брыштарында орналасан оттекті 4 ионы O2- оршаан, демек кремнийді координациялы саны 4-ке те.

Полярлану асиеттері. Сырты электр рісіні серінен ионды сфера-ны (абыты) пішініні згеріп деформацияа шырауы полярлану деп аталады. Ионды радиусы нерлым лкен, заряды нерлым аз болса оны полярлануы кшті болады. Полярлану асиеттері кбінесе аниондарда байалады.

Изоморфизм. Грекше “изо”–бірдей, “морфе” – пішін, демек те формалы деген маына береді. Валенттілігі, полярлану кші, ионды радиустары бірдей атомдарды (иондарды) кристалды торды бзбай біріні орнын екіншісі аландаы кристалды затты химиялы рамыны згеруін изоморфизм деп атайды. Изоморфизм нтижесінде химиялы элементер кристалдар мен минералдарда бірін бірі алмастыру арылы аралас осылыстар береді. Соны нтижесінде тзілетін осылыстарды асиеті аырындап здіксіз згереді.

Полиморфизм (грекше “поли”–кп, “морфос” – пішін). Химиялы рамы бірдей заттарды р трлі рылым рауын полиморфизм деп атайды. Осыан е крнекті мысал ретінде алмазбен графитті алуа болады. Екеуіде кміртектен (С) трады, біра рылымы ртрлі. Алмазды координациялы саны 4, графиттікі–3. Алмаз– млдір, жарырауы, е атты зат. Графит – ара, ср тсті, кйе трізді ола жатын е жмса зат. Мны себебі мынадай: алмаздаы кміртек атомдары коваленттік байланысты, ал графитті абаттардаы кміртек атомдары коваленттік байланыста болса, ал абаттар бір-бірімен лсіз молекулалы байланыста болады. Алмазбен графитті осындай асиеттері болуы оларды ртрлі ысымда жне температурада пайда болулары.

Кристалды энергия. Иондар осылып кристалды тор ран уаытта олардан белгілі млшерде энергия блініп шыады. Кристалды энергиясы деп осыны атайды. Кристалды рылысты беріктігі мен асиеттерін жне жаратылысын айыру шін осы кристалдану энергиясын есептеп шыару керек. Оны есептеу дісі Кулон заына негізделген.

рбір ионны зіне тн энергиясы болады. Иондар бір-бірімен рекеттесіп осыланда оны энергиясыны белгілі блігі блініп шыады. Сондытан бл процесс экзотермиялы процесс (здігінен жретін) болып табылады.

Кристалды энергиясы бір моль зата шыан жылуды кило-калориясымен есептеледі. Осы лшемдерді негізінде кристалды структура энергиясы тмендегідей рнекпен аныталады:

немесе U= K ,

мндаы: U – кристалды структура энергиясы;

W1 жне W2 – иондарды валенттігі;

r1 жне r2 – иондарды радиусы;

рнектегі коэффициент (К) энергияны лшеуді дісіне арай табылады. А.Е. Ферсман мынандай формула олданан:

U=293 ,

мндаы «а» рпі Маделунг коэффициенті деп аталады. Ол кристалды струк-турасына арай згеретін шама. Соан сйене отырып А.Ф. Капустинский мынадай формула сынды:

U=256,1 ,

мндаы молекуладаы иондарды жалпысыны жиыны.

Кристалды энергиясы аз болан сайын оларды су температурасы да тмен болады.

дебиет: 1 – нег.(18-19;31-33, 58-62, 67-71); 2 – нег. (9-17)

1. Кристалды жне аморфты заттар.

2. Изотропты жне анизотропты заттар.

3. Кристалдарды суі, са жне ірі болуына себептер.

4. Кристалдарды су шарттары.

5. Кристалдарды симметриясы.

6. Симметрия мшелеріні анытамалары.

7. Атомды не ионды радиустар.

8. Кристалдаы атом аралы байланыс кштері.

9. Алмаз бен графитті структуралы ерекшеліктері, байланыс трлері, асиеттері.

10. Координациялы сан.

11. Изоморфизм жне полиморфизм.

12. Кристалды энергия, есептеу формуласы.