Sisältö
- Hilan rakenneominaisuudet
- Metallinen hilaenergia
- Kovalenttiset epäorgaaniset rakenteet
- Eri kovalenttiset rakenteet
Atomitasolla kiinteillä aineilla on kolme perusrakennetta.Lasien ja savien molekyylit ovat hyvin epäjärjestyneitä ilman, että niiden järjestelyssä toistuu rakenne tai kuvio: näitä kutsutaan amorfisiksi kiinteiksi aineiksi. Metallit, seokset ja suolat esiintyvät hilaina, samoin kuin tietyntyyppiset ei-metalliset yhdisteet, mukaan lukien piioksidit sekä hiilen grafiitti- ja timanttimuodot. Hilat käsittävät toistuvat yksiköt, joista pienintä kutsutaan yksikkösoluksi. Yksikkösolu sisältää kaikki tiedot, joita tarvitaan minkä tahansa koon hilamakrorakenteen rakentamiseksi.
Hilan rakenneominaisuudet
Kaikille hilaille on tunnusomaista korkea järjestys, ja niiden aatomit tai ionit ovat paikoillaan säännöllisin väliajoin. Sitoutuminen metallisissa hilaissa on sähköstaattista, kun taas piioksidien, grafiitin ja timanttien sitoutuminen on kovalenttia. Kaikentyyppisissä ristikoissa aineosat hiukkaset on järjestetty energiatehokkaimpaan kokoonpanoon.
Metallinen hilaenergia
Metallit esiintyvät positiivisina ioneina meressä tai delokalisoituneiden elektronien pilvissä. Esimerkiksi kupari esiintyy kupari (II) -ioneina elektronien meressä, jolloin kukin kupariatomi on luovuttanut kaksi elektronia tähän mereen. Metalli-ionien ja elektronien välinen sähköstaattinen energia antaa hilalle järjestyksen ja ilman tätä energiaa kiinteä aine olisi höyry. Metallisen hilan lujuus määritetään sen hilaenergialla, joka on energian muutos, kun muodostuu yhdestä moolista kiinteää hilaa sen muodostavista atomista. Metallisidokset ovat erittäin vahvoja, minkä vuoksi metalleilla on yleensä korkeat sulamislämpötilat, sulamisen ollessa piste, jossa kiinteä hila hajoaa.
Kovalenttiset epäorgaaniset rakenteet
Piidioksidi tai piidioksidi on esimerkki kovalenttisesta hilasta. Pii on tetravalentti, mikä tarkoittaa, että se muodostaa neljä kovalenttista sidosta; piidioksidissa jokainen näistä sidoksista on happea. Pii-happi-sidos on erittäin vahva ja tämä tekee piidioksidista erittäin vakaan rakenteen, jolla on korkea sulamispiste. Metallien vapaiden elektronien meri tekee niistä hyviä sähkö- ja lämpöjohtajia. Piidioksideissa tai muissa kovalenttisissa hilaissa ei ole vapaita elektroneja, minkä vuoksi ne ovat heikkoja lämmön tai sähkönjohtajia. Kaikkia huonon johtimen aineita kutsutaan eristeiksi.
Eri kovalenttiset rakenteet
Hiili on esimerkki aineesta, jolla on erilaiset kovalenttiset rakenteet. Nokista tai hiilestä löytyvällä amorfisella hiilellä ei ole toistuvaa rakennetta. Grafiitti, jota käytetään lyijykynäjen lyijyssä ja hiilikuidun tuotannossa, on paljon enemmän tilaa. Grafiitti käsittää kerroksia kuusikerroksisia hiiliatomeja, joiden paksuus on yksi. Timantti on entistä tilatumpi ja käsittää hiilisidokset yhdessä jäykän, uskomattoman vahvan tetraedrisen hilan muodostamiseksi. Timantit muodostuvat äärimmäisen kuumuuden ja paineen alaisina ja timantti on vaikein kaikista tunnetuista luonnollisista aineista. Kemiallisesti timantti ja noki ovat kuitenkin identtisiä. Elementtien tai yhdisteiden erilaisia rakenteita kutsutaan allotropeiksi.