מוצקים גבישיים: מבנה, תכונות, סוגים, דוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מוצקים גבישיים הם אלה מבנים מיקרוסקופיים אשר מסודרים ולציית בדפוס ייחודי עבור סריג מסוים; לדוגמה: מעוקב, משושה, טריקליני, רומיוודרלי, בין היתר.

אומרים כי מוצקים אלה קיימים כקריסטלים, ומציגים פנים ומעצבים גיאומטריים המשקפים עד כמה הם מסודרים בפנים. דוגמאות נוספות למוצקים גבישיים הם יהלומים, קוורץ, אנתרסן, קרח יבש, אשלגן כלוריד או תחמוצת מגנזיום.

מוט צלול של סוכר חום. מקור: Pixabay.

זוג ידוע של מוצקים גבישיים הוא סוכר ומלח (NaCl). במבט ראשון, שניהם מראים קריסטלים לבנים; אבל המאפיינים שלהם שונים מאוד. סוכר הוא מוצק גבישי מולקולרי ואילו מלח הוא מוצק גבישי יוני. הראשון מורכב ממולקולות סוכרוז; והשנייה, של Na ⁺ ו- Cl ^- יונים .

התמונה שלמעלה נותנת הצצה עד כמה גבישים מסוכרים בהירים יכולים להיות. עם זאת, גבישי המלח אינם הרחק מאחור. למרות שסוכר ומלח נראים כמו אחים, המבנים שלהם שונים: לסוכר, שהוא סוכרוז, יש מבנה מונוקליני; בעוד מלח, מבנה מעוקב.

מבנה גביש של נתרן כלוריד, NaCl

אבקת סוכר ומלח (ציפוי) נשארים צלולים. הגבישים שלה רק הפכו קטנים כל כך בעינינו. גבישות מוצק, איפוא, מוגדרת יותר על ידי המבנה הפנימי שלה, מאשר על ידי המראה החיצוני שלה או בהירותו.

מבנה מוצקים גבישיים

מבנים מסודרים של מוצקים גבישיים. מקור: גבריאל בוליבר.

מוצקים גבישיים הזמינו מבנים. המאפיינים הגיאומטריים שלהם יהיו תלויים בסוג הסריג הגבישי שאליו הם שייכים, אשר בתורם מוקרן חיצונית בצורות הגביש (מערכת גבישית). התמונה העליונה ממחישה שני מושגים חשובים של מבנים כאלה: מחזוריות ודגנים גבישיים.

הסדר המרחבי של החלקיקים של מוצק גבישי הוא תקופתי; כלומר הוא חוזר על עצמו שוב ושוב לכל הכיוונים. זה יוצר תבנית מבנית משלו לכל סריג מוצק וקריסטל; לדוגמה, זה המקום בו המלח והסוכר מתחילים להבדיל מעבר לאופי הכימי שלהם.

ב- A מסודרים המעברים לעורר עירום גדול יותר. כל מעוין סגול מייצג חלקיק או קבוצה של חלקיקים (אטומים, יונים או מולקולות). לפיכך, גביש מקרוסקופי של A עשוי להיות צפוי להופיע במערכת העיכול.

בינתיים, ב 'מעברים מסודרים בצורה כזו שמקורם בדגנים גבישיים; אלה גבישים קטנים מאוד (גבישים). לאחר מכן נאמר על B שהוא מוצק פולי-קריסטלי; כלומר הוא נוצר על ידי אגרגרטציה של גבישים מרובים.

לסיכום, מוצק יכול להיות פשוט גבישי (A), או פוליקריסטלי (B); A יוצר גבישים ואילו פוליסטריאליות B.

נכסים

תכונותיהם של מוצקים גבישיים תלויים בסוג הגביש שלהם. ידוע כבר כי המבנים שלהם מסודרים, וכי הם גם נוטים להציג תכונות בהירות שאוהבי המינרלים מתאהבים בהם. עם זאת, הוזכר שאפשר לסווג מוצק אבקתי, אפילו "כבוי", כגביש.

האופן בו חלקיקיהם מכוונים במרחב מאפשר להם להיות בעלי תכונות חשובות לאפיונם. לדוגמא, מוצקים גבישיים מסוגלים להפיץ את קרני הרנטגן, ויוצרים ספקטרום דיפרקציה ממנו ניתן לקבוע את המבנה המיקרוסקופי של גביש.

כמו כן, מכיוון שהמבנה תקופתי, החום מתפזר באותה צורה בכל המוצק; כל עוד אין מעורבים זיהומים. לפיכך, נקודות ההיתוך של מוצק גבישי הן קבועות ואינן משתנות לא משנה כיצד נמדדות.

סוגי מוצקים גבישיים

סוגי המוצקים הגבישיים מבוססים על סוג החלקיקים שהם עשויים ומה האינטראקציות שלהם או הקשרים שלהם. ישנם למעשה ארבעה סוגים: רשתות יוניות, מטאליות, מולקולריות וקוואלינטיות.

גם כאשר הם מציגים דרגה מסוימת של זיהומים, הם ממשיכים להיות גבישיים, למרות שתכונותיהם מושפעות והם אינם מראים את אותם הערכים הצפויים למוצק טהור.

איוניק

מלח הוא דוגמא למוצק גבישי יוני, שכן הוא מורכב מיוני Na ⁺ ו- Cl ^- . לכן בסוג זה של מוצקים הקשר היוני שולט: הכוחות האלקטרוסטטיים הם השולטים את הסדר המבני.

מַתַכתִי

כל האטומים המתכתיים יוצרים גבישים מתכתיים. משמעות הדבר היא, למשל, מזלג כסוף הוא קונגלומרט של גבישי כסף התמזגו. המבנה הפנימי או המיקרוסקופי זהה בכל סנטימטר של העצם, ונשאר ללא שינוי מידית המזלג עד קצה שיניו.

מולקולרית

סוכר הוא דוגמא למוצק גבישי מולקולרי, שכן הוא מורכב ממולקולות סוכרוז. לכן סוג זה של מוצק מורכב ממולקולות, אשר באמצעות האינטראקציות הבין-מולקולריות שלהם (ולא קשרים קוולנטיים) מצליחות להקים מבנה מסודר.

רשתות קוולנטיות

לבסוף, יש לנו את המוצקים הגבישיים של רשתות קוולנטיות. קשרים קוולנטיים שולטים בהם, מכיוון שהם אחראים על קביעת סדר ושמירה על האטומים קבועים חזק בתנוחות המרחביות שלהם. אנחנו לא מדברים על יונים, אטומים או מולקולות, אלא על רשתות תלת מימדיות.

דוגמאות

בשלב הבא, ולבסוף, יצוטטו כמה דוגמאות לכל אחד מסוגי המוצקים הגבישיים.

איוניק

כל המלחים הם מוצקים יוניים. בדומה, ישנם סולפידים, הידרוקסידים, תחמוצות, הלידים ותרכובות אחרות המורכבות גם מיונים, או שהאינטראקציה ביניהן היא בעיקרן יונית. אז יש לנו:

-KCl

- מקרה ₄

-Ba (OH) ₂

- מקרה ₄

-FeCl ₃

-לא ₂ ס

-מגו

-קפה ₂

-NHHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

בנוסף לדוגמאות אלה, הרוב המכריע של המינרלים נחשבים כמוצקים גבישיים יוניים.

מַתַכתִי

כל אלמנט מתכתי מופיע באופן טבעי כגבישים מתכתיים. חלקם הם:

-נְחוֹשֶׁת

-בַּרזֶל

-אֲלוּמִינְיוּם

כרום

-מימן מטאלי (בלחצים בלתי נתפס)

-ווֹלפרָם

-זירקוניום

-טִיטָן

-מגנזיום

-נתרן

מולקולרית

ישנם מגוון גדול של מוצקים גבישיים מולקולריים. כמעט כל תרכובת אורגנית שמתמצקת תקים גבישים אם טוהרתם גבוהה, או אם המבנה שלה לא מורכב מדי. אז יש לנו:

-Ice (H ₂ O)

-יבש קרח (CO ₂ )

-אני ₂

-פ ₄

-S ₈ (והפולימורפים שלו)

אנתרסן

-חמצן מוצק

-אמוניה מוצקה

פניולפתאלין

-חומצה בנזואית

רשתות קוולנטיות

ולבסוף, בין כמה מוצקים גבישיים של רשתות קוולנטיות יש לנו:

-יהלום

-גרָפִיט

צינורות פחמן

-פולרנוס

-קְוָרץ

-סִילִיקוֹן

גרמניום

בורון ניטריד

מרשימה זו ניתן לשקול גם צינורות פחמן ופולרן כמוצקים גבישיים מולקולריים. הסיבה לכך היא, שלמרות שהם מורכבים מאטומי פחמן קשורים בקו-קוואליות, הם מגדירים יחידות שניתן לדמיין כמקרומולקולות (כדורי כדורגל וצינורות).

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. ויקיפדיה. (2020). גָבִישׁ. התאושש מ: en.wikipedia.org
4. כימיה LibreTexts. (16 ביוני 2019). מוצקים גבישיים ואמורפיים. התאושש מ: chem.libretexts.org
5. רחל ברנשטיין ואנתוני קרפי. (2020). מאפייני מוצקים. התאושש מ: visionlearning.com