रासायनिक कणों के अंदर, लेकिन एक दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष में स्वयं कणों की नियुक्ति और उनके बीच की दूरी से भी। अंतरिक्ष में कणों की व्यवस्था के आधार पर, शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर को प्रतिष्ठित किया जाता है।
शॉर्ट-रेंज ऑर्डर इस तथ्य में निहित है कि पदार्थ के कण नियमित रूप से एक दूसरे से निश्चित दूरी और दिशाओं में अंतरिक्ष में रखे जाते हैं। यदि इस तरह के आदेश को संरक्षित किया जाता है या समय-समय पर ठोस के पूरे आयतन में दोहराया जाता है, तो एक लंबी दूरी का क्रम बनता है। दूसरे शब्दों में, लंबी दूरी और छोटी दूरी के आदेश किसी पदार्थ के सूक्ष्म संरचना के बीच या तो पूरे मैक्रोस्कोपिक नमूने (लंबी दूरी) या सीमित त्रिज्या (निकट) वाले क्षेत्र में एक सहसंबंध की उपस्थिति हैं। कण प्लेसमेंट के शॉर्ट-रेंज या लॉन्ग-रेंज ऑर्डर की संचयी (या भारी) क्रिया के आधार पर, एक ठोस में क्रिस्टलीय या अनाकार अवस्था हो सकती है।
सबसे अधिक आदेश क्रिस्टल में कणों का स्थान है (ग्रीक "क्रिस्टालोस" - बर्फ से), जिसमें परमाणु, अणु या आयन केवल अंतरिक्ष में कुछ बिंदुओं पर स्थित होते हैं, जिन्हें नोड्स कहा जाता है।
क्रिस्टलीय अवस्था एक क्रमबद्ध आवधिक संरचना है, जो ठोस कणों की व्यवस्था में लघु-श्रेणी और लंबी-दूरी दोनों क्रमों की उपस्थिति की विशेषता है।
अनाकार की तुलना में क्रिस्टलीय पदार्थों की एक विशिष्ट विशेषता अनिसोट्रॉपी है।
अनिसोट्रॉपी क्रिस्टल में चुनी गई दिशा के आधार पर एक क्रिस्टलीय पदार्थ (विद्युत और तापीय चालकता, शक्ति, ऑप्टिकल विशेषताओं, आदि) के भौतिक-रासायनिक गुणों में अंतर है।
अनिसोट्रॉपी क्रिस्टल की आंतरिक संरचना के कारण होती है। अलग-अलग दिशाओं में, क्रिस्टल में कणों के बीच की दूरी अलग-अलग होती है, इसलिए इन दिशाओं के लिए एक या दूसरे गुण की मात्रात्मक विशेषता भिन्न होगी।
अनिसोट्रॉपी विशेष रूप से एकल क्रिस्टल में उच्चारित होती है। लेजर का उत्पादन, अर्धचालकों के एकल क्रिस्टल का प्रसंस्करण, क्वार्ट्ज रेज़ोनेटर और अल्ट्रासोनिक जनरेटर का निर्माण इस संपत्ति पर आधारित है। अनिसोट्रोपिक क्रिस्टलीय पदार्थ का एक विशिष्ट उदाहरण ग्रेफाइट है, जिसकी संरचना परतों के बीच में और अलग-अलग परतों के बीच विभिन्न बाध्यकारी ऊर्जाओं के साथ समानांतर परतें हैं। इसके कारण, परतों के साथ तापीय चालकता लंबवत दिशा की तुलना में पांच गुना अधिक है, और एक व्यक्तिगत परत की दिशा में विद्युत चालकता धात्विक के करीब है और लंबवत दिशा में विद्युत चालकता से सैकड़ों गुना अधिक है। .
ग्रेफाइट की संरचना (परत के अंदर सीसी बांड की लंबाई और क्रिस्टल में अलग-अलग परतों के बीच की दूरी को दर्शाया गया है)
कभी-कभी एक ही पदार्थ विभिन्न आकृतियों के क्रिस्टल बना सकता है। इस घटना को बहुरूपता कहा जाता है, और एक पदार्थ के विभिन्न क्रिस्टलीय रूपों को बहुरूपी संशोधन कहा जाता है, उदाहरण के लिए, हीरा और ग्रेफाइट एलोट्रोप्स; ए-, बी-, जी- और डी-आयरन; ए- और बी-क्वार्ट्ज ("एलोट्रॉपी" की अवधारणाओं में अंतर पर ध्यान दें, जो किसी भी में साधारण पदार्थों को विशेष रूप से संदर्भित करता है, और "बहुरूपता", जो केवल क्रिस्टलीय यौगिकों की संरचना की विशेषता है)।
एक ही समय में, विभिन्न संरचना के पदार्थ एक ही आकार के क्रिस्टल बना सकते हैं - इस घटना को आइसोमोर्फिज्म कहा जाता है। तो, समान क्रिस्टल जाली वाले आइसोमॉर्फिक पदार्थ Al और Cr और उनके ऑक्साइड हैं; एजी और एयू; BaCl 2 और SrCl 2; केएमएनओ 4 और बेसो 4।
सामान्य परिस्थितियों में अधिकांश ठोस क्रिस्टलीय अवस्था में मौजूद होते हैं।
ठोस जिनकी आवधिक संरचना नहीं होती है वे अनाकार होते हैं (ग्रीक से " अमोर्फोस"- निराकार)। हालांकि, उनमें संरचना का कुछ क्रम मौजूद है। यह प्रत्येक कण के चारों ओर अपने निकटतम "पड़ोसियों" के नियमित स्थान पर प्रकट होता है, अर्थात, अनाकार पदार्थों में केवल शॉर्ट-रेंज ऑर्डर होता है और इस तरह से तरल पदार्थ जैसा दिखता है, इसलिए, कुछ सन्निकटन के साथ, उन्हें सुपरकूल्ड तरल पदार्थ माना जा सकता है उच्च चिपचिपाहट। तरल और ठोस अनाकार अवस्था के बीच का अंतर कणों की तापीय गति की प्रकृति से निर्धारित होता है: अनाकार अवस्था में, वे केवल दोलन और घूर्णी गति में सक्षम होते हैं, लेकिन पदार्थ की मोटाई में नहीं चल सकते।
एक अनाकार राज्य पदार्थ की एक ठोस अवस्था है जो कणों की व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज ऑर्डर की उपस्थिति के साथ-साथ आइसोट्रॉपी - किसी भी दिशा में समान गुणों की विशेषता है।
पदार्थों की अनाकार अवस्था क्रिस्टलीय अवस्था की तुलना में कम स्थिर होती है, इसलिए अनाकार पदार्थ यांत्रिक भार की क्रिया के तहत या तापमान में परिवर्तन के साथ क्रिस्टलीय अवस्था में जा सकते हैं। हालांकि, कुछ पदार्थ पर्याप्त लंबी अवधि के लिए अनाकार अवस्था में हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, ज्वालामुखी कांच (कई मिलियन वर्ष पुराना), साधारण कांच, रेजिन, मोम, अधिकांश संक्रमण धातु हाइड्रॉक्साइड, और इसी तरह। कुछ शर्तों के तहत, धातुओं और कुछ आयनिक यौगिकों को छोड़कर, लगभग सभी पदार्थ अनाकार अवस्था में हो सकते हैं। दूसरी ओर, ऐसे पदार्थ ज्ञात हैं जो केवल एक अनाकार अवस्था (प्राथमिक इकाइयों के असमान अनुक्रम वाले कार्बनिक पॉलिमर) में मौजूद हो सकते हैं।
अनाकार अवस्था में किसी पदार्थ के भौतिक और रासायनिक गुण क्रिस्टलीय अवस्था में उसके गुणों से काफी भिन्न हो सकते हैं। अनाकार अवस्था में पदार्थों की प्रतिक्रियाशीलता क्रिस्टलीय अवस्था की तुलना में बहुत अधिक होती है। उदाहरण के लिए, अनाकार GeO2 क्रिस्टलीय की तुलना में रासायनिक रूप से अधिक सक्रिय है।
संरचना के आधार पर ठोस पदार्थों के तरल अवस्था में संक्रमण की अपनी विशेषताएं हैं। एक क्रिस्टलीय पदार्थ के लिए, पिघलने एक निश्चित पर होता है, जो किसी दिए गए पदार्थ के लिए तय होता है, और इसके गुणों (घनत्व, चिपचिपाहट, आदि) में अचानक परिवर्तन के साथ होता है। अनाकार पदार्थ, इसके विपरीत, एक निश्चित तापमान अंतराल (तथाकथित नरम अंतराल) पर धीरे-धीरे एक तरल अवस्था में चले जाते हैं, जिसके दौरान गुणों में एक चिकनी, धीमी गति से परिवर्तन होता है।
अनाकार और क्रिस्टलीय पदार्थों की तुलनात्मक विशेषताएं:
| स्थिति
ठोस |
विशेषता |
उदाहरण |
| बेढब | 1. कण प्लेसमेंट का शॉर्ट-रेंज ऑर्डर; 2. भौतिक गुणों की आइसोट्रॉपी; 3. कोई निश्चित पिघलने का तापमान नहीं; 4. थर्मोडायनामिक अस्थिरता (बड़ी आंतरिक ऊर्जा) 5. तरलता |
एम्बर, कांच, कार्बनिक बहुलक |
| क्रिस्टलीय | 1. कण प्लेसमेंट की लंबी दूरी का क्रम; 2. भौतिक गुणों की अनिसोट्रॉपी; 3. निश्चित गलनांक; 4. थर्मोडायनामिक स्थिरता (छोटी आंतरिक ऊर्जा) 5. समरूपता की उपस्थिति |
धातु, मिश्र धातु, ठोस लवण, कार्बन (हीरा, ग्रेफाइट)। |
तरल और विशेष रूप से गैसीय (कम आणविक भार) पदार्थों की तुलना में अधिकांश ठोस पदार्थों (एकल क्रिस्टल के अपवाद के साथ) की संरचना में एक प्राकृतिक अंतर उनका अधिक जटिल बहुस्तरीय संगठन है (तालिका 4.1 और चित्र 4.3 देखें)। यह सहसंयोजकता में कमी और उनके सूक्ष्म संरचना के तत्वों के होमो- और हेटेरोन्यूक्लियर बॉन्ड की धातुता और आयनिकता में वृद्धि के कारण है (अंजीर देखें। 6.2 और 6.6 और टेबल्स 6.1-6.7), जिससे संख्या में वृद्धि होती है। पदार्थ और सामग्री की संरचना में तत्वों की संख्या और इसके अनुरूप इसकी समग्र स्थिति को बदल देती है। ठोस पदार्थों के संरचनात्मक पदानुक्रम का अध्ययन करते समय, ठोस धातु और गैर-धातु सामग्री के संरचनात्मक संगठन के स्तरों में एकता और अंतर को समझना आवश्यक है, जो तत्वों की सामग्री की मात्रा में क्रम की डिग्री को ध्यान में रखते हैं। उन्हें फार्म। विशेष महत्व के ठोस क्रिस्टलीय और अनाकार निकायों की संरचना में अंतर है, जो क्रिस्टलीय सामग्री की क्षमता में निहित है, अनाकार निकायों के विपरीत, संरचनाओं के बुनियादी इलेक्ट्रॉन-परमाणु रासायनिक स्तर की तुलना में कई अधिक जटिल संरचनाएं बनाने के लिए।
अनाकार अवस्था। अनाकार (यूनानी से अनुवादित - निराकार) अवस्था की विशिष्टता एक पदार्थ की उपस्थिति में निहित है संघनित (तरल या ठोस) अवस्थाइस पदार्थ को बनाने वाले तत्वों (परमाणु कोर या अणु) की व्यवस्था में त्रि-आयामी आवधिकता की संरचना में अनुपस्थिति के साथ। नतीजतन, अनाकार राज्य की विशेषताएं अनुपस्थिति के कारण होती हैं लंबी दूरी का आदेश -एक ही संरचनात्मक तत्व (नाभिक या परमाणु कोर, परमाणु कोर का समूह, अणु, आदि) की सभी दिशाओं में सैकड़ों और हजारों अवधियों में सख्त दोहराव। उसी समय, अनाकार अवस्था में पदार्थ है शॉर्ट रेंज ऑर्डर- संरचना के पड़ोसी तत्वों की व्यवस्था में स्थिरता, अर्थात्। अणुओं के आकार के बराबर दूरी पर देखा गया एक क्रम। दूरी के साथ, यह स्थिरता कम हो जाती है और 0.5-1 एनएम के बाद गायब हो जाती है। अनाकार पदार्थ आइसोट्रॉपी में क्रिस्टलीय से भिन्न होते हैं, अर्थात। एक द्रव की तरह, किसी पदार्थ के भीतर किसी भी दिशा में मापे जाने पर उनके पास दिए गए गुण का समान मूल्य होता है। ठोस से तरल अवस्था में अनाकार पदार्थ का संक्रमण गुणों में अचानक परिवर्तन के साथ नहीं होता है - यह दूसरी महत्वपूर्ण विशेषता है जो क्रिस्टलीय अवस्था से ठोस की अनाकार अवस्था को अलग करती है। एक क्रिस्टलीय पदार्थ के विपरीत, जिसमें एक निश्चित पिघलने का तापमान होता है, जिस पर गुणों में अचानक परिवर्तन होता है, एक अनाकार पदार्थ को नरम अंतराल और गुणों में निरंतर परिवर्तन की विशेषता होती है।
अनाकार पदार्थ क्रिस्टलीय की तुलना में कम स्थिर होते हैं। किसी भी अनाकार पदार्थ को, सिद्धांत रूप में, समय के साथ क्रिस्टलीकृत होना चाहिए, और यह प्रक्रिया ऊष्माक्षेपी होनी चाहिए। अक्सर, अनाकार और क्रिस्टलीय रूप एक ही रासायनिक पदार्थ या संरचना में सामग्री के विभिन्न राज्य होते हैं। तो, कई होमोन्यूक्लियर पदार्थों (सल्फर, सेलेनियम, आदि), ऑक्साइड (बी 2 ओई, सी0 2, जीई0 2, आदि) के अनाकार रूप ज्ञात हैं।
हालांकि, कई अनाकार सामग्री, विशेष रूप से अधिकांश कार्बनिक पॉलिमर को क्रिस्टलीकृत नहीं किया जा सकता है। व्यवहार में, अनाकार, विशेष रूप से उच्च-आणविक, पदार्थों का क्रिस्टलीकरण बहुत कम देखा जाता है, क्योंकि इन पदार्थों की उच्च चिपचिपाहट के कारण संरचनात्मक परिवर्तन बाधित होते हैं। इसलिए, यदि आप विशेष तरीकों का सहारा नहीं लेते हैं, जैसे कि लंबे समय तक उच्च तापमान के संपर्क में, क्रिस्टलीय अवस्था में संक्रमण बेहद कम दर पर होता है। ऐसे मामलों में, हम मान सकते हैं कि अनाकार अवस्था में पदार्थ लगभग पूरी तरह से स्थिर है।
पदार्थों में निहित अनाकार अवस्था के विपरीत, जो तरल या पिघले हुए दोनों रूप में और ठोस संघनित रूप में होते हैं, कांच की अवस्थाकेवल पदार्थ की ठोस अवस्था को संदर्भित करता है। नतीजतन, में तरलया पिघला हुआपदार्थ अनाकार अवस्था में हो सकते हैं किसी भी पसंदीदा प्रकार के कनेक्शन के साथ(सहसंयोजक, धातु और आयनिक) और इसलिए, आणविक और गैर-आणविक संरचना के साथ। हालांकि ठोस अनाकार में, या अधिक सटीक रूप से, कांच की अवस्थामुख्य रूप से मुख्य रूप से एचएमसी-आधारित पदार्थ होंगे सहसंयोजक बंधन प्रकारमैक्रोमोलेक्यूल्स की श्रृंखला में तत्व। यह इस तथ्य के कारण है कि किसी पदार्थ की ठोस अनाकार अवस्था उसकी तरल अवस्था के सुपरकूलिंग के परिणामस्वरूप प्राप्त होती है, जो क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाओं को रोकता है और तत्वों की एक छोटी दूरी के क्रम के साथ संरचना के "ठंड" की ओर जाता है। ध्यान दें कि स्टेरिक-आकार के कारक के प्रभाव के कारण बहुलक सामग्री की संरचना में मैक्रोमोलेक्यूल्स की उपस्थिति (आखिरकार, अणुओं की तुलना में धनायनों से क्रिस्टल बनाना आसान होता है) क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया की एक अतिरिक्त जटिलता की ओर जाता है। इसलिए, कार्बनिक (पॉलीमेथाइल मेथैक्रिलेट, आदि) और अकार्बनिक (सिलिकॉन, फास्फोरस, बोरॉन, आदि के ऑक्साइड) पॉलिमर ग्लास बनाने या ठोस पदार्थों में एक अनाकार अवस्था को महसूस करने में सक्षम हैं। सच है, आज धातु अत्यधिक उच्च शीतलन दर (>10 6 °C/s) पर पिघलती है, एक अनाकार अवस्था में स्थानांतरित हो जाती है, प्राप्त कर रही है अनाकार धातुया धातु का गिलासनई मूल्यवान संपत्तियों के एक सेट के साथ।
क्रिस्टलीय अवस्था। एक क्रिस्टलीय शरीर में, इसे के रूप में देखा जाता है पास में, और लंबी दूरी का आदेशसंरचनात्मक तत्वों की व्यवस्था (परमाणु कोर या व्यक्तिगत अणुओं के रूप में कण), अर्थात्। संरचना के तत्वों को ज्यामितीय रूप से सही क्रम में एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर अंतरिक्ष में रखा जाता है, जिससे बनता है क्रिस्टल -ठोस पिंड जिनमें नियमित पॉलीहेड्रा का प्राकृतिक आकार होता है। यह आकार क्रिस्टल में तत्वों की क्रमबद्ध व्यवस्था का परिणाम है, जो रूप में त्रि-आयामी आवधिक स्थानिक स्टैकिंग बनाते हैं क्रिस्टल लैटिस।क्रिस्टलीय अवस्था में एक पदार्थ को उसके नोड्स में परमाणु कोर या अणुओं की व्यवस्था के तीन आयामों में आवधिक दोहराव की विशेषता है। क्रिस्टल ठोसों की एक संतुलन अवस्था है। क्रिस्टलीय अवस्था में दी गई थर्मोडायनामिक स्थितियों (तापमान, दबाव) के तहत प्रत्येक रासायनिक पदार्थ एक निश्चित क्रिस्टलीय सहसंयोजक या आणविक, धातु और आयनिक संरचना से मेल खाता है। क्रिस्टल में परमाणु कोर की एक या एक और संरचनात्मक समरूपता होती है (एक धातु में उद्धरण या आयनिक क्रिस्टल में आयन और आयन) या अणु, बाहरी रूप की संबंधित मैक्रोस्कोपिक समरूपता, साथ ही गुणों की अनिसोट्रॉपी। अनिसोट्रॉपी -यह एक क्रिस्टल के गुणों (यांत्रिक, भौतिक, रासायनिक) की क्रिस्टल जाली की विभिन्न दिशाओं में असमानता है। आइसोट्रॉपी -यह किसी पदार्थ के गुणों की उसकी विभिन्न दिशाओं में समानता है। स्वाभाविक रूप से, किसी पदार्थ के गुणों में परिवर्तन के ये पैटर्न उनकी संरचना में परिवर्तन या गैर-परिवर्तन की बारीकियों से निर्धारित होते हैं। वास्तविक क्रिस्टलीय पदार्थ (धातुओं सहित) हैं अर्ध-आइसोट्रोपिक संरचनाएं,वे। वे मेसोस्ट्रक्चरल स्तर पर आइसोट्रोपिक हैं (तालिका 4.1 देखें) और उनके गुण सभी दिशाओं में समान हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिकांश प्राकृतिक या कृत्रिम क्रिस्टलीय पदार्थ हैं पाली क्रिस्टलीयपदार्थ, एकल क्रिस्टल नहीं
(सितारों की तरह)। उनमें बड़ी संख्या में तथाकथित शामिल हैं अनाजया क्रिस्टलीय,जिनके क्रिस्टलोग्राफिक तल एक दूसरे के सापेक्ष एक निश्चित कोण से घूमते हैं। इस मामले में, सामग्री के मेसोस्ट्रक्चर की किसी भी दिशा में, क्रिस्टलोग्राफिक विमानों के विभिन्न झुकावों के साथ लगभग समान संख्या में अनाज होते हैं, जो दिशा से इसके गुणों की स्वतंत्रता की ओर जाता है। प्रत्येक अनाज में अलग-अलग तत्व होते हैं - ब्लॉक जो एक दूसरे के सापेक्ष कई मिनटों के कोण पर घुमाए जाते हैं, जो पूरे अनाज के गुणों की आइसोट्रॉपी भी सुनिश्चित करता है।
एक ही पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्थाएँ संरचना और गुणों में भिन्न हो सकती हैं, और फिर वे कहते हैं कि यह पदार्थ विभिन्न संशोधनों में मौजूद है। किसी दिए गए पदार्थ में कई क्रिस्टलीय संशोधनों के अस्तित्व को कहा जाता है बहुरूपता,और एक संशोधन से दूसरे संशोधन में संक्रमण - बहुरूपी परिवर्तन।बहुरूपता के विपरीत, अपररूपता- यह विभिन्न "सरल" (या, अधिक सटीक, होमोन्यूक्लियर) पदार्थों के रूप में एक तत्व का अस्तित्व है, चाहे उनकी चरण स्थिति कुछ भी हो। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन 0 2 और ओजोन ओ ई ऑक्सीजन के एलोट्रोपिक रूप हैं जो गैसीय, तरल और क्रिस्टलीय अवस्थाओं में मौजूद हैं। उसी समय, हीरा और ग्रेफाइट - कार्बन के एलोट्रोपिक रूप - एक साथ इसके क्रिस्टलीय संशोधन हैं, इस मामले में "एलोट्रॉपी" और "बहुरूपता" की अवधारणाएं इसके क्रिस्टलीय रूपों के लिए मेल खाती हैं।
अक्सर एक घटना भी होती है समरूपता,जिसमें भिन्न प्रकृति के दो पदार्थ एक ही संरचना के क्रिस्टल बनाते हैं। ऐसे पदार्थ मिश्रित क्रिस्टल बनाकर क्रिस्टल जाली में एक दूसरे की जगह ले सकते हैं। पहली बार, 1819 में जर्मन खनिज विज्ञानी ई। मित्शेरलिच द्वारा केएच 2 पी0 4, केएच 2 एएस0 4 और एनएच 4 एच 2 पी0 4 के उदाहरण का उपयोग करके आइसोमोर्फिज्म की घटना का प्रदर्शन किया गया था। मिश्रित क्रिस्टल ठोस पदार्थों के पूर्ण समांगी मिश्रण होते हैं - ये हैं प्रतिस्थापन ठोस समाधान।इसलिए, हम कह सकते हैं कि आइसोमोर्फिज्म प्रतिस्थापन ठोस समाधान बनाने की क्षमता है।
परंपरागत रूप से, क्रिस्टल संरचनाओं को पारंपरिक रूप से होमोड्समिक (समन्वय) और विषमलैंगिक में विभाजित किया जाता है। होमो-डेस्मिकसंरचना में, उदाहरण के लिए, हीरा, क्षार धातु हैलाइड। हालांकि, अधिक बार क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं विषमलैंगिकसंरचना; इसकी विशिष्ट विशेषता संरचनात्मक टुकड़ों की उपस्थिति है, जिसके भीतर परमाणु कोर सबसे मजबूत (आमतौर पर सहसंयोजक) बंधों से जुड़े होते हैं। ये टुकड़े तत्वों, जंजीरों, परतों, फ़्रेमों के परिमित समूह हो सकते हैं। तदनुसार, द्वीप, श्रृंखला, स्तरित और फ्रेम संरचनाएं प्रतिष्ठित हैं। लगभग सभी कार्बनिक यौगिकों और ऐसे अकार्बनिक पदार्थ जैसे हैलोजन, 0 2, एन 2, सीओ 2, एन 2 0 4, आदि में द्वीप संरचनाएं हैं। अणु द्वीपों की भूमिका निभाते हैं, इसलिए ऐसे क्रिस्टल को आणविक कहा जाता है। अक्सर बहुपरमाणुक आयन (उदाहरण के लिए, सल्फेट्स, नाइट्रेट्स, कार्बोनेट्स) द्वीपों के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, एसई संशोधनों में से एक के क्रिस्टल (परमाणु कोर अंतहीन सर्पिल में जुड़े हुए हैं) या पीडीसीएल 2 क्रिस्टल, जिसमें अंतहीन रिबन होते हैं, में एक श्रृंखला संरचना होती है; स्तरित संरचना - ग्रेफाइट, बीएन, एमओएस 2, आदि; फ्रेम संरचना CaTYu 3 है (Ti और O के परमाणु कोर, सहसंयोजक बंधों द्वारा एकजुट होकर, एक ओपनवर्क फ्रेम बनाते हैं, जिसमें Ca के परमाणु कोर स्थित होते हैं)। इनमें से कुछ संरचनाओं को अकार्बनिक (कार्बन मुक्त) पॉलिमर के रूप में वर्गीकृत किया गया है।
परमाणु कोर (होमोड्समिक संरचनाओं के मामले में) या संरचनात्मक टुकड़ों (विषमलैंगिक संरचनाओं के मामले में) के बीच बंधन की प्रकृति के अनुसार, प्रतिष्ठित हैं: सहसंयोजक (उदाहरण के लिए, सीआईसी, हीरा), आयनिक, धातु (धातु) और इंटरमेटेलिक यौगिक) और आणविक क्रिस्टल। अंतिम समूह के क्रिस्टल, जिसमें संरचनात्मक टुकड़े इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन से जुड़े होते हैं, में सबसे अधिक प्रतिनिधि होते हैं।
के लिए सहसंयोजकएकल क्रिस्टल जैसे हीरा, कार्बोरंडम, आदि को अपवर्तकता, उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध की विशेषता है, जो उनके त्रि-आयामी स्थानिक संरचना (बहुलक निकायों) के संयोजन में सहसंयोजक बंधन की ताकत और दिशा का परिणाम है।
ईओण काक्रिस्टल वे संरचनाएं हैं जिनमें काउंटरों के रूप में सूक्ष्म संरचना तत्वों का आसंजन मुख्य रूप से आयनिक रासायनिक बंधों के कारण होता है। आयनिक क्रिस्टल का एक उदाहरण क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के हलाइड्स हैं, क्रिस्टल जाली साइटों में, जिनमें बारी-बारी से धनात्मक रूप से आवेशित धातु के धनायन और ऋणात्मक रूप से आवेशित हलोजन आयन होते हैं (Na + Cl -, Cs + Cl -, Ca + F^, चित्र 7.1)।
चावल। 7.1
पर धातु क्रिस्टलधातु के पिंजरों के रूप में परमाणु कोर का आसंजन मुख्य रूप से धात्विक गैर-दिशात्मक रासायनिक बंधों के कारण होता है। इस प्रकार के क्रिस्टल धातुओं और उनके मिश्र धातुओं की विशेषता है। क्रिस्टल जाली के नोड्स पर OE (इलेक्ट्रॉन गैस) द्वारा परस्पर जुड़े हुए परमाणु कोर (धनायन) होते हैं। धात्विक क्रिस्टलीय निकायों की संरचना पर नीचे और अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।
आणविक क्रिस्टलवैन डेर वाल्स बलों या हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़े अणुओं से बनते हैं। एक मजबूत सहसंयोजक बंधन अणुओं के अंदर कार्य करता है (सी और सी और सी एम पर प्रबल होता है)। आणविक क्रिस्टल (पिघलने, उच्च बनाने की क्रिया, बहुरूपी संक्रमण) के चरण परिवर्तन, एक नियम के रूप में, व्यक्तिगत अणुओं के विनाश के बिना होते हैं। अधिकांश आणविक क्रिस्टल कार्बनिक यौगिकों (जैसे नेफ़थलीन) के क्रिस्टल होते हैं। आण्विक क्रिस्टल एच 2, जे 2, एन 2, 0 2, एस जी प्रकार के हैलोजन, एच 2 0, सीओ 2, एन 2 0 4, ऑर्गोमेटेलिक यौगिकों और कुछ जटिल यौगिकों के बाइनरी यौगिक जैसे पदार्थ भी बनाते हैं। आणविक क्रिस्टल में प्रोटीन (चित्र 7.2) और न्यूक्लिक एसिड जैसे प्राकृतिक पॉलिमर के क्रिस्टल भी शामिल हैं।
पॉलिमर, जैसा कि पहले ही ऊपर उल्लेख किया गया है, एक नियम के रूप में, उन पदार्थों को भी संदर्भित करता है जो आणविक क्रिस्टल बनाते हैं। हालांकि, मामले में जब मैक्रोमोलेक्यूल्स की पैकिंग में एक मुड़ा हुआ या तंतुमय रचना होती है, तो यह बोलना अधिक सही होगा। सहसंयोजक आणविक क्रिस्टल(चित्र। 7.3)।
चावल। 7.2.
चावल। 7.3.
यह इस तथ्य के कारण है कि जाली अवधियों में से एक के साथ (उदाहरण के लिए, अवधि साथपॉलीइथाइलीन के मामले में, जिसके मैक्रोमोलेक्यूल्स एक मुड़ी हुई रचना में होते हैं, एक लैमेला बनाते हैं), मजबूत रसायन (चित्र। 7.3), मुख्य रूप से सहसंयोजक, बांड कार्य करते हैं। एक ही समय में, दो अन्य जाली अवधियों के साथ (उदाहरण के लिए, आवर्त) बीऔर साथएक ही मुड़े हुए पॉलीइथाइलीन क्रिस्टल में), पहले से ही इंटरमॉलिक्युलर इंटरेक्शन एक्ट की कमजोर ताकतें।
इन समूहों में क्रिस्टल का विभाजन काफी हद तक मनमाना है, क्योंकि एक समूह से दूसरे समूह में क्रमिक संक्रमण होते हैं क्योंकि क्रिस्टल में बंधन की प्रकृति बदल जाती है। उदाहरण के लिए, इंटरमेटेलिक यौगिकों के बीच - एक दूसरे के साथ धातुओं के यौगिक - कोई यौगिकों के एक समूह को बाहर कर सकता है जिसमें एक रासायनिक बंधन के धातु घटक में कमी और सहसंयोजक और आयनिक घटकों में इसी वृद्धि से कोलेस्ट्रॉल का निर्माण होता है। शास्त्रीय संयोजकता के अनुसार। ऐसे यौगिकों के उदाहरण आवर्त प्रणाली के समूहों के मुख्य उपसमूह IV और V के तत्वों के साथ मैग्नीशियम यौगिक हैं, जो धातुओं और गैर-धातुओं (Mg 2 Si, Mg 2 Ge, Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg) के बीच संक्रमणकालीन हैं। 3 As 2, Mg 3 Sb 7, Mg 3 Bi 7), जिनमें से मुख्य विशेषता आमतौर पर निम्नलिखित शामिल हैं:
- उनके हेटेरोन्यूक्लियर क्रिस्टल जाली मूल यौगिकों के होमोन्यूक्लियर लैटिस से भिन्न होते हैं;
- उनके संबंध में, घटकों का एक साधारण बहु अनुपात आमतौर पर संरक्षित होता है, जो एक साधारण सूत्र ए श बी द्वारा उनकी संरचना को व्यक्त करना संभव बनाता है। , जहां ए और बी संगत तत्व हैं; टीऔर पी -अभाज्य सँख्या;
- हेटेरोन्यूक्लियर यौगिकों को मूल यौगिकों के विपरीत, संरचना और गुणों की एक नई गुणवत्ता की विशेषता है।
क्रिस्टल में संरचनात्मक तत्व(आयन, परमाणु कोर, अणु) जो एक क्रिस्टल बनाते हैं, नियमित रूप से अलग-अलग दिशाओं में व्यवस्थित होते हैं (चित्र 7 .) ला).आमतौर पर, क्रिस्टल की संरचना की एक स्थानिक छवि को योजनाबद्ध रूप से प्रस्तुत किया जाता है (चित्र। 7.45), डॉट्स के साथ जाली विशेषताओं सहित संरचनात्मक तत्वों के गुरुत्वाकर्षण के केंद्रों को चिह्नित करते हुए।
दूरी पर स्थित समन्वय विमानों के समानांतर विमान ए, बी, सीएक दूसरे से, क्रिस्टल को कई समान और समानांतर उन्मुख समानांतर चतुर्भुज में विभाजित करें। उनमें से सबसे छोटा कहा जाता है प्राथमिक सेल,उनका संयोजन एक स्थानिक बनाता है क्रिस्टल लैटिस।समानांतर चतुर्भुज के कोने स्थानिक जाली के नोड हैं; उन तत्वों के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र जिनसे क्रिस्टल बनाया गया है, इन नोड्स के साथ मेल खाते हैं।
स्थानिक क्रिस्टल जाली पूरी तरह से एक क्रिस्टल की संरचना का वर्णन करती है। क्रिस्टल जाली के प्राथमिक सेल का वर्णन करने के लिए, छह मात्राओं का उपयोग किया जाता है: समन्वय अक्षों के साथ निकटतम प्राथमिक कणों की दूरी के बराबर तीन खंड ए, बी, सी,और इन खंडों के बीच तीन कोण a, (3, y.
इन राशियों के बीच के अनुपात कोशिका के आकार को निर्धारित करते हैं, जिसके आधार पर सभी क्रिस्टल सात प्रणालियों में विभाजित होते हैं (सारणी 7.1)।
क्रिस्टल जालक की इकाई सेल के आकार का अनुमान खंडों द्वारा लगाया जाता है ए, बी, एस।वे कहते हैं जाली अवधि।जालक आवर्त को जानकर किसी तत्व के परमाणु क्रोड की त्रिज्या ज्ञात की जा सकती है। यह त्रिज्या जाली में कणों के बीच की सबसे छोटी दूरी के आधे के बराबर है।
जाली की जटिलता की डिग्री किसके द्वारा आंकी जाती है संरचनात्मक तत्वों की संख्या,प्रति एक प्राथमिक सेल। एक साधारण स्थानिक जालक में (देखिए आकृति 7.4), प्रत्येक कोशिका में सदैव एक तत्व होता है। प्रत्येक कोशिका में आठ शीर्ष होते हैं, लेकिन
चावल। 7.4. क्रिस्टल में तत्वों की व्यवस्था: ए- तत्व के परमाणु कोर के आयतन की नियुक्ति के साथ छवि; बी -एक प्राथमिक सेल और उसके मापदंडों की स्थानिक छवि
तालिका 7.1
क्रिस्टलीय प्रणालियों के लक्षण
शीर्ष पर प्रत्येक तत्व, बदले में, आठ कोशिकाओं को संदर्भित करता है। इस प्रकार, नोड से प्रत्येक सेल के हिस्से तक, वी 8 वॉल्यूम होता है, और सेल में आठ नोड होते हैं, और इसलिए, प्रति सेल में एक संरचनात्मक तत्व होता है।
जटिल स्थानिक जाली में, प्रति कोशिका में हमेशा एक से अधिक संरचनात्मक तत्व होते हैं, जो सबसे महत्वपूर्ण शुद्ध धातु यौगिकों (चित्र। 7.5) में सबसे आम हैं।
निम्नलिखित धातुएँ bcc जाली में क्रिस्टलीकृत होती हैं: Fe a, W, V, Cr, Li, Na, K, आदि। Fe y, Ni, Co a, Cu, Pb, Pt, Au, Ag, आदि fcc में क्रिस्टलीकृत होते हैं। जाली। Mg, Ti a, Co p, Cd, Zn, आदि hcp जाली में क्रिस्टलीकृत होते हैं।
प्रणाली, अवधि और संरचनात्मक तत्वों की संख्या,प्रति इकाई सेल क्रिस्टल में उत्तरार्द्ध के स्थान का पूरी तरह से प्रतिनिधित्व करना संभव बनाता है। कुछ मामलों में, क्रिस्टल जाली की अतिरिक्त विशेषताओं का उपयोग इसकी ज्यामिति और तत्व की पैकिंग घनत्व को प्रतिबिंबित करने के कारण किया जाता है।
चावल। 7.5. क्रिस्टल जाली के जटिल प्राथमिक कोशिकाओं के प्रकार: ए -बीसीसी; 6 - एचसीसी; में- एक क्रिस्टल में तारे के कणों का hcp। ये विशेषताएँ CF और सघनता कारक हैं।
निकटतम समदूरस्थ प्राथमिक कणों की संख्या निर्धारित करती है समन्वय संख्या।उदाहरण के लिए, एक साधारण घन जालक के लिए, CF 6 (Kb) होगा; प्रत्येक परमाणु कोर के लिए एक शरीर-केंद्रित घन (बीसीसी) की जाली में, ऐसे पड़ोसियों की संख्या आठ (के 8) के बराबर होगी; एक फलक-केंद्रित घन जालक (fcc) के लिए, CF संख्या 12 (K 12) है।
एक प्राथमिक सेल में सभी प्राथमिक कणों के आयतन का प्राथमिक सेल के पूरे आयतन से अनुपात निर्धारित करता है कॉम्पैक्टनेस कारक।एक साधारण घन जाली के लिए, यह गुणांक 0.52 है, bcc - 0.68 और fcc - 0.74 के लिए।
- सिरोटकिन आर.ओ. समाधान क्रिस्टलीकृत पॉलीइथाइलीन के उपज व्यवहार पर आकृति विज्ञान का प्रभाव: पीएचडी थीसिस, उत्तरी लंदन विश्वविद्यालय। - लंदन, 2001।
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किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को निर्माण सामग्री के स्थान पर त्रि-आयामी आवधिकता की विशेषता होती है। यह इस विशेषता पर है कि क्रिस्टल के माध्यम से प्रेषित एक्स-रे का विवर्तन आधारित है, और इसलिए क्रिस्टल का संपूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण।
पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था तब होती है जब कणों की पारस्परिक व्यवस्था में शॉर्ट-रेंज और लॉन्ग-रेंज ऑर्डर दोनों को महसूस किया जाता है। लिंक, मैक्रोमोलेक्यूल्स के खंड - और इंटरमॉलिक्युलर दोनों के भीतर परस्पर क्रिया कर सकते हैं।
किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को इस तथ्य की विशेषता है कि इसमें कण (परमाणु, आयन या अणु) एक दूसरे से निरंतर दूरी पर, एक नियमित जाली का निर्माण करते हैं। एक अनाकार पदार्थ में, कणों की व्यवस्था में कोई सही क्रम नहीं देखा जाता है।
किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को क्रिस्टल बनाने वाले कणों के स्थान में सही व्यवस्था, क्रिस्टलीय, या स्थानिक, जाली के गठन की विशेषता होती है। क्रिस्टल में कणों के केंद्रों को स्थानिक जाली के नोड कहा जाता है।
पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को सभी परमाणुओं की एक नियमित, समय-समय पर दोहराई जाने वाली व्यवस्था की विशेषता है। ऐसा चित्र आदर्श होता है और परमाणुओं की ऐसी आदर्श व्यवस्था वाला क्रिस्टल पूर्ण कहलाता है। एक वास्तविक क्रिस्टल में, परमाणुओं की आदर्श व्यवस्था के विचलन और उल्लंघन हमेशा होते हैं। इन उल्लंघनों को अपूर्णता, या दोष कहा जाता है।
किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को निर्माण सामग्री के स्थान पर त्रि-आयामी आवधिकता की विशेषता होती है। यह वह विशेषता है जो क्रिस्टल के माध्यम से प्रेषित एक्स-रे के विवर्तन को रेखांकित करती है, और इसलिए क्रिस्टल के संपूर्ण एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का आधार है।
पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को क्रिस्टल जालक में सभी परमाणुओं की कड़ाई से नियमित, समय-समय पर दोहराई जाने वाली व्यवस्था1 की विशेषता है। परमाणुओं की ऐसी आदर्श व्यवस्था वाले क्रिस्टल को पूर्ण कहा जाता है। एक वास्तविक क्रिस्टल में, परमाणुओं की आदर्श व्यवस्था के विचलन और उल्लंघन हमेशा पाए जाते हैं। इन उल्लंघनों को क्रिस्टल संरचना की खामियां या दोष कहा जाता है।
किसी पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था को एक दूसरे के सापेक्ष कणों के कड़ाई से परिभाषित अभिविन्यास और गुणों की अनिसोट्रॉपी (वेक्टोरियलिटी) की विशेषता होती है, जब एक क्रिस्टल (थर्मल चालकता, तन्य शक्ति, आदि) के गुण अलग-अलग दिशाओं में समान नहीं होते हैं। .
पर गैसीय किसी पदार्थ के अणुओं की अवस्था एक दूसरे से पर्याप्त बड़ी दूरी पर होती है और पदार्थ के एक छोटे आयतन पर कब्जा कर लेती है। गैसीय अवस्था में, गैस बनाने वाले अणु या परमाणु व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। गैसीय पदार्थों की संरचना का आदेश नहीं दिया जाता है।
जब गैसीय पदार्थ संघनित होते हैं, तो वे बनते हैं तरल पदार्थ। तरल अवस्था में, अणुओं के बीच की दूरी बहुत कम होती है, और पदार्थ के आयतन का बड़ा हिस्सा अणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, एक दूसरे के संपर्क में और एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। वे। तरल अवस्था में, कणों का कुछ क्रम देखा जाता है, लघु-श्रेणी का क्रम देखा जाता है।
पर ठोस कण एक-दूसरे के इतने करीब होते हैं कि उनके बीच मजबूत बंधन बनते हैं, व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के सापेक्ष कणों की गति नहीं होती है। संरचना में उच्च स्तर का क्रम है। ठोस में हो सकता है अनाकार और क्रिस्टलीयस्थिति।
अनाकार पदार्थों में एक क्रमबद्ध संरचना नहीं होती है, तरल पदार्थों की तरह, उनके पास केवल एक करीबी क्रम (ग्लासी अवस्था) होता है। अनाकार पदार्थ तरल होते हैं। पॉलिमर, रेजिन, अनाकार सिलिकॉन, अनाकार सेलेनियम, महीन चांदी, अनाकार सिलिकॉन ऑक्साइड, जर्मेनियम, कुछ सल्फेट, कार्बोनेट अनाकार अवस्था में हैं। अनाकार पदार्थ आइसोट्रोपिक हैं, अर्थात। किसी पदार्थ के भौतिक गुण अलग-अलग दिशाओं में समान रूप से फैलते हैं, और उनके पास कड़ाई से परिभाषित गलनांक नहीं होता है, वे एक निश्चित तापमान सीमा में पिघलते हैं। लेकिन अधिकांश ठोस पदार्थ क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं।
क्रिस्टलीय पदार्थों की विशेषता लंबी दूरी के क्रम से होती है, अर्थात। पूरे वॉल्यूम में संरचना की त्रि-आयामी आवधिकता। कणों की नियमित व्यवस्था को क्रिस्टल जाली के रूप में दर्शाया गया है, जिसके नोड्स में कण स्थित होते हैं जो एक ठोस बनाते हैं। वे काल्पनिक रेखाओं से जुड़े हुए हैं।
आदर्श एकल क्रिस्टल होते हैं:
अनिसोट्रॉपी - यानी। क्रिस्टल के आयतन में अलग-अलग दिशाओं में, भौतिक गुण भिन्न होते हैं।
निश्चित गलनांक।
क्रिस्टलीय पदार्थों को क्रिस्टल जाली की ऊर्जा की विशेषता होती है, यह वह ऊर्जा है जिसे क्रिस्टल जाली को नष्ट करने और बातचीत से कणों को हटाने के लिए खर्च किया जाना चाहिए।
जाली स्थिरांक क्रिस्टल जाली में कणों के साथ-साथ क्रिस्टल जाली के चेहरों के बीच के नोड्स के बीच की दूरी को दर्शाता है।
क्रिस्टल जालक की समन्वय संख्या किसी दिए गए कण से सीधे सटे कणों की संख्या होती है।
सबसे छोटी संरचनात्मक इकाई प्राथमिक कोशिका होती है। क्रिस्टल लैटिस सात प्रकार के होते हैं: क्यूबिक, टेट्राहेड्रल, हेक्सागोनल, रंबोहेड्रल, ऑर्थोरोम्बोहेड्रल, मोनोक्लिनिक और ट्राइक्लिनिक।