Kristaller och deras struktur
Hej! Håller just nu på med en uppgift till en kurs och har fastnat på en del. Frågan jag har är följande:
Vilka typer av bindningar finns i en kristall och hur påverkar de kristallstrukturen? Beskriv bindningarna och kristallstrukturen för Cu, NaCl och diamant.
Har tagit fram olika bindningar för kristaller så som kovalent kristall, metallkristall, jonkristall samt molekylära kristaller. Men hur påverkar dessa bindningar kristallstrukturen?
På vilken nivå vill du ha ditt svar? Vi som svarar formulerar oss olika om vi tror att den som svarar är en grundskoleelev eller om det är en universitetsstudent. Och varför ligger denna kemifråga under fysik? /moderator
Läser på universitetsnivå men skulle uppskatta ett enklare svar då jag inte riktigt behärskar det här ämnet.
jag övervägde att lägga det i kemi men eftersom min kurs heter ”fasta tillståndets fysik” så la jag det under fysik.
@smaragdalena
Vilken sorts kemisl bindning är det i en kopparkristall, en natriumkloridkristall respektive en diamant?
NaCl- jonkristall ty Na+ och Cl-
diamant- kovalentbindning ty kol saknar 4 e och delar då elektroner
Cu - metallbindning? Mitt resonemang är att den har en valenselektron och elektronerna rör sig då fritt i ämnet istället för att bilda några ”par”
rätt eller? Men hur påverkar det själva kristallstrukturen... :/
Jonbindning beror helt på Coulombkrafter. NaCl-strukturen består av ett kubiskt tätpackat gitter av kloridjoner i hälften av de tetraedriska oktaedriska hålrummen.
Kopparkristalker är (om jag minns rätt) ett tätpackat gitter av kopparjoner med ett gemendamt elektronmoln.
Kovalenta bindningar har bestämda riktningar. Kolatomerna i diamant är sp3hybridiserade och pekar mot hörnen i en tetraeder.
Behöver du utförligare förklaringar, så berätta om vad och fråga igen!
Kristallstruktur är geometrin inuti kristallen. Hur atomerna eller jonerna (eller molekylerna) ligger relativt varandra. Detta påverkar exempelvis vilken form makroskopiska kristaller tar (nacl-kristaller är kubiska) eller hur de spricker eller inte spricker vid brott.
Det du har talat om hittills är bindningstyp men du behöver säga något om den större strukturen; antingen deras form eller deras egenskaper såsom hur kristallstrukturen hanterar deformerande krafter.
Om frågan är på universitetsnivå kan det hända att du förväntas gå längre och beskriva olika typer av kristallstrukturer, t.ex. kubisk tätpackning. Något som talar för det är att både koppar och natriumklorid är kubiskt tätpackade (lustig ”slump”) medan de olika bindningstyperna i de två kristallerna gör att de får olika egenskaper med avseende på saker som sprödhet och vattenlöslighet.
Jo det är ju precis detta jag undrar, allt ni gör är ju att ställa frågan på andra sätt. Jag frågar ju om en viss typ av bindning ger upphov till säg BCC, FCC -struktur eller liknande. Hittar inget i min bok som beskriver detta.
Man kan ”typ” förutspå vilken kristallstruktur som är mest trolig, eller åtminstone vilken struktur som inte är trolig/möjlig.
För salter gäller att den ena jontypen är ordnad i en viss kristallstruktur. Oftast är det anjonen då anjoner generellt sett är större än katjoner då deras negativa laddning gör att repulsionen ökar i deras elektronmoln, dvs de sväller upp. Motjonen får sedan krypa in i de hål som bildas i strukturen. Man pratar bland annat om tetraediska och oktaedriska hål. Natriumklorid är t.ex. uppbyggt av kubiskt tätpackade kloridjoner medan natriumjonerna finns i de oktaedriska hålen.
Kollar man istället på cesiumklorid så är den kristallstrukturen inte möjligt eftersom cesiumjonerna är alldeles för stora för att rymmas i hålen. Då krävs en helt annan kristallstruktur som kallas rymdcentrering. Där har man kloridjonerna i hörnen av en enhetscell med en cesiumjon i mitten. Att det blir just en rymdcentrerad struktur beror på att det är den mest täta struktur som finns när tätpackning inte är möjligt. Det finns tabeller man kan kika i där man kan se om skillnaden mellan jonernas jonradier är tillräckligt liten för en viss kristallstruktur.
Går man sen över till molekylkristaller av nätverksmolekyler så är den stora skillnaden att de är uppbyggda med kovalent bindning, vilket innebär att bindningsvinklarna har betydelse. En sp3-hybridiserad kolatom har bindningarna på så långt tredimensionellt avstånd ifrån varandra som möjligt, vilket ger strukturen i diamant. Har man istället sp2-hybridiserat kol ligger bindningarna i samma plan och då fås strukturen hos grafen (och grafit).
Bindningsvinklarna har även betydelse hos molekylkristaller som inte är nätverksmolekler, t.ex. i vanlig is. Där kräver vattens bindningsvinklar att man har en ganska skrymmande struktur och det gör att is har lägre densitet än flytande vatten (trots att den fasta formen oftast har högre densitet än den flytande formen generellt sett).
