Č V R S T O S T A NJ E 1.KRISTALNE SUPSTANCE: SA UREĐENOM UNUTRAŠNJOM STRUKTUROM, RAVNIM DEFINISANIM POVRŠINAMA (RAVNIMA) I ODREĐENIM UGLOVIMA NA IVICAMA. Primer: METALI i NEMETALI U ČVRSTOM STANJU I NJIHOVE ALOTROPSKE MODIFIKACIJE, JONSKI KRISTALI (sa ili bez kovalentnih molekula koji ulaze u sastav kristalne rešetke). 2. AMORFNE:NEUREĐENE UNUTRAŠNJE STRUKTURE.

Teško je napraviti razliku izmedju amorfnih čvrstih supstanci i tečnih supstanci. Mnogi primeri amorfnih supstanci (staklo, guma, itd.) ustvari su smeše, a ne čiste supstance! 3. TEČNI KRISTALI (IZMEĐU t i č) IMAJU OSOBINE i č SUPSTANCI (npr.strukturu) i t (viskozitet). Za displeje, merenje toC. Strukturna organizacija u liotropnim tečnim kristalima postoji u mnogim živim sistemima (ćelijske membrane, faze DNK i proteina, itd.)

Kristalne supstance a)Metali u čvrstom stanju: ”gusto pakovanje”identičnih sfera heksagonalno gusto pakovanje (KB=12); kubno gusto pakovanje (KB=12); prostorno centrirano kubno pakovanje. VISOKE TEMPERATURE TOPLJENJA, PROVODLJIVOST

HEKSAGONALNO

KUBNO

PROSTORNO CENTRIRANO OSOBINE METALA (METALNI SJAJ, KOVNOST, ISTEGLJIVOST,ELEKTRIČNA i TOPLOTNA PROVODLJIVOST itd.) PROISTIČU IZ STRUKTURE.

Električna provodljivost b)Jonski kristali Kristalne mreže: 1-, 2- i 3-D periodično ponavljanje strukturnog motiva...

c) Kovalentni kristali

H2O C6H6

LED LAKŠI ČVRSTA OD TEČNE VODE FAZA GUŠĆA

7 KRISTALNIH SISTEMA

14 REŠETKI

1.triklinični (nema simetriju)

običan

bazno-centriran

2. monoklinični

običan baznocentriran

prostorno centriran

ravanski centriran

3. ortorombičan

4. romboedarski(1 triad)

jednostavni

prostorno centriran

5. tetragonalni

6. heksagonalni

jednostavni

prostorno centriran

ravanski centriran

7. kubni

Jedinična ćelija - najjednostavniji deo kristalne rešetke koji se ponavlja u prostoru

NaCl - kubna

Naizmenično Na+ i Cl- joni, svaki ima KB 6

CsCl, Cs+ je veći od Na+, pa je 1 jon okružen sa 8 Cl- (KB = 8)

Sfalerit (ZnS)

Dijamant (C4)n (tetraedarski raspored) kovalentna kristalna mreža

grafit stabilniji, heksagonalni raspored unutar

sloja(delokalizovani e-), između slojeva slabe Van der valsove sile tk veća od dijamanta, ali je mekši, jer slojevi klize jedan preko drugog) mazivo, dobro provodi elektricitet i toplotu). KLASIFIKOVATI SVAKU OD SLEDEĆIH SUPSTANCI U Č STANJU KAO MOLEKULSKU, JONSKU, KOVALENTNU MREŽU, METALNU

SUPS.

JAVLJA SE KAO tt

oC tk °C

provod. u č fazi

provodu t faz

A BEZB. KRISTAL.

-121 20 NE NE

B BEZB. KRISTAL. 846 1505 NE DA

C srebrno siva 1675 3260 DA DA

D BEZB.

KRISTAL. 1713 2590 NE NE

A - MOLEKULSKA

B - JONSKA

C - METALNA

D - KOVALENTNA MREŽA

KOJA SUPSTANCA IMA NAJVEĆU ELEKTRIČNU PROVODLJIVOST? 1. Ge 2. Mn

JE METAL. ONI IMAJU NAJVEĆU EL.PROVODLJIVOST. RASTOPI JONSKIH SOLI I POLUPROVODNICI MOGU PROVODITI STRUJU U IZVESNOM STEPENU, ALI NE KAO METALI. MOLEKULSKA JEDINJ. I VEĆINA Č JONSKIH SUPSTANCI LOŠE ILI NIKAKO PROVODE ELEKTRICITET..

3. S8 4. Te KOJA SUPSTANCA IMA NAJVEĆU tt 1. LiBr 2. CaO

ŠTO JE VEĆA E KRISTALNE REŠETKE, VIŠA JE tt. JONSKE Č SUPSTANCE UGLAVNOM IMAJU VEĆE E REŠETKEN

OD MOLEKULSKIH Č SUPSTANCI, JER SU POVEZANI JONSKIM VEZAMA, PRE NEGO MEĐUMOLEKULSKIM SILAMA. JONSKE Č SUPSTANCE MOĐEMO UPOREDITI NA OSNOVU GUSTINE NAELEKTRISANJA JONA UKLJUČENIH U VEZU.ŠTO JE VEĆA GUSTINA NAELEK., JAČA JE VEZA I VIŠA tt. MOLEKULSKE Č SUPSTANCE MOGU SE POREDITI NA OSNOVU MEĐUMOLEKULSKIH SILA MEĐU MOLEKULIMA. JAČE SILE, VIŠE tt

3. CO 4. CH3OH

M E T A L N A V E Z A

Šema metalne veze

Metali se po hemijskim i fizičkim osobinama razlikuju od jedinjenja sa jonskom i kovalentnom vezom (imaju visoku termičku i električnu provodljivost). Imaju lako pokretljive elektrone i kristalnu rešetku koja se lako deformiše, jer je u metalima prisutan drugi tip hemijske veze, metalna veza. Pojednostavljeni model : u metalnoj rešetki su pozitivni ioni unutar rešetke okruženi oblakom elektrona, koji se kreću preko cele rešetke. Posledica delokalizacije elektrona je dobra termička i električna provodljivost.

Metalno vezivanje je elektromagnetna interakcija izmedju DELOKALIZOVANIH

e- utopljenih u"elektronsko more" i metalnog jezgra unutar metala, kao da su slobodni elektroni raspodeljeni izmedju rešetke pozitivno naelektrisanih jona (katjona). Metalna veza se ponekad poredi sa stopljenim solima, ali to važi samo za nekoliko M. Na osnovu KVANTNO-MEHANICKOG gledišta provodni elektroni raspoređuju svoju gustinu podjednako preko svih atoma, koji su neutralne celine (nenaelektrisane). METALNA VEZA je odgovorna za mnoge fizicke osobine metala, jačinu, kovnost, istegljivost, termičku i električnu provodljivost, sjaj i neprovidnost.

Istorijat

Metali su fascinirali ljude vekovima, korišćeni u mirnodopske i ratne svrhe. Razrađene su metode za njihovo dobijanje

iz ruda. Pošto METALI čine veći deo PSE, razvojem elektrohemije postalo je jasno da metali odlaze u rastvor kao + naelektrisani joni i oksidacione reakcije metala postale su razumljive u elektrohemijskim serijama. Stvorena je slika metala kao + jona koji se drže zajedno "morem" - elektona.

Razvojem kvantne mehanike, ovoj slici je data dr. interprentacija i proširenje u modelu slobodnog elektrona i skoro slobodnog elektronskog modela. U oba modela su e- zamišljeni kao gas koji putuje kroz kristalnu rešetku u čvrstom stanju. X-rendgenska difrakcija i termička analiza su omogućile proučavanje strukture kristalnih supstanci, uključujući metale i legure i konstrukciju faznih dijagrama. Ipak, za mnoge legure ostala je enigma priroda ovih jedinjenja, koja su nestehiometrijskog sastava. Razvojem nauke utvrđeno je da je za provodljivost i prirodu metalne veze

odgovorna elektronska struktura traka, kao i za poluprovodnike.

PRIRODA METALNOG VEZIVANJA

DO METALNOG VEZIVANJA DOVODI KOMBINACIJA :

DELOKALIZACIJE ELEKTRONA I DOSTUPNOST VEĆEG BROJA STANJA DEOKALIZOVANE ENERGIJE NEGO DELOKALIZOVANIH ELEKTRONA

(MANJAK ELEKTRONA).

METALNA VEZA JE JAKA, PA VEĆINA M IMA VISOKE tk . tk (W)= 5828 K. Zn, Cd, Hg relativno niske tk. zbog elektronske konfiguracije ns2. Oni su stiga relativno isparljivi. Ga se topi u ruci, ali ima visoku tk, zbog jake metalne veze.

METALI OBIČNO IMAJU VISOKE tt I tk, ŠTO UKAZUJE NA JAKE VEZE MEĐU ATOMIMA. ČAK I Na (tt 97,8OC)

TOPI SE NA ZNATNO VIŠOJ t OD Ne, KOJI MU PREDHODI U PSE.

Na ima elektronsku konfiguraciju 1s22s22p63s1.

KADA SE ATOMI Na PRIBLIŽE, e- iz 3s A.O. sa 1 Na ATOMA DELI PROSTOR SA TAKVIM e- SUSEDNOG ATOMA GRADEĆI M.O. sl. nastajanju kovalentne veze. RAZLIKA JE DA JE SVAKI Na ATOM U DODIRU SA 8 DR. ATOMA I DEOBA JE IZMEĐU CENTRALNOG ATOMA I 3s ORBITALA NA SVIH 8 DR. ATOMA. SVAKI OD 8 ATOMA JE U DODIRU SA 8, ITD. SVE 3s ORBITALE NA SVIM ATOMIMA SE PREKLAPAJU DAJUĆI VELIKI BROJ M.O. KOJE SE PROSTIRU

PO CELOM KOMADU METALA.VELIKI JE BROJ M.O., JER SVAKA MOŽE DA PRIMI SAMO 2e-. OVI ELEKTRONI SE SLOBODNO KREĆU, NEVEZANO ZA ODREĐENI ATOM - DELOKALIZOVANI SU. METAL SE DRŽI JAKIM PRIVLAČNIM SILAMA IZMEĐU POZITIVNIH JEZGARA I DELOKALIZOVANIH e-.

Mg ima konfiguraciju 3s2 i stoga jaču vezu i višu tt. Mg ima i veći broj p+, pa je privlačenje jače. Ima i malo manji r, pa su delokalizovani e-

bliži jezgru, a i svaki Mg atom je okružen sa 12 susednih atoma.

PRELAZNI METALI IMAJU MAHOM VISOKE tt I tk, JER UKLJUČUJU 3d e- PORED 4s. ŠTO JE VIŠE e-JAČA SU PRIVLAĆENJA

U OTOPLJENIM METALIMA, JOŠ UVEK POSTOJI METALNA VEZA, MADA JE NARUŠENA UREĐENOST STRUKTURE, ALI NE SASVIM DO tk. ZNAČI DA JE tK BOLJI POKAZATELJ JAČINE VEZE OD tt. TOPLJENJEM, VEZE SLABE, ALI SE NE RASKIDAJU.

METALI SU DŽINOVSKE STRUKTURE ATOMA KOJE SE DRŽE ZAJEDNO METALNIM

VEZAMA. BROJ UKLJUČENIH ATIMA JE PROMENLJIV, ZAVISI OD VELIČINE DELOVA METALA.

12-KOORDINACIJA

VEĆINA METALA JE GUSTO PAKOVANA, ŠTO BLIŽE MOŽE U RASPOLOŽIVOJ ZAPREMINI. SVAKI ATOM U STRUKTURI IMA 12 SUSEDA SA KOJIMA SE DODIRUJE. SVAKI ATOM SE DODIRUJE SA 6 ATOMA U SLOJU.

POSTOJI PO 3 ATOMA KOJI TAKOĐE DODIRUJU SVAKI ATOM U SLOJU IZNAD I ISPOD.

POSTOJE DVA NAČINA DA SE

SFERE PAKUJU.

8-KOORDINACIONI

NEKI METALI IZ 1. GRUPE PSE SE PAKUJU MANJE EFIKASNO SA 8 SUSEDA KOJI SE DODIRUJU.

LEVO SE NI JEDAN ATOM NE DODIRUJE SA ATOMIMA ISTOG SLOJA, SAMO SA ATOMIMA SLOJA ISPOD I IZNAD ONOG U KOME SE NALAZI. DESNO 8 ATOMA (PO 4 GORE I DOLE) SE DODIRUJU. NISU SVI ATOMI KOMADA METALA RASPOREĐENI PRAVILNO. SVAKI DEO METALA SASTOJI SE OD VIŠE KRISTALNIH ZRNA, KOJA IMAJU PRAVILNU STRUKTURU. NA GRANICAMA ZRNA ATOMI SU NEUREĐENI.

FIZIČKE OSOBINE METALA

1. GRUPA 1. Na i K IMAJU NISKE tt I tk, JER SAMO 1e- SA SVAKOG ATOMA DOPRINOSI VEZI. SEM TOGA, PAKOVANJE JE NEEFIKASNO ( KB 8). ONI IMAJU VELIKE ATOME (JEZGRA SU UDALJENA OD DELOKALIZOVA- NIH e-), ŠTO SLABI VEZU.

METALI PROVODE ELEKTRICITET, ZBOG DELOKALIZOVANIH e- KOJI SE SLOBODNO KREĆU 3-D. ONI MOGU PRESKOČITI GRANICE ZRNA. I TEČNI METALI PROVODE STRUJU SVE DO tk.

METALI PROVODE TOPLOTU (ELEKTRONI DOBIJAJU KIN.E I KREĆU SE BRŽE).

KOVNOST I ISTEGLJIVOST U ŽICE , BEZ RASKIDANJA METALNE VEZE, ELASTIČNOST, TVRDOĆA. I

--------------------------------------------------------------------------------------------------

-------------- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

--------------------------------------------------------------------------------------------------

- - - - - - - - - - - - - - -

--------------------------------------------------------------------------------------------------

- - - - - - - - - - - - - - - -

PROVODNIK POLUPROVODNIK IZOLATOR

POPUNJENA TRAKA(UNUTRAŠNJI, SPARENI e-), ZABRANJENA ZONA OD ČIJE ŠIRINE ZAVISI PROVODLJIVOST, VALENTNA TRAKA (OD VALENTNIH e-) I PROVODNA TRAKA

(PRAZNA, ALI U NJOJ SE MOGU KRETATI VALENTNI e-)

POLUPROVODNICI (As, Se, Te, Si) IMAJU PROVODLJIVOST IZMEĐU PROVODNIKA I IZOLATORA. ČESTO IM SE DODAJU PRIMESE, KOJE MENJAJU NJIHOVE PROVODNIČKE OSOBINE, DOPINGOVANJE, DONORI DAJU n-TIP POLUPROVODNIKA, AKCEPTORI p-TIP.

Npr. Si je čist poluprovodnik sa 4 valentna e-. Dodatak elemenata 13 grupe, npr. B (sa 3 valentna e- ) KOJI su akceptori, gradi p-tip poluprovodnika, a elemenata 15 grupe, npr. P (5 valentnih e-) koji su donori e-, grade n-tip poluprovodnika.

Fazne promene i fazni dijagrami

Superkriticni fluid - na vrlo visokim t i p ne mogu se razlikovati t i c faza

c