Wykład 11. Kryształy jonowe

Podobne dokumenty
2. Właściwości krzemu. 3. Chemia węgla a chemia krzemu. 4. Związki krzemu.

Krystalografia i krystalochemia Wykład 11 Przegląd wybranych struktur jonowych. Krzemiany jako struktury mezodesmiczne.

Krystalografia. Typowe struktury pierwiastków i związków chemicznych

STRUKTURA KRYSZTAŁÓW

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE SOLE PODWÓJNE

MARATON WIEDZY CHEMIA CZ. II

Teoria VSEPR. Jak przewidywac strukturę cząsteczki?

Defekty punktowe II. M. Danielewski

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE. dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

CHEMIA DEFEKTÓW PUNKTOWYCH, CZ. I NIEDOSKONAŁOŚCI BUDOWY CIAŁA STAŁEGO

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

Reguły Paulinga. Krzysztof Burek Michał Oleksik

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Zadanie 1. (1 pkt). Informacja do zada 2. i 3. Zadanie 2. (1 pkt) { Zadania 2., 3. i 4 s dla poziomu rozszerzonego} zania zania Zadanie 3.

a) Sole kwasu chlorowodorowego (solnego) to... b) Sole kwasu siarkowego (VI) to... c) Sole kwasu azotowego (V) to... d) Sole kwasu węglowego to...

BUDOWA ATOMU 1. Wymień 3 korzyści płynące z zastosowania pierwiastków promieniotwórczych. 2. Dokończ reakcję i nazwij powstałe pierwiastki:

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

1. Charakter wiązania krzem tlen 2. Wiązanie Si O w krzemianach 3. Krzemiany jako struktury jonowe 4. Systematyka anionów krzemotlenowych. 5.

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Okresowość właściwości chemicznych pierwiastków. Układ okresowy pierwiastków. 1. Konfiguracje elektronowe pierwiastków

PIERWIASTKI W UKŁADZIE OKRESOWYM

Podstawy krystalochemii pierwiastki

DG m. a I STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO. Model STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Zasady zapisywania wzorów krzemianów

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas II LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Elektroujemność w konwencji Sandersona. mgr Magdalena Chrzan

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Elektronowa struktura atomu

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas I LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

CZ STECZKA. Do opisu wi za chemicznych stosuje si najcz ciej jedn z dwóch metod (teorii): metoda wi za walencyjnych (VB)

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Sole. 2. Zaznacz reszty kwasowe w poniższych solach oraz wartościowości reszt kwasowych: CaBr 2 Na 2 SO 4

Tlen. Występowanie i odmiany alotropowe Otrzymywanie tlenu Właściwości fizyczne i chemiczne Związki tlenu tlenki, nadtlenki i ponadtlenki

Fyllokrzemiany (krzemiany warstwowe) 2. Monofyllokrzemiany. 3. Warstwy o pierścieniach 6 członowych. 4. Krzemiany pakietowe

CHEMIA WARTA POZNANIA

Stechiometria w roztworach. Woda jako rozpuszczalnik

Reakcje utleniania i redukcji

KLASYFIKACJA ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

Wykład z Chemii Ogólnej

WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE. Oddziaływanie pola elektrycznego na materiał. Przewodnictwo elektryczne. Podstawy Nauki o Materiałach

KLASYFIKACJA ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

Kompleksy. Stała (nie)trwałości kompleksu (jonu kompleksowego) K 2 [HgI 4 ] 2K + + [HgI 4 ] 2- Budowa związku kompleksowego ... [HgI4] ...

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Ligand to cząsteczka albo jon, który związany jest z jonem albo atomem centralnym.

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

Struktura elektronowa

Wapń i jego związki. -występowanie i otrzymywanie -właściwości fizyczne i chemiczne - ważniejsze związki wapnia

Chemia Wydział SiMR, kierunek IPEiH I rok I stopnia studiów, semestr I. Chemia nieorganiczna. Stopień utlenienia. Stopień utlenienia.

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

PODSTAWOWE TYPY ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

1. Krzemiany glinu, glinokrzemiany i glinokrzemiany glinu. 2. Wiązanie Si-O i Al O, tetraedr SiO 4 a AlO 4 3. Podstawienie heterowalentne Si 4+ Al 3+

Temat 1: Budowa atomu zadania

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Materiał powtórzeniowy - reakcje utlenienia i redukcji (redox - redoks ) z przykładowymi zadaniami

Chemia Grudzień Styczeń

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Wykład. 1. Klasyfikacja chemiczna i geochemiczna pierwiastków chemicznych. b) Podziel wymienione niżej jony na twarde i miękkie kwasy i zasady:

CHEMIA WARTA POZNANIA

Zasady obsadzania poziomów

Wewnętrzna budowa materii

Stechiometria w roztworach

Chemia I Semestr I (1 )

Elementy teorii powierzchni metali

Podstawy powstawania barwy

Reakcje chemiczne, związki kompleksowe

XIV Konkurs Chemiczny dla uczniów gimnazjum województwa świętokrzyskiego. II Etap - 18 stycznia 2016

XV Wojewódzki Konkurs z Chemii

KOMPLEKSY. Wzory strukturalne kompleksów Ni 2+ oraz Cu 2+ z dimetyloglioksymem.

ZWIĄZKI METALI PRZEJŚCIOWYCH. Jak powstaje jon kompleksowy? K 3 FeF 6 3K + + (FeF 6 ) 3-

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Wykład 4: Struktura krystaliczna

Chemia Nieorganiczna I (3.3.PBN.CHE108), konwersatorium Chemia, I stopień, II r., semestr 4. Lista 1.

Większość metali bloku d wykazuje tendencje do tworzenia związków kompleksowych.

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

INŻYNIERIA NOWYCH MATERIAŁÓW

Reakcje syntezy. A + B AB lub A + B + C+... ABC... gdzie: A, B. C... substancje prostsze lub proste, AB ABC... substancje złożone.

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

CHEMIA. karty pracy klasa 3 gimnazjum

Związki chemiczne, wiązania chemiczne, reakcje

TEMAT II REAKCJE ROZPOZNAWALNE KATIONÓW I ANIONÓW. ANALIZA SOLI. ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE.

Spis treści. Metoda VSEPR. Reguły określania struktury cząsteczek. Ustalanie struktury przestrzennej

Związki chemiczne, wiązania chemiczne, reakcje

4. Związki kompleksowe.

Scenariusz lekcji otwartej z chemii w klasie II gimnazjum.

Litowce i berylowce- lekcja powtórzeniowa, doświadczalna.

Transkrypt:

Wykład 11 Kryształy jonowe 1. Model kryształów jonowych. 2. Wielkości charakteryzujące jony w krysztale. 3. Reguły Paulinga. 4. Podział struktur jonowych. 5. Przykłady struktur jonowych izodesmiczne kryształy jonowe typu: AB, A 2 B 3, AB 2 oraz tlenki złożone anizodesmiczne kryształy jonowe z kompleksami typu:[ax] n-, [AX 2 ] n-, [AX 3 ] n-, [AX 4 ] n-, [AX 6 ] n- Mezodesmiczne struktury krzemianów.

Model kryształów jonowych 1. Jony w strukturach kryształu są naładowanymi, sztywnymi nie polaryzowalnymi sferami, których promień nie przenikalności określamy jako promień jonowy. 2. Jony jednego znaku są otoczone jonami przeciwnego znaku (ligandami) tak aby ich liczba (liczba koordynacyjna) była możliwie największa. 3. Jony tego samego znaku układają się tak aby energia ich odpychania elektrostatycznego była możliwie najmniejsza. 4. Układ jonów jednego znaku wokół jonów znaku przeciwnego jest trwały wówczas gdy jon centralny styka się z jonami otaczającymi (gęste upakowanie).

Ułożenie kul Luki Dwie warstwy kul

Parametry określaj lające jony w strukturach kryształów w jonowych 1. Promień jonowy r K i r A 2. Liczba koordynacyjna 3. Ładunek jonu 4. Wartościowość (wytrzymałość) wiązania.

Gęstość elektronowa a promień jonowy

Odległość międzyjonowa d K-A = d (hkl) d LiF = 2.01Å d NaF = 2.31Å d KF = 2.66Å d RbF = 2.82Å d LiCl = 2.57Å d NaCl = 2.81Å d KCl = 3.14Å d RbCl = 3.27Å d LiBr = 2.75Å d NaBr = 2.98Å d KBr = 3.29Å d RbBr = 3.43Å r K + r A = d K-A = d (hkl) r K + r A =?

Metody wyznaczania promieni jonowych 1. Metoda Goldschmidta (1926) polegająca na zależności promienia od refrakcji jonowej (R ~ r 4 j ), 2. Metoda Landego (1920), który założył, że w miarę wzrostu liczby porządkowej anionu w szeregu np. MgO. MgS, MgSe jego promień osiągnie taką wartość, że zetkną się nie tylko anion z kationem co anion z anionem a luka miedzy nimi akurat pomieści kation i wówczas z prostych zależności geometrycznej można wyznaczyć dodatkowe równanie a tym samym wszystkie promienie jonowe dla danego szeregu, 3. Metoda Pulinga (1927), który na podstawie zależności podanej przez Bohra, że promień orbity elektronu jest odwrotnie proporcjonalny do ładunku jądra zaproponował odwrotną proporcjonalność promieni jonowych od ładunków efektywnych tych jonów (przy jednakowej ich konfiguracji elektronowej) np. r Na /r F = Zef F /Zef Na, 4. Metoda Ahrensa (1952) polegająca na znalezieniu dodatkowego równania z odwrotnej zależności promieni jonowych od potencjału jonizacji.

Czynniki wpływające na wielkość promieni jonowych. 1. Ładunek jonu (stopień utlenienia), kationy są tym mniejsze im większy ładunek kationu zaś aniony są znacznie większe od kationów o tej samej konfiguracji elektronowej. np. S 2- - 1.85Å, S 0-1.04Å, S 6+ - 0.34Å. 2. Liczba atomowa pierwiastka, im większa tym większy promień np. 3 Li + 0.74Å, 11 Na + 1.02Å, 19 K + 1.38Å 3. Polaryzowalność jonu. 4. Liczba koordynacyjna, im większa tym większy promień.

Promienie wybranych kationów Kation LK=4 LK=6 LK=8 LK=12 Li + 0.59 0.74 Na + 1.02 1.16 K + 1.38 1.51 1.60 Rb + 1.60 1.73 Cs + 1.74 1. Be 2+ 0.27 Mg 2+ 0.49 0.72 Ca 2+ 1.00 1.12 Sr 2+ 1.16 1.25 1.44 Ba 2+ 1.36 1.42 1.60 B 3+ 0.12 Al 3+ 0.39 0.53 Ga 3+ 0.47 0.62 Si 4+ 0.26 0.40 Ge 4+ 0.40 0.54 Fe 2+ 0.61 Fe 3+ 0.49 0.55 Mn 2+ 0.67 Promienie wyznaczone wzgledem promienia O 2-1.35 [Å] (Shannon i Prewitt 1969)

Promienie wybranych anionów Anion Promień[Å] Anion Promień [Å] F - 1.33 OH - 1.32 Cl - 1.81 O 2-1.35 Br - 1.96 S 2-1.84 J - 2.20 N 3-1.46 Wg.Shanona i Prewitta 1969

Kształty wielościanów koordynacyjnych I 2 4 3 5

Kształty wielościanów koordynacyjnych II 6 7 8 12

Koordynacja tetraedryczna LK=4

Koordynacja oktaedryczna LK=6

Koordynacja kubiczna LK=8

Graniczne wartości r /r K A LK Kształt wielościanu koordynacyjnego r K /r A 2 Liniowa lub angularna < 0.155 3 Trójkatna płaska lub piramidalna 0.155 0.225 4 Tetraedryczna (czworościenna) 0.225 0.414 4 Kwadratowa płaska 0.414 0.645 6 Oktaedryczna (ośmiościenna) 8 Antypryzmatyczna 0.645 0.732 8 Sześcienna 0.732 0.905 12 Ikosaedryczna (dwudziestościenna) 0.905 1.000 12 Kubooktaedryczna > 1.000

Ładunek jonu 1. Ładunek formalny (Z) stopień utlenienia 2. Ładunek efektywny (Z ef ) 3. Ładunek resztkowy lub szczątkowy ( Z res - ang.residual charge). %J = Z res /Z x 100

Reguły Paulinga I reguła Paulinga - zasada koordynacji - Jony jednego znaku są otoczone jonami przeciwnego znaku w ten sposób, że ich środki tworzą naroża wielościanu wymiarowego. Odległość anion kation jest sumą promieni jonowych a liczba koordynacyjna zależy od stosunku promieni jonowych. II reguła Paulinga zasada elektroobojętności Ładunek anionu jest wysycony dokładnie lub niemal dokładnie przez wartościowość (wytrzymałość) wiązania otaczających go kationów. III reguła Paulinga zasada wspólnych naroży Wielościany koordynacyjne łączą się wspólnym narożem rzadziej wspólną krawędzie a bardzo rzadko wspólną ścianą. IV reguła Paulinga zasada samodzielnych silnych kationów. Jeżeli w krysztale występuje kilka rodzajów kationów o różnych ładunkach to kationy o wysokich ładunkach i niskiej liczbie koordynacyjnych nie maja wspólnych anionów. V reguła Paulinga zasada oszczędności. Liczba nie równoważnych elementów strukturalnych w krysztale jest niewielka.

[8] Ca 2+ 3 [6] Al 3+ 2 [[4] Si 4+ O 4 ] 3 Reguła elektroobojętności W Ca-O = 2/8 = 1/4 W Al-O = 3/6 = 1/2 W Si-O = 4/4 = 1 W Ca-O + W Al-O + W Si-O = Z O x 1/4 + y 1/2 + z 1 = 2 x = 2, y = 1, z = 1,

Łączenie poliedrów - III reguła Paulinga Tetraedry Oktaedry

Wartościowość wiązania i podział struktur jonowych W K-A = Z K /LK - izodesmiczne dla W K-A < Z A / 2 - mezodesmiczne dla W K-A = Z A / 2 - anizodesmiczne dla W K-A > Z A / 2.

Struktury izodesmiczne AB CsCl NaCl ZnS

Poliedry w strukturach AB ZnS CsCl NaCl CaO MgO

Struktury typu NaCl MgO CaO

Kryształy o strukturze typu NaCl A + B - A 2+ B 2- A 3+ B 3- LiH, NaH,...CsH LiF, NaF...CsF LiCl, NaCl...RbCl LiBr...RbBr LiJ...RbJ MgO,...BaO, FeO, CoO, NiO, MgS,... BaS, SnS, PbS, SnSe itp. Siarczki, selenki, telurki lantanowców Tlenki i siarczki uranowców LaP, CeP, PrP LaAs, CeAs, PrAs LaSb, CeSb, PrSb ThP, UP, PuP ThAs, Uas, PuAs

Kryształy y o strukturze typu CsCl CsBr, CsJ, TlCl, TlBr, TlJ Kryształy y o strukturze typu ZnS ZnS, CdS, HgS, ZnSe, CdSe, HgSe, ZnTe, CdTe, InSb,GaAs, GaSb, AgCl, CuCl, AgBr, CuBr, AgJ, CuJ

Izodesmiczne struktury jonowe A 2 B 3 Al 2 O 3 Fe 2 O 3

Struktury jonowe AB 2 Fluoryt CaF 2 Rutyl TiO 2 Cyrkonia ZrO 2 Piryt FeS 2

Przykłady izodesmicznych struktur AB 2 Kryształy jonowe o strukturze fluorytu CaF 2 CaF 2, SrF 2, BaF 2, CdF 2, HgF 2, PbF 2, ZrF 2, HfF 2, ZrO 2, CeO 2, ThO 2, HfO 2, PrO 2, PaO 2, UO 2, PuO 2, Antyfluorytu Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Li 2 S, Na 2 S, Li 2 Se, Na 2 Se, itp. Kryształy jonowe o strukturze rutylu TiO 2 MgF 2, NiF 2, MnF 2, FeF 2, CoF 2, ZnF 2, PbO 2, SnO 2, MoO 2, WO 2, RuO 2, VO 2,

ZrO 2 cyrkonia baddeleyit

SiO 2 Kwarc Trydymit Krystobalit

Spinele tlenki złożone A 2+ B 2 3+ O 4 A 2 2+ C 4+ O 4 gdzie: A 2+ - Mg 2+, Mn 2+, Fe 2+, Zn 2+, Co 2+, Ni 2+ i Cu 2+ B 3+ - Al 3+, Fe 3+, Cr 3+, V 3+ C 4+ - Ti 4+ Przykłady struktur spinelowych MnAl 2 O 4, FeAl 2 O 4, CoAl 2 O 4, NiAl 2 O 4, ZnAl 2 O 4, MgCr 2 O 4, MnCr 2 O 4, FeCr 2 O 4, CoCr 2 O 4, NiCr 2 O 4, C MnFe 2 O 4, FeFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, CoFe 2 O 4, ZnFe 2 O 4,

Tlenki złożone - MgAl 2 O 4 - spinel

Fe3O4 +2 +3 (Fe Fe 2O4) - magnetyt

CaTiO 3 - perowskit

Przykłady struktur typu perowskitu CaTiO 3, SrTiO 3, BaTiO 3, CdTiO 3, CaSnO 3, SrSnO 3, CaZrO 3, SrZrO 3, BaZrO 3, YAlO 3, LaAlO 3,LaGaO 3, NaNbO 3, KNbO 3, NaTaO 3, KTaO 3, NaWO 3, Porównanie struktur perowskitu CaTiO3 oraz YBa 2 Cu 3 O 7

YBa 2 Cu 3 O 7 nadprzewodniki ceramiczne

Struktury anizodesmiczne Zawierają w sieci obok kationów kompleksy typu: [AX] n-, [AX 2 ] n-, [AX 3 ] n-, [AX 4 ] n-, [AX 6 ] n-, Są to na przykład: - wodorotlenki, nadtlenki, cyjanki itp. - sole kwasów tlenowych np. azotyny, azotany, siarczany, itp.

Mg(OH) 2 brucyt Wodorotlenki Al(OH) 3 - gibsyt Ca(OH) 2

[AX 3 ] n- Kalcyt CaCO 3 Aragonit CaCO 3 Dolomit (Mg,Ca)CO 3 Magnezyt MgCO 3

[AX 4 ] n- CaSO 4 2H 2 O gips CaSO 4 anhydryt Ca 3 (PO 4 ) 2 apatyt hydroksyapatyt 3Ca 3 (PO 4 ) 2 Ca(OH) 2