Kryształy – rodzaje wiązań krystalicznych Demianicz Piotr Grupa 1 Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Kierunek Górnictwo i Geologia Kraków 18.03.2015r Demianicz Piotr

Plan prezentacji Wprowadzenie Sieć krystaliczna oraz układy krystalograficzne Struktura krystaliczna Rodzaje komórek elementarnych Rodzaje wiązań krystalicznych Ciekłe kryształy Podsumowanie Demianicz Piotr

Stany skupienia materii Wprowadzenie Stany skupienia materii ciało stałe krystaliczne amorficzne gaz ciecz Demianicz Piotr

Wprowadzenie Ciało krystaliczne Ciało amorficzne Demianicz Piotr

Wprowadzenie Kryształ Monokryształ Polikryształ Demianicz Piotr

układ atomów charakterystyczny dla danego ciała Sieć krystaliczna Sieć krystaliczna układ atomów charakterystyczny dla danego ciała Podstawowe parametry sieci: długości krawędzi a, b, c kąty α, β, γ zawarte między tymi krawędziami. źródło: http://www.wtc.wat.edu.pl/images/dydaktyka/fizyka/Rogalski/Wyklad15.pdf Demianicz Piotr

Istnieje 7 układów krystalograficznych Układy krystalograficzne Istnieje 7 układów krystalograficznych Tworzą 14 sieci krystalicznych, tzw. sieci Bravais’go tetragonalny heksagonalny trygonalny (romboedryczny) jednoskośny regularny rombowy trójskośny Demianicz Piotr

Układy krystalograficzne Układ regularny 𝒂=𝒃=𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) przestrzennie centrowana powierzchniowo centrowana źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

przestrzennie centrowana Układy krystalograficzne Układ tetragonalny 𝒂=𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) przestrzennie centrowana źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

Układy krystalograficzne Układ rombowy 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) o centrowanej podstawie centrowana przestrzennie centrowana powierzchniowo źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

Układy krystalograficzne Układ heksagonalny 𝒂=𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝟗𝟎°; 𝜸=𝟏𝟐𝟎° źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

Układ trygonalny (romboedryczny) Układy krystalograficzne Układ trygonalny (romboedryczny) 𝒂=𝒃=𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸≠𝟗𝟎° źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

o centrowanej podstawie Układy krystalograficzne Układ jednoskośny 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜸=𝟗𝟎°≠𝜷 prosta (prymitywna) o centrowanej podstawie źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

Układy krystalograficzne Układ trójskośny 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶≠𝜷≠𝜸≠𝟗𝟎° źródło: http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf Demianicz Piotr

Struktura krystaliczna struktura krystaliczna powstaje przez dodanie bazy do każdego węzła sieci Bravais’go + sieć krystaliczna baza struktura krystaliczna Demianicz Piotr

Rodzaje komórek elementarnych Komórka elementarna jest to taki obszar przestrzenny, który w wyniku translacji o wszystkie wektory danej sieci wypełnia całkowicie przestrzeń Podstawowe komórki elementarne: prymitywna umowna Wignera-Seitza umowna prymitywna źródło: http://www.if.p.lodz.pl/marek.izdebski/FCS/wyklad/FCS_temat1.pdf Demianicz Piotr

Rodzaje wiązań krystalicznych W zależności od wzajemnego oddziaływania atomów (jonów) wyodrębniamy: wiązania jonowe wiązania kowalencyjne wiązania metaliczne wiązania molekularne Demianicz Piotr

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania jonowe występują między atomami różniącymi się znacznie tzw. elektroujemnością Wiązanie jonowe jest wiązaniem wynikającym z elektrostatycznego oddziaływania jonów o ładunkach przeciwnych znaków Powstają gdy następuje transfer ładunku od jednego atomu do drugiego, np. kryształ chlorku sodu źródło: http://edu.pjwstk.edu.pl/wyklady/fiz/scb/rW14.htm Demianicz Piotr

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania jonowe Cechy wiązania jonowego: duża energia kohezji, powoduje wysoką temperaturę topnienia i wrzenia nie ma wyróżnionego kierunku wiązania kryształy są złymi przewodnikami ciepła i prądu rozpuszczalne w wodzie kryształy jonowe są twarde Demianicz Piotr

Wiązania kowalencyjne Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania kowalencyjne występują między atomami tego samego pierwiastka Powstają gdy elektron w jednym atomie przyciągany jest przez jądro drugiego. Wiązanie tworzy się poprzez uwspólnianie elektronów W wyniku gęstego upakowania atomów ich powłoki elektronowe przykrywają się. Występują w gazach oraz w pewnych kryształach, jak krzem, german i diament źródło: http://zod.tu.koszalin.pl/dokumenty_pdf/materialy_uzupelniajace/materialoznawstwo/2_Struktura_metali.pdf

Wiązania kowalencyjne Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania kowalencyjne (A) Jeżeli spiny elektronów są ustawione przeciwnie między atomami pojawiają się siły przyciągania - orbital wiążący. (B) Jeżeli spiny elektronów są skierowane zgodnie, między atomami pojawiają się siły odpychania - orbital antywiążący. (A) (B) źródło: http://edu.pjwstk.edu.pl/wyklady/fiz/scb/rW14.htm Demianicz Piotr

Wiązania kowalencyjne Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania kowalencyjne Cechy wiązania kowalencyjnego: wiązania silne, kierunkowe kryształy twarde, niepodatne na odkształcenia izolatory w niskich temperaturach przewodniki w wyższych temperaturach typowe wiązania półprzewodników Demianicz Piotr

występują w metalach i ich stopach Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania metaliczne występują w metalach i ich stopach Powstaje, gdy atomy zawierają niewiele elektronów walencyjnych, podczas gdy elektrony głębiej położone są silnie związane z jądrem atomu Po zbliżeniu się atomów do siebie, następuje utworzenie gazu elektronowego, w którym elektrony zachowują się jako cząstki swobodne źródło: http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/FMS/Wyklad_8_Cialo_Stale.pdf Demianicz Piotr

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania metaliczne Cechy wiązania metalicznego: nie ma charakteru wiązania skierowanego łatwość zamiany atomów metale nieprzezroczyste Demianicz Piotr

występują w kryształach zbudowanych z cząsteczek chemicznych Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania molekularne występują w kryształach zbudowanych z cząsteczek chemicznych Molekuły połączone ze sobą siłami molekularnymi, zwanymi siłami van der Walsa. Jeżeli jednak powłoki elektronowe w atomach są całkowicie wypełnione, to siły van der Walsa są głównymi siłami jakie występują między atomami i cząstkami. Sytuacja taka występuje np. w gazach szlachetnych. źródło: http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/FMS/Wyklad_8_Cialo_Stale.pdf Demianicz Piotr

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązania molekularne Wiązania molekularne mają charakter wiązań elektrostatycznych. Wyróżniamy trzy rodzaje sił: orientacyjne indukcyjne dyspersyjne Demianicz Piotr

Ciekłe kryształy Ciekłe kryształy forma pośrednia łącząca własności cieczy i ciała krystalicznego Można wyróżnić trzy podstawowe struktury ciekłokrystaliczne:  smetyczną nematyczną  cholesteryczną źródło: http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/2_stany_skupienia/04_02_01.htm

Zastosowanie w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD) Ciekłe kryształy Zastosowanie w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD) źródło: http://www.pcformat.pl/Swiecace-krysztaly,a,2764 Demianicz Piotr

Podsumowanie kryształy – budowa periodyczna 7 układów krystalograficznych (regularny, tetragonalny, rombowy, heksagonalny, romboedryczny, jednoskośny, trójskośny) 14 sieci Bravais'ego struktura krystaliczna = sieć + baza komórka elementarna (prymitywna, umowna, Wignera-Seitza) wiązania krystaliczne (jonowe, kowalencyjne, metaliczne i molekularne) ciekłe kryształy i ich zastosowanie w LCD Demianicz Piotr

Bibliografia i netografia http://www.wtc.wat.edu.pl/images/dydaktyka/fizyka/Rogalski/Wyklad15.pdf http://www.if.p.lodz.pl/marek.izdebski/FCS/wyklad/FCS_temat1.pdf http://users.uj.edu.pl/~ufbaran/dydaktyka/PFMS/PFMS-01_Struktura_krystaliczna.pdf http://kckizw.ceramika.agh.edu.pl/Tresc/Dydaktyka/Krystalografia/Wyklad_00.php http://www.fuw.edu.pl/~szczytko/FMS/Wyklad_8_Cialo_Stale.pdf http://zod.tu.koszalin.pl/dokumenty_pdf/materialy_uzupelniajace/materialoznawstwo/2_Struktura_metali.pdf http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/2_stany_skupienia/04_02_01.htm http://www.pcformat.pl/Swiecace-krysztaly,a,2764 Demianicz Piotr

Dziękuję za uwagę Demianicz Piotr