Kryształy – rodzaje wiązań krystalicznych Zwierzchowska Sylwia Grupa 2 Wydział: Górnictwa i Geoinżynierii Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Kraków 13.04.2015

Plan prezentacji Wstęp – pojęcie kryształu; Sieć krystaliczna; Układy krystalograficzne; Struktura krystaliczna; Rodzaje wiązań krystalicznych; Cechy wiązań krystalicznych; Ciekłe kryształy – wyświetlacze ciekłokrystaliczne; Podsumowanie.

Wstęp Stany skupienia materii: gaz, ciecz, ciało stałe: krystaliczne, amorficzne. Krystaliczne Amorficzne

Pojęcie kryształu Kryształ – ciało stałe, którego wewnętrzna budowa charakteryzuje się regularnym rozmieszczeniem atomów, jonów lub cząstek i tworzy sieć krystaliczną. Polikryształ Monokryształ

Sieć krystaliczna Regularnie rozmieszczone w krysztale atomy lub grupy atomów tworzą sieć krystaliczną. Odwzorowaniem przestrzennego rozmieszczenia atomów jest sieć przestrzenna. Podstawowe parametry sieci: długości krawędzi a, b, c, kąty α, β, γ zawarte między tymi krawędziami. Istnieje 14 sieci krystalicznych, tzw. sieci Bravais’ego. Tworzą one 7 układów krystalicznych.

Układy krystalograficzne

Struktura krystaliczna Sieć krystaliczna Baza Struktura krystaliczna Baza – najmniejszy element sieci, powtarzający się periodycznie w przestrzeni. Baza jest atomem lub ich grupą, związanym z każdym węzłem sieci krystalicznej.

Rodzaje wiązań krystalicznych Rodzaj wiązania Schemat Gdzie występują? Jonowe Między atomami różniącymi się znacznie tzw. elektroujemnością. Metaliczne W metalach i ich stopach. Kowalencyjne Między atomami tego samego pierwiastka. Molekularne W kryształach zbudowanych z cząsteczek chemicznych.

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązanie jonowe W przypadku tworzenia cząsteczki NaCl atom sodu oddaje jeden elektron atomowi chloru, stając się jonem dodatnim, a atom chloru po dołączeniu dodatkowego elektronu staje się jonem ujemnym. Jest to wiązanie wynikające z elektrostatycznego oddziaływania jonów o przeciwnych znakach.

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązanie metaliczne Wiązanie to powstaje, gdy atomy mają niewiele elektronów walencyjnych, a jednocześnie elektrony głębiej położone są silnie związane z jądrem atomu. Gaz elektronowy

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązanie kowalencyjne Elektrony przechodzą od jednego do drugiego atomu, zmieniając je w jony dodatnie, które są przyciągane przez elektrony znajdujące się między nimi. Występuje w gazach oraz pewnych kryształach, jak krzem, german i diament. Wiązanie to polega na uwspólnianiu elektronów z zewnętrznych powłok przez oba atomy, wiążące się ze sobą.

Rodzaje wiązań krystalicznych Wiązanie molekularne Molekuły połączone ze sobą siłami van der Waals’a. Jeżeli powłoki elektronowe w atomach są całkowicie wypełnione, to siły van der Waals’a są głównymi siłami jakie występują między atomami i cząstkami. Sytuacja taka występuje np. w gazach szlachetnych. Oddziaływanie van der Waals’a – wzajemne oddziaływanie pola elektrycznego sąsiadujących ze sobą cząsteczek, przy czym nie ma przesunięć elektronów między cząsteczkami, lecz tylko wewnątrz cząsteczek oddziaływujących pomiędzy sobą.

Cechy wiązań krystalicznych Rodzaj wiązania Cechy Jonowe Nie ma wyróżnionego kierunku wiązania, Kryształy twarde, Złe przewodnictwo elektryczne i cieplne, Wysoka temperatura topnienia, Rozpuszczalne w wodzie, Kryształy przezroczyste. Metaliczne Wiązanie silne, bezkierunkowe, Dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, Łatwość zamiany atomów, Metale nieprzezroczyste. Kowalencyjne Wiązanie silne, kierunkowe, Izolatory w niskich temperaturach, Przewodniki w wysokich temperaturach, Typowe wiązanie półprzewodników. Molekularne Wiązanie słabe, bezkierunkowe, Niewielka twardość, Złe przewodnictwo elektryczne, Niska temperatura topnienia.

Ciekłe kryształy Ciekły kryształ jest formą pośrednią – cząsteczki mają swobodę ruchu, jak w fazie ciekłej, ale dalej wykazują duże uporządkowanie, jak w fazie stałej. Przejście do fazy ciekłokrystalicznej może nastąpić: pod wpływem temperatury (kryształy termotropowe: nematyki, smektyki, cholesteryki – nematyki skręcone), poprzez dodanie odpowiedniego rozpuszczalnika (kryształy liotropowe).

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD) Ciekłe kryształy Współczesne zastosowanie Wyświetlacz LCD – zbudowany jest w oparciu o komórkę ze skręconym nematykiem umieszczoną pomiędzy dwoma skrzyżowanymi polaryzatorami. Wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD)

Podsumowanie Kryształy – periodycznie uporządkowana struktura wewnętrzna; 14 sieci Bravais’ego; 7 układów krystalograficznych; Sieć krystaliczna + Baza = Struktura krystaliczna; Wiązania krystaliczne: Jonowe – bez wyróżnionego kierunku wiązania; Metaliczne – silne i bezkierunkowe; Kowalencyjne – silne i kierunkowe; Molekularne – słabe i bezkierunkowe; Ciekły kryształ – faza pośrednia między krystalicznym i ciekłym stanem skupienia materii; Wyświetlacze LCD – zastosowanie ciekłego kryształu.

Dziękuję za uwagę!