انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

المحاضرة الثالثة عشر في الكيمياء اللاعضوية للصف الثاني لقسم الكيمياء

Share |
الكلية كلية العلوم     القسم قسم الكيمياء     المرحلة 2
أستاذ المادة علاء خضير هاشم الربيعي       21/03/2013 14:01:32
الحالة الصلبة
تصنف المواد في الحالة الصلبة حسب ترتيب مكوناتها الاساسيه إلى:
1 – بلوريه ( morphous ) وحداتها الاساسيه مرتبه بانتظام
2 – غير بلوريه ( amorphous ) وحداتها الاساسيه مرتبه عشوائيا
البلورة : هي نظام من الذرات ترتبط فيه كل ذره بمجاوراتها من الذرات بشكل أو نمط يمتد في كل مكان من البلورة . والبلورات أجسام صلبه محاطة بأوجه مستوية ومنتظمة بشكل معين وهذا الانتظام هو انعكاس لترتيب الذرات الداخلية, وتنشأ البلورات من تصلب المواد في الحالة الغازية أو السائلة أو نتيجة للترسيب الكيمياوي في المحاليل المائية.
• إن المادة الصلبة البلورية والتي نتعامل معها في المختبر تتكون من عدد من البلورات الصغيرة الحجم والتي لا يمكن دراستها بصوره منفردة.
• نلاحظ من تعريف البلورة انه قد أهملنا مفهوم الجزيئه في النظام البلوري وحل محله مفهوم الذرات المكونة لهذه الجزيئه.
• يمكن الحصول على الحالة الصلبة البلورية للماد هاما بالتبخير البطئ لمحلولها المشبع أو بواسطة التجميد البطئ لمنصهر تلك المادة حيث تنتج بلورات كبيرة الحجم.
• بعض البلورات كبيرة الحجم وتتكون طبيعيا مثل الكوارتز , المايكا , الكلسايت , الماس.
• إن أي ماده صلبه بلوريه لها حجم وشكل محدد ويمكن أن يتغيرا عند تعرض البلورة إلى قوه معينه , وإذا كانت هذه القوه غير كافيه لتحطيم البلورة فان البلورة ترجع إلى وضعيتها الأولى عند زوال تلك القوه , والقوه التي تبدأ عندها البلورة بتغير حجمها وشكلها وعند زوالها لا ترجع البلورة إلى وضعيتها الأولى تسمى القيمة الحرجة للقوه , مثال ذلك عند تسخين سلك من النحاس يبدأ شكله وحجمه بالتغير وعند زوال التسخين يرجع إلى شكله وحجمه الأصلي, ولكن عند زيادة التسخين إلى المقدار الذي يصهر السلك (القيمة الحرجة ) فعند زوال التسخين فان شكله وحجمه يتغيران .
• عند تسليط الضغط على المواد البلورية فان حجمها يصغر وعند ارتفاع درجة حرارتها فإنها تتمدد , إن هذه التغيرات في الحجم نتيجة التغيرات الفيزياويه ( ضغط , حرارة ) هي خواص نوعيه للمادة البلورية المفردة .
• من خلال تلك الدراسات لوحظ إن البلورات تمتلك الخواص التالية :
1 – تحدد البلورة بأوجه ( سطوح ) مستوية, وان كل ماده كيمياويه محدده تملك شكلها البلوري الخاص والتي يعرف أو يحدد بالزوايا البينية .
2 – لو إن البلورة تجزأت فان الأسطح الجديدة لكل جزء تكون مستوية وتكون زوايا فيما بينها والتي تعتبر خاصية لهذه المادة البلورية.
3 – الخواص البلورية مثل معامل الانكسار تختلف طبقا إلى اتجاه البلورة على طول مسار القياس.

وحدة الخلية ( Unit Cell ) :
هي الوحدة الاساسيه التي تضم جميع العناصر الداخلة في تركيب الهيكل البلوري وبنسب معينه وهي وحدة البناء للبلورة وتكون على شكل متوازي السطوح وتتحدد بثلاث حافات ( محاور) وثلاث زوايا . ويتكون الهيكل البلوري للمادة المعينة باتحاد الذرات المختلفة أو المتشابهة مع بعضها البعض, وتترتب الذرات داخليا بشكل منتظم بحيث إن كل ذره تأخذ موقعا معينا بالنسبة للذرات الأخرى وان هذا الترتيب يتكرر بصوره منتظمة باى اتجاه من الاتجاهات داخل الهيكل البلوري وهو مايدعى بوحدة الخلية .
وان وحدة الخلية هي جزء البلورة التي يمثل اصغر حجم منها والتي يشبه الشكل العام لها فلو كانت البلورة مكعب فان وحدة الخلية مكعب . إن الوحدات التركيبية لوحدة الخلية قد تكون ذرات أو جزيئات أو أيونات وقد تكون من نوع واحد أو أنواع مختلفة .

أنواع وحدات الخلايا :
1 – وحدة الخلية البدائية: ويرمز لها بالحرف P , حيث إن نقاط الشبكة ( الذرات ) تقع على رؤوس أضلاع الشكل الهندسي .
2 – وحدة الخلية مركزية الوجه: ويرمز لها بالحرف F , حيث إن هناك نقاط شبكه في مركز كل وجه ( سطح ) من سطوح ذلك الشكل بالاضافه إلى النقاط الموجودة في رؤوس الإضلاع .
3 – وحدة الخلية مركزية الجسم: ويرمز لها بالحرف I , حيث توجد نقطة شبكه في مركز الشكل الهندسي بالاضافه إلى النقاط الموجودة على الرؤوس .
4 – وحدة الخلية مركزية الوجه الواحد: ويرمز لها بالحرف C , حيث توجد نقطة شبكه على وجهين متقابلين فقط من وجوه الشكل الهندسي بالاضافه إلى النقاط على الرؤوس .
المحاور البلورية ( crystallographic axes ) :
وهي الحافات الثلاثة لوحدة الخلية, وعلى أساس العلاقة الطولية والزاوية بين هذه المحاور الثلاث قسمت البلورات إلى سبعة انظمه بلوريه .
الشبكة البلورية أو الفراغية ( space lattice ) :
هو الشكل الهندسي المنتظم التي تنتظم فيه وحدات الخلية المتكررة والتي يعبر عن الترتيب الداخلي المتكرر للذرات حيث فيه إن الوسط الذي يحيط إي وحدة خليه فيه هو نفس الوسط الذي يحيط إي وحدة خليه أخرى فيه, وهناك 14نوع من الشبكات البلورية.
التركيب المتراص المتقارب ( close packed structure ):
إن الترتيب الذي تأخذه مجموعه كبيره من الكرات ذات الحجم الواحد والموضوعة على شكل مجموعه متراصة متلامسة بعضها مع البعض الآخر يسمى بالتركيب المتراص المتراكم , فقد وجد إن كل كره داخليه في هذا التركيب محاطة ب12 كره أخرى وان الفراغات التي تنشـأ بين هذه الكرات والتي تسمى ( holes ) سوف تكون بنوعين الأول يسمى tetrahedral hole يتواجد بين أربعة كرات مشكله شكل رباعي السطوح مركزه فجوه (فراغ ) والنوع الثاني يسمى octahedral hole يتواجد بين ستة كرات مشكله شكل ثماني السطوح مركزه فجوه أخرى , ولو كان لدينا عدد n من الكرات فان عدد ألtetrahedral holes هو 2n وعدد إل octahedral holes هو n , إن هذه الفجوات يمكن أن تكون مساكن جيده لكرات أصغر من الكرات التي كونتها وبدون إزعاج للنظام , أي بدون تغيير في حالة وطاقة النظام ونتيجة لذلك تتكون لدينا ثلاث أنواع من التراكيب البلورية المختلفة :
الأول : وفيه تحتل الكرات الصغيرة فجوات ال tetrahedral فقط
الثاني : وفيه تحتل الكرات الصغيرة فجوات ال octahedral فقط
الثالث : وفيه تحتل الكرات الصغيرة فجوات ال tetrahedral وفجوات ال octahedral في نفس التركيب البلوري
• في النظام البلوري ألايوني يوجد نوعين من الايونات : النوع الأول أيونات كبيره واعتياديا هي الايونات الموجبة وهي التي تكون التركيب المتراص المتقارب , النوع الثاني أيونات صغيره واعتياديا هي الايونات السالبة وهي التي تحتل الفجوات الرباعية السطح والفجوات الثمانية السطح .
• وجد إن هناك علاقة بين عدد الايونات السالبة التي تتجمع حول الايون الموجب وإنصاف أقطارها وهذا العدد يسمى بعدد التناسق للايون الموجب والجدول التالي يبين هذه العلاقة
geometrical shape No. of B around A radios of small ion A radius of large ion B
Octahedral 6 0.414 1
Tetrahedral 4 0.225 1
Trigonal 3 0.155 1

وعدد التناسق للايون السالب هو عدد الايونات الموجبة التي تتجمع حوله في النظام البلوري
تصنيف المواد البلورية
تصنف المواد البلورية اعتمادا على نوع الاصره بين مكوناتها إلى:
1 – البلورات الجزيئية ( molecular crystals ) : تتألف البلورة فيها من جزيئات مميزه وتمسك الجزيئات معا بواسطة قوى ضعيفة (قوى لندن, أواصر هيدروجينية, ثنائي القطب–ثنائي القطب) وبصورة عامه لها درجات انصهار منخفضة وهي غير موصله للكهرباء وغير صلدة نوعما, ومن أمثلتها النفثالين الصلب , اليود , الثلج الجاف (CO2), الماء , السكر وغيرها .
2 – البلورات ألايونيه (ionic crystals ) : تتألف البلورة فيها من ايونات موجبه وايونات سالبه تحيط بعضها البعض وان القوى التي تربطها هي قوى تجاذب الكتروستاتيكي , وتمتاز هذه البلورات بدرجات الانصهار العالية وتتراوح صلادتها بين القوية إلى الضعيفة وتمتاز بأنها غير موصله للكهربائية في حالتها الصلبة في حين تكون منصهراتها موصله جيده للكهربائية, ومن أمثلتها ملح الطعام , كربونات الكالسيوم وغيرها .
3 – البلورات التساهميه ( covalent crystals ) : إن الوحدات الاساسيه لبناء بلوراتها هي الذرات حيث ترتبط هذه الذرات مع مجاوراتها بواسطة أواصر تساهميه وتمتاز بدرجات الانصهار العالية والصلادة العالية وهي غير موصله للتيار الكهربائي , ومن أمثلتها الماس والسيليكا وكاربيد التنكستن وكاربيد السيلكون وغيرها .
4 – البلورات الفلزية ( metallic crystals ) : إن الوحدات الاساسيه لبناء بلوراتها هي الايونات الموجبة التي ترتبط بواسطة الاصره الفلزية حيث تتكون هذه الاصره عندما تفقد الذرات الكتروناتها الخارجية وتتحول إلى ايونات موجبه حيث ترص هذه الايونات مع بعضها تاركه الالكترونات المحررة منتشرة بصوره حرة بين هذه الايونات حيث تعمل على توليد التجاذب بينها , وتمتاز بدرجات انصهار عاليه إلى واطئه وصلادة عاليه إلى واطئه وهي ذات توصيلية كهربائية عاليه جدا , ومن أمثلتها الصوديوم , الحديد , النحاس وغبرها

الانظمه البلورية
استنادا إلى اختلاف أطوال المحاور البلورية والزوايا التي تكونها في وحدة الخلية فقد وجد ان هناك سبعة انظمه بلوريه كل نظام يأخذ شكلا هندسيا معينا وهي كالأتي :

cubic



النظام البلوري حافات الخلية زوايا الخلية
المكعبيcubic a = b = c = ? = ? = 90 o?
رباعي tetragonal a = b ? c = ? = ? = 90 o ?
المعين القائم orthorhombic a ? b ? c = ? = ? = 90 o ?
أحادي الميل monoclinic a ? b ? c = ? = 90 o ?
? ? 90o
ثلاثي الميل triclinic a ? b ? c ? ? ? ? ? 90 o ?
سداسي hexagonal a ? b ? c = ? =90 o ?
=120 o ?
ثلاثي trigonal a = b = c = ? = ? ? 90 o ?



teragonal orthorombic










triclinic
monoclinic












Hexagonal trigonal

دراسة نوع البلورة:



0000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000
0000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000
مخطط يمثل حيود أشعة اكس
معادلة براك:

تستعمل أجهزة الاشعه السينية لدراسة توزيع الذرات في الشبكة البلورية , فقد وجد العالم براك إن هناك علاقة رياضيه بين طول موجة الاشعه السينية ( ? ) والمسافة بين طبقتين من الذرات في البلورة ( d ) وزاوية السقوط أو الانعكاس ? ومن معرفة d يمكن إبعاد وحدة الخلية , يمكن قياس زاوية الانعكاس او السقوط ? ومن معرفة ? يمكن إيجاد d .

شبكات برافيز
في عام 1848 استنتج العالم اوكست برافيز إن كل نظام بلوري يتواجد بعدة أنواع من وحدات الخلايا إي بعدة أنواع من الشبكات الفراغية , فالنظام المكعبي له شبكات فراغيه من نوع P و I وF , والنظام الرباعي له P و I ونظام المعين القائم له P و I و C و F والنظام أحادي الميل له P و C وبقية الانظمه لها فقط النوع P .


P I





F







C


س : ارسم وحدة الخلية لبلورة كلوريد الصوديوم علما أنها مكعب مركزي الأوجه ؟
س : ارسم وحدة الخلية لبلورة السيزيوم علما أنها مكعب مركزي الجسم ؟




ايونات Cl ايونات Na


الالتروبيه ( allotropy ) :
هي ظاهره تواجد ماده كيمياويه ( عنصر او مركب ) بأكثر من شكل وهذه الأشكال تدعى الالتروبيات ( allotropes ) وهي تختلف في خواصها الفيزياويه والكيمياويه وهي على عدة أنواع :
1 – monotropy : في هذا النوع هناك التروبي واحد من المادة ثابت في الظروف الفيزياويه الاعتيادية وان جميع الالتروبيات الأخرى غير مستقره وتميل للتحول إلى الشكل المستقر
المادة الشكل المستقر الأشكال غير المستقرة
الكاربون الكرافيت الماس
الفسفور الفسفور الأحمر الفسفور الأبيض
كربونات الكالسيوم الكلسايت الآراكونايت
الأوكسجين الأوكسجين الأوزون

2 – enantiotropy: في هذا النوع من الالتروبيات كل التروبي يكون ثابت في مدى معين من درجة الحرارة أي إن الالتروبيات تختلف عن بعضها البعض في مدى درجات الحرارة التي ضمنها تكون ثابتة, وتعرف درجة الحرارة التي عندها يتم التحول من التروبي معين إلى التروبي آخر هي درجة حرارة الانتقال أو نقطة الانتقال وعند هذه الدرجة فان كلا الشكلين لهما قابلية ذوبان متشابهه في مذيب معين وكذلك لهما ضغوط بخاريه متساوية ومن الامثله على هذا النوع الالتروبيات الاتيه :


3 - Dynamic allotropy : في هذا النوع من الالتروبي تتواجد الالتروبيات سوية بنسب معينه في درجة حراره معينه وتتغير هذه النسب بتغير درجة الحرارة , مثال ذلك يتواجد اليود بشكل أحادي الذرة وبشكل ثنائي الذرة في آن واحد والجدول الأتي يبن ذلك
درجة الحرارة o م % I2 % I
500 100 صفر
855 84 16
1043 59,6 40,4
1275 32,9 67,1
1390 20,3 79,7
1468 15,5 84,5

4 – polymorphism allotropy : تظهر الالتروبيات في هذا النوع أشكال بلوريه متعددة لنفس التركيب الكيمياوي وسببه هو اختلاف في نوع الأواصر التي تربط الوحدات البنائية مع بعضها البعض في التركيب البلوري , وإذا كان هناك شكلين سمي dimorphic وإذا كان هناك ثلاثة أشكال سمي trimorphic , مثال ذلك الكاربون هو dimorphic هما الماس والكرافيت.


ظاهرة الأشباه البلورية:
وهي ظاهرة تشابه الأشكال البلورية لبعض المواد بالرغم من اختلاف صيغتها الكيمياويه حيث إن عناصرها تتشابه كيمياويا ولها القدرة على الإحلال بعضها ببعض في مركباتها البلورية وقد يحدث تغير طفيف الشكل البلوري الجديد نتيجة الإحلال ومثال ذلك مركبات الشب , وتمتاز هذه البلورات بإمكانية تكوينها ظاهرتي النماء البلوري المفرط والمحاليل الصلبة و وضعت المركبات الكيمياويه التي تمتاز بهذه الظاهرة في متسلسلات سميت isomorsphous series ومنها
الكلسايت CaCO3 , الجالايت FeCO3 , الاولومايت MnCO3 , الدولومايت CaMg(CO3) , البارايت BaCO3
KH2PO4 , NH4H2PO4 , KH2AsO4 , NH4H2AsO4
ZnSO4 .7H2O , MgSO4 .7H2O , NiSO4 .7H2O
وتمتاز هذه المتسلسلات بما يلي :
1 – بلوراتها تعود إلى نفس نظام وصنف التماثل البلوري
2 – بلوراتها تتطور وتتحول إلى نفس الأشكال
3 – الزوايا بين سطوحها البلورية تختلف بمقدار لايتجاوز 2 – 1,5 درجه
4 – جميعها تكون ظاهرتي النماء البلوري المفرط والمحاليل الصلبة
5 – لها تراكيب كيمياويه متشابهه
ظاهرة النماء البلوري المفرط ( over growth ) :
وهي ظاهرة نماء بلوري غير محدد من قبل مكونات إي متسلسلة isomorphous على بلوره مكون من تلك المتسلسلة , فلو وضعت بلورات من شب الكروم الارجوانيه في محلول مشبع من شب البوتاس العديم اللون فان شب البوتاس سوف يتبلور بنفس الشكل البلوري لشب الكروم وعلى سطحه مع استمرارنمو البلورة مع الحفاظ على الشكل الهندسي للبلورة الاصليه ومع مرور الوقت سنحصل على بلوره كبيرة الحجم تظهر فيها بلورة شب الكروم الارجوانيه من خلال طبقة شب البوتاس العديمة اللون وهنا يقال إن شب البوتاس كون نماء بلوري على بلورة شب الكروم وتظهر البلورة بألوان متعددة
المحاليل الصلبة ( solid solutions ) :
هي خليط من مادتين أو أكثر من مواد ال isomorphous في شكل بلوري واحد , فلو مزج المحلول المائي لكبريتات الروبيديوم مع المحلول المائي لكبريتات الامونيوم وأجريت عملية تبلور للمزيج الناتج فان بلوره من نوع واحد تتكون وتحتوي جميع أيونات المزج , ومثال آخر لو مزج محلول مائي لشب الكروم مع محلول مائي لشب البوتاس فان البلورة الناتجة تحتوي جميع ايونات المزج وتعتمد نسب الايونات في البلورة على نسب المزج الاوليه، ومثال آخر لو مزج محلول بركلورات البوتاسيوم مع محلول برمنكنات البوتاسيوم فان لون البلورة الناتجة تختلف عن لون اي من مادتي المزج حيث يكون لونها احمر قاني.


المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
الرجوع الىلوحة التحكم