3.10 Sljedeća jedinica Ponavljanje i usustavljivanje gradiva o kemijskim vezama i međumolekulskim reakcijama
3.9

Ionski kristali

Moći ću:
  • povezati strukturu ionskih kristala sa svojstvima tvari
  • odrediti koordinacijski broj iona na primjerima
  • objasniti značenje pojma polimorfija

Uvod

Ionski su kristali sačinjeni od pozitivno i negativno nabijenih iona koji se međusobno elektrostatski privlače. Pri sobnoj temperaturi su čvrste tvari, uglavnom dobro topljive u vodi i drugim polarnim otapalima. Ionski kristali su tvrdi, krti, mogu se kalati. Njihove taline i vodene otopine vode električnu struju.

Fotografija prikazuje slane bazene u solani

Istraži - Sol koja život znači

Kako je sol utjecala na razvoj civilizacije? Načini uporabe soli u prapovijesti i srednjem vijeku? Najvažniji izvori soli? Zašto je more slano? Solane u Hrvatskoj? Nastajanje kamene soli. Uloga soli u ljudskom organizmu? Uporaba soli ili zašto je natrijev klorid sol bez koje se ne može?

Kako je građen kristal natrijeva klorida?

Model ionske rešetke natrijeva klorida; izgleda kao kocka na kojoj su smješteni atomi klora (vće, zelene kuglice), atomi natrija (manje, bijele kuglice).
Model ionske rešetke natrijeva klorida

Kloridni se ioni nalaze na vrhovima i u središtima ploha kocke.
Na taj način grade plošno centriranu jediničnu ćeliju.
Natrijevi se ioni također nalaze na vrhovima i u središtima ploha kocke.
Natrijevi ioni grade plošno centriranu jediničnu ćeliju.
Jedinične ćelije natrijevih i kloridnih iona
međusobno su pomaknute za polovinu duljine brida jedinične ćelije.
Svaki natrijev ion u jediničnoj ćeliji okružen je sa 6 kloridnih iona.
Svaki kloridni ion okružen je sa 6 natrijevih iona.

Kloridni se ioni nalaze na vrhovima i u središtima ploha kocke. Na taj način grade plošno centriranu jediničnu ćeliju. Natrijevi se ioni također nalaze na vrhovima i u središtima ploha kocke. Prema tome i natrijevi ioni grade plošno centriranu jediničnu ćeliju.

Jedinične ćelije natrijevih i kloridnih iona međusobno su pomaknute za polovinu duljine brida jedinične ćelije. Svaki natrijev ion u jediničnoj ćeliji okružen je sa 6 kloridnih iona, a svaki kloridni ion okružen je sa 6 natrijevih iona.

Svaki je natrijev ion okružen u kristalu sa šest kloridnih iona; Svaki kloridni ion okružen je sa šest natrijevih iona
Svaki je natrijev ion okružen u kristalu sa šest kloridnih iona; Svaki kloridni ion okružen je sa šest natrijevih iona

Broj iona suprotnog naboja koji neposredno okružuje odgovarajući ion naziva se koordinacijskim brojem.

U kristalnoj strukturi natrijeva klorida koordinacijski broj iona je 6.
Koordinacijski broj ovisi o omjeru polumjera kationa i aniona.

Koordinacijski broj u kristalnoj strukturi.
Koordinacijski broj

Gustoća kristalne tvari

Gustoća neke kristalne tvari omjer je mase jedinične ćelije i volumena jedinične ćelije.

\rho(\textrm{kristalna tvar}) = \dfrac{m(\textrm{jedinična ćelija})}{V(\textrm{jedinična ćelija})}

\rho(\textrm{kristalna tvar}) = \dfrac{N\cdot M_{\textrm{r}}(\textrm{kristalna tvar})\cdot u}{V(\textrm{jedinična ćelija})}

N – broj jedinki (atoma, iona, molekula) koje se nalaze u jediničnoj ćeliji

Riješeni primjer 1

Izračunajte gustoću natrijeva klorida ako je duljina brida jedinične ćelije 564,1 pm.

Zadano je:

a = 564,1 pm

Traži se:

ρ(NaCl) = ?

Izradak:

Jediničnoj ćeliji natrijeva klorida pripadaju 4 natrijeva iona i 4 kloridna iona. Prema tome, masa jedinične ćelije jednaka je zbroju masa četiri iona natrija i četiri iona klora.

Volumen kocke je a3, je gustoća natrijeva klorida dana izrazom:


\begin{eqnarray} \rho(\ce{NaCl}) = 4 \frac{m(\ce{Na}) + m(\ce{Cl})}{a^3} \\ \\ 4 \dfrac{[A_{\textrm{r}}(\ce{Na}) + A_{\textrm{r}}(\ce{Cl})]\cdot u}{a^3} \end{eqnarray}
\rho(\ce{NaCl}) = 4\dfrac{(\pu{22,99} + \pu{35,45})\cdot \pu{1,6605e-24 g}}{(\pu{5,641e-8 cm})^3}
\rho(\ce{NaCl}) = \pu{2,162 g cm-3}

Odgovor:

Gustoća natrijeva klorida je 2,162 g cm-3

Svojstva ionskih kristala

  • Građeni su od iona pravilno razmještenih u kristalnoj strukturi.
  • Između iona suprotnog naboja djeluju
    jake elektrostatske privlačne sile.
    Te sile se zovu Coulombove sile.

Jakost elektrostatske privlačne sile između iona određena je Coulombovim zakonom:

F = k\dfrac{Q_{1}\cdot Q_{2}}{r^2}

gdje je:

F – privlačna sila
Q1, Q2 – naboji iona
r – zbroj ionskih polumjera
k – konstanta

Svojstva ionskih kristala

  • Građeni su od iona pravilno razmještenih u kristalnoj strukturi.
  • Između iona suprotnog naboja djeluju jake elektrostatske privlačne sile, Coulombove sile.

Jakost elektrostatske privlačne sile između iona određena je Coulombovim zakonom:

F = k\dfrac{Q_{1}\cdot Q_{2}}{r^2}

gdje je:

F – privlačna sila
Q1, Q2 – naboji iona
r – zbroj ionskih polumjera;   r = r(\ce{Cl-}) + r(\ce{Na+})
k – konstanta

Duljina brida jedinične ćelije natrijeva klorida; \(a = 2r(\ce{Cl-}) + 2r(\ce{Na+})\) ; Suljina je slikovito prikazana pomoću dvijezelene kugle klora između kojih je jedna manja, bijela kugla natrija.Polumjer klora i promjer natrija su brid jedinične ćelije.
Duljina brida jedinične ćelije natrijeva klorida; (a = 2r(ce{Cl-}) + 2r(ce{Na+}))

Odgovorite na pitanje i objasnite svoj izbor.

Koji od navedenih ionskih kristala u paru ima više talište?

  1. \ce{NaCl} ili \ce{RbCl}
  2. \ce{KCl} ili \ce{KBr }
  3. \ce{MgS} ili \ce{BaS }
  4. \ce{CaO} ili \ce{CaS}
  5. \ce{NaCl} ili \ce{MgO}

Odgovor:

  1. \ce{NaCl}
  2. \ce{KCl}
  3. \ce{MgS}
  4. \ce{CaO}
  5. \ce{MgO}

Objašnjenje:

Sila privlačenja iona obrnuto je proporcionalna kvadratu zbroja ionskih polumjera. Ako je zbroj ionskih polumjera veći privlačna sila je manja, a talište kristalne tvari niže.
I obratno, ako je zbroj ionskih polumjera manji privlačna sila iona je veća, a talište kristalne tvari više.
Ako je veća količina naboja u brojniku, talište kristalne tvari biti će više i obratno.

a – duljina brida jedinične ćelije,
a = 2r(\ce{Cl-}) + 2r(\ce{Na+})

r – zbroj ionskih polumjera,
r = r(\ce{Cl-}) + r(\ce{Na+})

  • U čvrstom stanju ne provode električnu struju.
    Ionski kristali u čvrstom stanju su izolatori.
  • U čvrstom stanju ne provode električnu struju. Ionski kristali u čvrstom stanju su izolatori.
Ionski kristali u čvrstom agregacijskom stanju (a) ne provode električnu struju, a u talini (b) i vodenoj otopini (c) provode.
Ionski kristali u čvrstom agregacijskom stanju (a) ne provode električnu struju, a u talini (b) i vodenoj otopini (c) provode.
  •  Dovođenjem topline razlaže se kristalna struktura.
    Nastaju električki nabijeni ioni.
  • Taline ionskih kristala vode električnu struju.

    • \ce{NaCl(s) ->[\Delta] Na+(l) + Cl-(l)}

  •  U vodi se topljivi ionski kristali disociraju na ione.
    Ioni s površine kristala ostvaruju interakcije s molekulama vode.
    Veći broj takvih interakcija može “nadjačati”
    kation-anion privlačenja u kristalu.
    Zbog toga se ioni mogu izdvojiti iz kristala.
    Hidratizirani ioni su okruženi molekulama vode.

    • \ce{NaCl(s) ->[H2O] Na+(aq) + Cl-(aq)}

    Vodene otopine ionskih kristala vode električnu struju.

    • Dovođenjem topline razlaže se kristalna struktura i nastaju električki nabijeni ioni. Taline ionskih kristala vode električnu struju.

    \ce{NaCl(s) ->[\Delta] Na+(l) + Cl-(l)}

    • U vodi topljivi ionski kristali disociraju na ione. Naime, ioni s površine kristala ostvaruju interakcije s molekulama vode. Veći broj takvih interakcija može “nadjačati” kation-anion privlačenja u kristalu. Zbog toga se ioni, okruženi molekulama vode (nazivamo ih hidratiziranim ionima), mogu izdvojiti iz kristala.

    \ce{NaCl(s) ->[H2O] Na+(aq) + Cl-(aq)}

    Vodene otopine ionskih kristala vode električnu struju.

  •  Tališta i vrelišta ionskih kristala su visoka.
    Pri sobnoj temperaturi ionski su kristali u čvrstom agregacijskom stanju.
  • Ionski kristali se kalaju.
    To znači da se lome u smjeru određene plohe
    ako se na njih djeluje mehaničkom silom.
    • Tališta i vrelišta ionskih kristala su visoka. Pri sobnoj temperaturi ionski su kristali u čvrstom agregacijskom stanju.
    • Ionski kristali se kalaju, lome se u smjeru određene plohe ako se na njih djeluje mehaničkom silom.
    Kalavost ionskoga kristala
    Kalavost ionskoga kristala

    Magnezij gori blještavom svjetlošću uz oslobađanje topline.
    Gorenjem magnezijeve trake na zraku, magnezij reagira s kisikom i dušikom iz zraka.
    Gorenjem magnezija nastaju nove tvari drugačijih svojstava.
    Nastaje bijeli magnezijev oksid i sivkasti magnezijev nitrid.

    Magnezij gori blještavom svjetlošću uz oslobađanje topline. Gorenjem magnezijeve trake na zraku, magnezij osim s kisikom reagira i s dušikom iz zraka. Gorenjem magnezija nastaju nove tvari drugačijih svojstava, bijeli magnezijev oksid i sivkasti magnezijev nitrid.

    Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

    Dopunite rečenicu.

    Napišite kvalitativno značenje kemijske jednadžbe:

    \ce{3Mg(s) + N2(g) -> Mg3N2(s)}

    Reakcijom
    i
    nastaje
    .
    Atomi magnezija povezani su međusobno
    vezom, atomi kisika
    vezom, a veza u nastalom magnezijevom oksidu je
    .
    Nastale produkte u reakciji gorenja magnezija ubrajamo u
    kristale.
    Netočno
    Točno
    {{correctPercent}}%

    Želite li pokušati ponovo?

    Što je polimorfija?

    Polimorfija je pojava da se neki kemijski spoj javlja u dvije ili više kristalnih struktura.

    Primjerice, kalcijev karbonat, \ce{CaCO3} , sastoji od kalcijevih kationa (\ce{Ca^{2+}}) i karbonatnih aniona (\ce{CO3^{2-}}) u prirodi se može naći kao kalcit i aragonit.

    Kalcit kristalizira u trigonskom, a aragonit u rompskom sustavu. Koji će od njih nastati ovisi o uvjetima kristalizacije.

    Mineral kalcit kristalizira u trigonskom sustavu
    Mineral kalcit kristalizira u trigonskom sustavu
    Mineral aragonit kristalizira u rompskom sustavu
    Mineral aragonit kristalizira u rompskom sustavu
    1 / 2

    Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

    Dopunite rečenicu.

    U središtu jedinične ćelije cezijeva klorida nalazi se cezijev kation, a na vrhovima kloridni ioni.

    Ukupan broj iona cezija i klora koji pripadaju jediničnoj ćeliji je
    .
    Koordinacijski broj cezija u cezijevom kloridu je
    .
    Jedinična ćelija cezijevih iona naziva se
    ili
    ćelija. (Pojmove upišite abecednim redom.)
    Netočno
    Točno

    Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.

    Odaberite sve točne odgovore.

    Označite svojstva ionskih kristala.

    Netočno
    Točno

    Klikom odaberite jedan točan odgovor.

    Odaberite točan odgovor.

    U kojem su nizu formulama prikazani samo spojevi sastavljeni od čestica povezanih ionskim vezivanjem.

    Netočno
    Točno

    Klikom odaberite jedan točan odgovor.

    Odaberite točan odgovor.

    Polimorfija je pojava kad se:

    Netočno
    Točno

    Klikom odaberite jedan točan odgovor.

    Odaberite točan odgovor.

    Srebrov klorid, AgCl, kristalizira u kubičnom sustavu, poput natrijeva klorida, NaCl. Jedinična ćelija mu je plošno centrirana kocka. Izračunajte masu jedinične ćelije srebrova klorida.

    Masa jedinične ćelije srebrova klorida je:

    Netočno
    Točno

    Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

    Dopunite rečenicu.

    Srebrov klorid, AgCl, kristalizira u kubičnom sustavu. Jedinična ćelija mu je plošno centrirana kocka. Gustoća srebrova klorida je \pu{5,56 g cm-3} . Izračunajte duljinu brida jedinične ćelije srebrova klorida.

    Odgovor:

    Duljina brida jedinične ćelije srebrova klorida je

    pm.

    Netočno
    Točno
    {{correctPercent}}%

    Želite li pokušati ponovo?