Кристаллохимия — Қазақстан Энциклопедиясы URL: https://kk.php?title=Арнайы:Ұзын_беттер ал тақ қабаттардың шарлары да солай орналасқан. Демек, мұнда бір аралық қабат болады. Көп элементтердің структурасы осы айтылған екі формада болатыны жоғарыда айтылды. Мысалы, кубтық тығыз қалану түрінде құрылған металдарға мыс, күміс, платина, алтын т. Гексагондық тығыз қаланған элементтерге жататындар: бериллий, магний, мырыш т. Тығыз қалану структурасы тек жеке элементтерде ғана емес, сонымен қатар күрделі қосындыларда да көп кездеседі. Мысалы ірі сфералы иондар өз ара тығыз каланғанда, олардың араларындағы бос орындарға ұсақ сфералы иондар орналасады. Ірі сфералар араларындағы бос орындарды негізінде екі түрге бөледі: тәрт шардын, арасындағы «тетраэдрлік қуыстар», алты шардың арасындағы «октаэдрлік қуыстар». Тығыз қаланған шарлардың саны мен октаэдрлік қуыстардың саны бірдей болады, тетраэдрлік қуыстардың саны шарлардың санынан екі есе артық келеді. Структура құрушы бөлшектердің кеңістікте өз ара орналасуын оңай түсіндіру үшін «координацкялық сан» деген ұғым енгізіледі. Әрбір атомның айналасында бірдей қашықтықта орналасқан ең жакын атомдардың санын координациялық сан деп атайды. Жоғарыда айтылған кубтық және гексағондық тығыз қалану структураларында әрбір атомның айналасында бірдей қашықта орналасқан 12 атом болады. Олай болса бірдей шарлардың тығыз қалану структураларында координациялық сан 12. Мысалы, мыс, күміс, алтын сияқты кубтық структуралы металдардың немесе магний, мырыш сияқты гексагондық структуралы металдардың әрбір атомдарының айналасында бірдей қашықтықта орналасқан 12 атом болады. Структура құрушы шарлардың радиустары әр түрлі болып келсе, оларды тығыздап қалау заңы басқаша болады. Мұндай жағдайда координациялық сан структураға кіретін аниондар мен катиондардың радиус айырмаларына байланысты. Анион мен катионның радиустары неғұрлым бір-біріне жақындай берсе, координациялық сан да соғұрлым көбейе береді. Керісінше, осы иондардың радиус айырмасы неғұрлым қашықтай берсе, координациялық сан да соғұрлым азая береді. Кристалдық симметриялық решетка заңы бойынша координациялық сандар көбінесе 2, 3, 4, 6, 8, 12 болады. Аниондар мен катиондар радиусының қарым-қатынастары қандай болғанда координациялық сан қанша болатынын геометриялық жолмен шығаратын ереже бар . Катион шардың радиусын Rк әрпімен, аниондікін Ra әрпімен белгілейік. Мысалы, катионның айналасында октаэдрдың бұрыштары сияқтанып қоршаған 6 анион бар, яғни онын, координациялық саны 6. Мұндағы квадраттың қабырғасы 2 Ra + 2 Rк, диагоналы 2 Ra + 2 Ra болады, демек: \sqrt =4 Rк. Кейінгі теңдікті қысқартып, ықшамдағанда Ra : Rк = \sqrt - 1=0,41 Координациялық саны алтыға тең структураның тұрақты шегі осы көрсетілген екі шаманың бірі, яғни 0,41 немесе 2,41 саны болып табылады. Біз жоғарыда кристаллографиялық заңдарды дұрыс түсіну үшін атомдар мен иондарды формасы өзгермейтін түзу шар деп қарадық . Ал тереңірек талдай келгенде, расында, бірсыпыра атомдар мен иондардың радиустары азды-көпті өзгереді. Ол өзгерістердің себептері мыналар: Ионның радиусы неғұрлым үлкен болса, заряды неғұрлым аз болса, оның поляризациясы соғұрлым күшті болады. Мұндай қасиеттер көбінесе аниондарда кездеседі. Сондықтан поляризация көбінесе аниондарда болады. Катиондардың радиусы кішірек, зарядтары күштірек келеді. Сондықтан олар поляризацияға ұшырай қоймайды, бірақ айналасындағы аниондардың поляризацияға ұшырауына себепші болады. Осы айтылғандардың барлығын еске ала келіп кристаллохимияның негізгі заңын В.Гольдшмидт былай деп көрсетті: кристалдың құрылысы оны құраушы бөлшектердің санымен, олардың өлшемдерінің қатыстарымен және поляризациялық қасиетімен анықталады.Грот заңы бойынша заттың химиялық құрамы неғұрлым жабайы болса, оның симметриясы соғұрлым жоғары болады. Грот заңы тек жуық мөлшермен алынған заң. Алайда көп жерде ол дәл келеді. Мысалы, 27 элемент кубтық сингонияда кристалданады, 8 элемент гексагондық сингонияда, 13 элемент осы екі сингонияда бірдей кристалданады. Кристалдарды геометриялық формаларына қарай бөлумен катар оларды кұраушы бөлшектер мен бөлшектердің араларындағы күштердің түріне қарай да беледі. Біз бұл жерде осы мәселені физика-химиялық негізде кеңейтейік. Бөлшектер арасындағы құрастыру күштеріне карай кристалдардың ішкі структурасы мынадай болып бөлінеді. Кристалдардың осы айтылған структуралық типтерінен басқа, оларды құрайтын бөлшектердің ез ара топтану түріне қарай да бөлуге болады. Солардың бірі — У.Брагг ұсынған силикаттардың структуралық түрлерге белінуі. Әрбір кремний ионының айналасын қоршаған төрт оттегі ионы «тетраэдр» түрінде орналасады. Барлық силикаттардың структурасын осы тетраэдр негізінде шығаруға болады. Мысалы, оларды жеке тетраэдр, тетраэдр са- қинасы, тетраэдр тізбегі, тетраэдр лентасы, тетраэдр парағы, тетраэдр каркасы деп айырады. Иондардың осылай орналасуы көбіне кристалдардың сырт формасы мен қасиеттерін көрсетеді. Мысалы, тізбекті структурадан асбест , парақты структурадан слюда, каркасты структурадан кварц т. құрылады. Изоморфизм деген сөз тең формалық деген мағынада, немесе оны изоструктуралық— тең структуралық деп атауға болады. Химиялық құрамы және геометриялық формалары біркелкі заттардың ертіндіден кристалдық түрінде бірінің орнына бірі бөлінуін изоморфизм дейді. Изоморфизм беретін заттардың химиялық құрамы жағында да ұқсастық болады. Мысалы, көмір қышқыл тұздары, яғни карбонаттар изоморфизм береді; кальцит , магнезит , смитсонит , сидерит , доломит сияқты минералдар да изоморфизм береді. Бұлардың барлығы тригондық сингинияда кристалданады да, жымдастығы әдемі ромбоэдр түрінде болады. Ромбоэдрлардың бұрыштары да бір-біріне ете жақын келеді. Тең формалық заңның негізгі түсінігі атомдық және иондық радиустардың қатысына келіп тіреледі. Атомдық радиустары жақын заттардың формалары да жақын болады. Изоморфизм бар жерде тең формалас заттардан үздіксіз аралас қоспалар пайда болады. Мысалы, магнезит пен сидерит араласқанда үздіксіз аралық қоспалардың көп түрлері пайда болады. Қоспада қай металл көп болса, сол металл алға қойылып, арасына үтір қойылады. Мысалы, сидерит көп болса C03, магнезит көп болса С 03 болып жазылады. Үтір қойылу себебі Fе мен Mg өз ара бір элементтің атомындай роль атқарады. Бұл қосындыларда темірдің иондық радиусы 0,83 А, магнийдікі — 0,78 А, демек, бұлар бір-біріне тақау. Егер атомдық радиустары онан гөрі алшақтау болса, онда үздіксіз қоспалар емес, тек тен структуралы қосынды пайда болады. Мұның мысалы доломит. Кальцит пен магнезит арасында үздіксіз изоморфтық қосылыстар бола қоймайды, өйткені кальцийдін, иондық радиусы магнийдікінен едәуір үлкен. Доломитта Са мен Mg арасында үтір қойылмайды, өйткені ол изоморфтық қосынды емес, химиялық тұрақ ы қосынды. Заттың химиялық құрамы өзгеруімен қатар соған сәйкес структурасының да өзгеруін морфотропизм дейді. Морфотроптық өзгерістер химиялық жағынан ұқсас заттарда, бір элементтің орнына екінші элемент айырбасталғанда жиі болады. Морфотропизм көбінесе изоморфтық жағдайда кездеседі, сондықтан оны изоморфизмнің бір түрі деп қарайды. Бірақ изоморфизм болуы мүмкін емес кейбір жағдайларда да морфотропизм бола алады. Құрамы бірдей заттардың әр түрлі структура құруын полиморфизм дейді. Полиморфизм — көп формалылық деген сөз, бұл изоморфизмға қарама-қарсы түсінік. Полиморфизмнің ең айқын мысалына көміртегін алуға болады. Куб формасында кристалданған көміртегі — алмаз, гексагон формасында кристалданған көміртегі — графит. Бұл екі минералдың химиялық тегі бір ғана көміртегі бола тұрса да, кристалдық формалары әр түрлі болғандықтан физикалық қасиеттері де әр түрлі болады. Алмаз — дүние жүзіндегі ең қатты зат, түсі көбінесе тамаша мөлдір келеді. Онымен тас кеседі, жер бұрғылайды. Графит — өте жұмсақ зат, ол қолға жұғады, қағазға жазылады, түсі қара сұр. Басқа заттардың да осы сияқты мысалдары бар. Күкірттің гексагондық, ромбылық және моноклиндік формалары болады. Кальцит минералының кристалдық формасы тригондық сингонияға жатады. Химиялық құрамы дәл сондай, бірақ кристалдық формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минерал бар, оны арагонит деп атайды. Пирит деп аталатын күкіртті немесе темірлі колчедан куб формасында немесе пентагондодекаэдр формасында кристалданады. Химиялық құрамы дәл осындай, бірақ формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минералды марказит деп атайды. Полиморфизмнің тамаша бір мысалын кварц модификациясынан көруге болады. Кремний тотығынан тұратын кварц минералының бірнеше формалары бар. Олардың ішінде ең белгілілері — кварц, тридимит, кристобалит, халцедон. Алғашқы үшеуі темен температуралы , жоғары тепмературалы болып тағы екіге бөлінеді: α-кварц, β-кварц, α-тридимит, β-тридимит, α-кристобалит, β-кристобалит. Сонымен, бір кварц жеті түрлі формада кристалданады. Ең темен температурасынан бастағанда 0°-тан 575°-ка дейін α-кварц пайда болады. Мұның формасы тригондық сингония болады. Онан жоғары 585—870° аралығында β-кварц тұрақты болады. Ол гексагондық сингонияға жатады. Онан да жоғары температурада β-тридимит тұрақты болады. α-тридимит ромбылық сингонияға, β-тридимит гексагондық сингонияға жатады, яғни сол формаларда тұрақты болады. Онан жоғары градуста, 1710 градусқа дейін тұрақты болатын β-кристобалит. α-кристобалит тригондык сингонияның псевдокуб формасына жатады. β-кристобалит кубтық сингонияға жатады . Кремний тотығы 1710 градустан жоғары температурада сұйық шыны түріне айналады. Көп уақыт сақталған α-тридимит қалыпты атмосфералық кысымның өзінде-ақ біртіндеп α-кварцқа , ал β-тридимит β-кварцқа айналады. Кварцтың, тридимиттің және кристобалиттын α және β түрлері де сол сияқты бірі-біріне айналып отырады. Мұндай мысалдар толып жатыр. Бір заттың бірнеше полиморфтық модификациясының болуы олардың әр түрлі физика-химиялық жағдайда құралғанын көрсетеді. Қорыта келгенде кристаллохимияның негізі былай тұжырымдалады: кристалдардың геометриялық, физикалық және химиялық сипаттамаларының басын бір жерге қосып, барлығынын негізінде бір тұтас ғылым саласын тудыру. Бұл кітап Абай атындағы Қазақтың мемлекеттік педагогты институтының, география факультетінде оқылған лекциялардың негізінде жазылды, 1990
TITLE: Кристаллохимия — Қазақстан Энциклопедиясы URL: https://kk.php?title=Арнайы:Ұзын_беттер ал тақ қабаттардың шарлары да солай орналасқан. Демек, мұнда бір аралық қабат болады. Көп элементтердің структурасы осы айтылған екі формада болатыны жоғарыда айтылды. Мысалы, кубтық тығыз қалану түрінде құрылған металдарға мыс, күміс, платина, алтын т. Гексагондық тығыз қаланған элементтерге жататындар: бериллий, магний, мырыш т. Тығыз қалану структурасы тек жеке элементтерде ғана емес, сонымен қатар күрделі қосындыларда да көп кездеседі. Мысалы ірі сфералы иондар өз ара тығыз каланғанда, олардың араларындағы бос орындарға ұсақ сфералы иондар орналасады. Ірі сфералар араларындағы бос орындарды негізінде екі түрге бөледі: тәрт шардын, арасындағы «тетраэдрлік қуыстар», алты шардың арасындағы «октаэдрлік қуыстар». Тығыз қаланған шарлардың саны мен октаэдрлік қуыстардың саны бірдей болады, тетраэдрлік қуыстардың саны шарлардың санынан екі есе артық келеді. Структура құрушы бөлшектердің кеңістікте өз ара орналасуын оңай түсіндіру үшін «координацкялық сан» деген ұғым енгізіледі. Әрбір атомның айналасында бірдей қашықтықта орналасқан ең жакын атомдардың санын координациялық сан деп атайды. Жоғарыда айтылған кубтық және гексағондық тығыз қалану структураларында әрбір атомның айналасында бірдей қашықта орналасқан 12 атом болады. Олай болса бірдей шарлардың тығыз қалану структураларында координациялық сан 12. Мысалы, мыс, күміс, алтын сияқты кубтық структуралы металдардың немесе магний, мырыш сияқты гексагондық структуралы металдардың әрбір атомдарының айналасында бірдей қашықтықта орналасқан 12 атом болады. Структура құрушы шарлардың радиустары әр түрлі болып келсе, оларды тығыздап қалау заңы басқаша болады. Мұндай жағдайда координациялық сан структураға кіретін аниондар мен катиондардың радиус айырмаларына байланысты. Анион мен катионның радиустары неғұрлым бір-біріне жақындай берсе, координациялық сан да соғұрлым көбейе береді. Керісінше, осы иондардың радиус айырмасы неғұрлым қашықтай берсе, координациялық сан да соғұрлым азая береді. Кристалдық симметриялық решетка заңы бойынша координациялық сандар көбінесе 2, 3, 4, 6, 8, 12 болады. Аниондар мен катиондар радиусының қарым-қатынастары қандай болғанда координациялық сан қанша болатынын геометриялық жолмен шығаратын ереже бар . Катион шардың радиусын Rк әрпімен, аниондікін Ra әрпімен белгілейік. Мысалы, катионның айналасында октаэдрдың бұрыштары сияқтанып қоршаған 6 анион бар, яғни онын, координациялық саны 6. Мұндағы квадраттың қабырғасы 2 Ra + 2 Rк, диагоналы 2 Ra + 2 Ra болады, демек: \sqrt =4 Rк. Кейінгі теңдікті қысқартып, ықшамдағанда Ra : Rк = \sqrt - 1=0,41 Координациялық саны алтыға тең структураның тұрақты шегі осы көрсетілген екі шаманың бірі, яғни 0,41 немесе 2,41 саны болып табылады. Біз жоғарыда кристаллографиялық заңдарды дұрыс түсіну үшін атомдар мен иондарды формасы өзгермейтін түзу шар деп қарадық . Ал тереңірек талдай келгенде, расында, бірсыпыра атомдар мен иондардың радиустары азды-көпті өзгереді. Ол өзгерістердің себептері мыналар: Ионның радиусы неғұрлым үлкен болса, заряды неғұрлым аз болса, оның поляризациясы соғұрлым күшті болады. Мұндай қасиеттер көбінесе аниондарда кездеседі. Сондықтан поляризация көбінесе аниондарда болады. Катиондардың радиусы кішірек, зарядтары күштірек келеді. Сондықтан олар поляризацияға ұшырай қоймайды, бірақ айналасындағы аниондардың поляризацияға ұшырауына себепші болады. Осы айтылғандардың барлығын еске ала келіп кристаллохимияның негізгі заңын В.Гольдшмидт былай деп көрсетті: кристалдың құрылысы оны құраушы бөлшектердің санымен, олардың өлшемдерінің қатыстарымен және поляризациялық қасиетімен анықталады.Грот заңы бойынша заттың химиялық құрамы неғұрлым жабайы болса, оның симметриясы соғұрлым жоғары болады. Грот заңы тек жуық мөлшермен алынған заң. Алайда көп жерде ол дәл келеді. Мысалы, 27 элемент кубтық сингонияда кристалданады, 8 элемент гексагондық сингонияда, 13 элемент осы екі сингонияда бірдей кристалданады. Кристалдарды геометриялық формаларына қарай бөлумен катар оларды кұраушы бөлшектер мен бөлшектердің араларындағы күштердің түріне қарай да беледі. Біз бұл жерде осы мәселені физика-химиялық негізде кеңейтейік. Бөлшектер арасындағы құрастыру күштеріне карай кристалдардың ішкі структурасы мынадай болып бөлінеді. Кристалдардың осы айтылған структуралық типтерінен басқа, оларды құрайтын бөлшектердің ез ара топтану түріне қарай да бөлуге болады. Солардың бірі — У.Брагг ұсынған силикаттардың структуралық түрлерге белінуі. Әрбір кремний ионының айналасын қоршаған төрт оттегі ионы «тетраэдр» түрінде орналасады. Барлық силикаттардың структурасын осы тетраэдр негізінде шығаруға болады. Мысалы, оларды жеке тетраэдр, тетраэдр са- қинасы, тетраэдр тізбегі, тетраэдр лентасы, тетраэдр парағы, тетраэдр каркасы деп айырады. Иондардың осылай орналасуы көбіне кристалдардың сырт формасы мен қасиеттерін көрсетеді. Мысалы, тізбекті структурадан асбест , парақты структурадан слюда, каркасты структурадан кварц т. құрылады. Изоморфизм деген сөз тең формалық деген мағынада, немесе оны изоструктуралық— тең структуралық деп атауға болады. Химиялық құрамы және геометриялық формалары біркелкі заттардың ертіндіден кристалдық түрінде бірінің орнына бірі бөлінуін изоморфизм дейді. Изоморфизм беретін заттардың химиялық құрамы жағында да ұқсастық болады. Мысалы, көмір қышқыл тұздары, яғни карбонаттар изоморфизм береді; кальцит , магнезит , смитсонит , сидерит , доломит сияқты минералдар да изоморфизм береді. Бұлардың барлығы тригондық сингинияда кристалданады да, жымдастығы әдемі ромбоэдр түрінде болады. Ромбоэдрлардың бұрыштары да бір-біріне ете жақын келеді. Тең формалық заңның негізгі түсінігі атомдық және иондық радиустардың қатысына келіп тіреледі. Атомдық радиустары жақын заттардың формалары да жақын болады. Изоморфизм бар жерде тең формалас заттардан үздіксіз аралас қоспалар пайда болады. Мысалы, магнезит пен сидерит араласқанда үздіксіз аралық қоспалардың көп түрлері пайда болады. Қоспада қай металл көп болса, сол металл алға қойылып, арасына үтір қойылады. Мысалы, сидерит көп болса C03, магнезит көп болса С 03 болып жазылады. Үтір қойылу себебі Fе мен Mg өз ара бір элементтің атомындай роль атқарады. Бұл қосындыларда темірдің иондық радиусы 0,83 А, магнийдікі — 0,78 А, демек, бұлар бір-біріне тақау. Егер атомдық радиустары онан гөрі алшақтау болса, онда үздіксіз қоспалар емес, тек тен структуралы қосынды пайда болады. Мұның мысалы доломит. Кальцит пен магнезит арасында үздіксіз изоморфтық қосылыстар бола қоймайды, өйткені кальцийдін, иондық радиусы магнийдікінен едәуір үлкен. Доломитта Са мен Mg арасында үтір қойылмайды, өйткені ол изоморфтық қосынды емес, химиялық тұрақ ы қосынды. Заттың химиялық құрамы өзгеруімен қатар соған сәйкес структурасының да өзгеруін морфотропизм дейді. Морфотроптық өзгерістер химиялық жағынан ұқсас заттарда, бір элементтің орнына екінші элемент айырбасталғанда жиі болады. Морфотропизм көбінесе изоморфтық жағдайда кездеседі, сондықтан оны изоморфизмнің бір түрі деп қарайды. Бірақ изоморфизм болуы мүмкін емес кейбір жағдайларда да морфотропизм бола алады. Құрамы бірдей заттардың әр түрлі структура құруын полиморфизм дейді. Полиморфизм — көп формалылық деген сөз, бұл изоморфизмға қарама-қарсы түсінік. Полиморфизмнің ең айқын мысалына көміртегін алуға болады. Куб формасында кристалданған көміртегі — алмаз, гексагон формасында кристалданған көміртегі — графит. Бұл екі минералдың химиялық тегі бір ғана көміртегі бола тұрса да, кристалдық формалары әр түрлі болғандықтан физикалық қасиеттері де әр түрлі болады. Алмаз — дүние жүзіндегі ең қатты зат, түсі көбінесе тамаша мөлдір келеді. Онымен тас кеседі, жер бұрғылайды. Графит — өте жұмсақ зат, ол қолға жұғады, қағазға жазылады, түсі қара сұр. Басқа заттардың да осы сияқты мысалдары бар. Күкірттің гексагондық, ромбылық және моноклиндік формалары болады. Кальцит минералының кристалдық формасы тригондық сингонияға жатады. Химиялық құрамы дәл сондай, бірақ кристалдық формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минерал бар, оны арагонит деп атайды. Пирит деп аталатын күкіртті немесе темірлі колчедан куб формасында немесе пентагондодекаэдр формасында кристалданады. Химиялық құрамы дәл осындай, бірақ формасы ромбылық сингонияға жататын тағы бір минералды марказит деп атайды. Полиморфизмнің тамаша бір мысалын кварц модификациясынан көруге болады. Кремний тотығынан тұратын кварц минералының бірнеше формалары бар. Олардың ішінде ең белгілілері — кварц, тридимит, кристобалит, халцедон. Алғашқы үшеуі темен температуралы , жоғары тепмературалы болып тағы екіге бөлінеді: α-кварц, β-кварц, α-тридимит, β-тридимит, α-кристобалит, β-кристобалит. Сонымен, бір кварц жеті түрлі формада кристалданады. Ең темен температурасынан бастағанда 0°-тан 575°-ка дейін α-кварц пайда болады. Мұның формасы тригондық сингония болады. Онан жоғары 585—870° аралығында β-кварц тұрақты болады. Ол гексагондық сингонияға жатады. Онан да жоғары температурада β-тридимит тұрақты болады. α-тридимит ромбылық сингонияға, β-тридимит гексагондық сингонияға жатады, яғни сол формаларда тұрақты болады. Онан жоғары градуста, 1710 градусқа дейін тұрақты болатын β-кристобалит. α-кристобалит тригондык сингонияның псевдокуб формасына жатады. β-кристобалит кубтық сингонияға жатады . Кремний тотығы 1710 градустан жоғары температурада сұйық шыны түріне айналады. Көп уақыт сақталған α-тридимит қалыпты атмосфералық кысымның өзінде-ақ біртіндеп α-кварцқа , ал β-тридимит β-кварцқа айналады. Кварцтың, тридимиттің және кристобалиттын α және β түрлері де сол сияқты бірі-біріне айналып отырады. Мұндай мысалдар толып жатыр. Бір заттың бірнеше полиморфтық модификациясының болуы олардың әр түрлі физика-химиялық жағдайда құралғанын көрсетеді. Қорыта келгенде кристаллохимияның негізі былай тұжырымдалады: кристалдардың геометриялық, физикалық және химиялық сипаттамаларының басын бір жерге қосып, барлығынын негізінде бір тұтас ғылым саласын тудыру. Бұл кітап Абай атындағы Қазақтың мемлекеттік педагогты институтының, география факультетінде оқылған лекциялардың негізінде жазылды, 1990
URL:
META:
TOTAL WORDS: 0
TEXT:
 