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

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

3 Stany skupienia materiiWprowadzenie Stany skupienia materii ciało stałe krystaliczne amorficzne gaz ciecz Demianicz Piotr

4 Wprowadzenie Ciało krystaliczne Ciało amorficzne Demianicz Piotr

5 Wprowadzenie Kryształ Monokryształ Polikryształ Demianicz Piotr

6 układ atomów charakterystyczny dla danego ciałaSieć 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: Demianicz Piotr

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

8 Układy krystalograficzneUkład regularny 𝒂=𝒃=𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) przestrzennie centrowana powierzchniowo centrowana źródło: Demianicz Piotr

9 przestrzennie centrowanaUkłady krystalograficzne Układ tetragonalny 𝒂=𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) przestrzennie centrowana źródło: Demianicz Piotr

10 Układy krystalograficzneUkład rombowy 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸=𝟗𝟎° prosta (prymitywna) o centrowanej podstawie centrowana przestrzennie centrowana powierzchniowo źródło: Demianicz Piotr

11 Układy krystalograficzneUkład heksagonalny 𝒂=𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜷=𝟗𝟎°; 𝜸=𝟏𝟐𝟎° źródło: Demianicz Piotr

12 Układ trygonalny (romboedryczny)Układy krystalograficzne Układ trygonalny (romboedryczny) 𝒂=𝒃=𝒄; 𝜶=𝜷=𝜸≠𝟗𝟎° źródło: Demianicz Piotr

13 o centrowanej podstawieUkłady krystalograficzne Układ jednoskośny 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶=𝜸=𝟗𝟎°≠𝜷 prosta (prymitywna) o centrowanej podstawie źródło: Demianicz Piotr

14 Układy krystalograficzneUkład trójskośny 𝒂≠𝒃≠𝒄; 𝜶≠𝜷≠𝜸≠𝟗𝟎° źródło: Demianicz Piotr

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

16 Rodzaje komórek elementarnychKomórka 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: Demianicz Piotr

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

18 Rodzaje wiązań krystalicznychWiązania 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: Demianicz Piotr

19 Rodzaje wiązań krystalicznychWiązania 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

20 Wiązania kowalencyjneRodzaje 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:

21 Wiązania kowalencyjneRodzaje 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: Demianicz Piotr

22 Wiązania kowalencyjneRodzaje 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

23 występują w metalach i ich stopachRodzaje 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: Demianicz Piotr

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

25 występują w kryształach zbudowanych z cząsteczek chemicznychRodzaje 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: Demianicz Piotr

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

27 Ciekłe kryształy Ciekłe kryształyforma pośrednia łącząca własności cieczy i ciała krystalicznego Można wyróżnić trzy podstawowe struktury ciekłokrystaliczne:  smetyczną nematyczną  cholesteryczną źródło:

28 Zastosowanie w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD)Ciekłe kryształy Zastosowanie w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD) źródło: Demianicz Piotr

29 Podsumowanie kryształy – budowa periodyczna7 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

30 Bibliografia i netografia Demianicz Piotr

31 Dziękuję za uwagę Demianicz Piotr