क्रिस्टलीय ठोस: परिभाषा, प्रकार, अभिलक्षण और उदाहरण

एक क्रिस्टलीय ठोस एक प्रकार का ठोस होता है जिसकी मौलिक त्रि-आयामी संरचना में परमाणुओं या अणुओं के अत्यधिक नियमित पैटर्न होते हैं, जो क्रिस्टल जाली बनाते हैं। अधिकांश ठोस क्रिस्टलीय ठोस होते हैं, और उनके भीतर परमाणुओं और अणुओं की विभिन्न व्यवस्थाएं उनके गुणों और उपस्थिति को बदल सकती हैं।

ठोस पदार्थ की वह अवस्था है जिसमें पदार्थ अपना आकार बनाए रखता है और एक समान आयतन बनाए रखता है। यह एक ठोस को तरल या गैसों से अलग बनाता है; तरल पदार्थ एक समान आयतन बनाए रखते हैं लेकिन अपने कंटेनर का आकार लेते हैं, और गैसें आकार लेती हैं तथा उनके कंटेनर की मात्रा।

एक ठोस में परमाणुओं और अणुओं को या तो एक नियमित पैटर्न में व्यवस्थित किया जा सकता है, जिससे यह एक क्रिस्टलीय ठोस बन जाता है, या बिना पैटर्न के व्यवस्थित किया जा सकता है, जिससे यह एक अनाकार ठोस बन जाता है।

क्रिस्टल में परमाणु या अणु तीनों आयामों में एक आवधिक, या दोहराए जाने वाले पैटर्न का निर्माण करते हैं। यह क्रिस्टल की आंतरिक संरचना बनाता है अत्यंत व्यवस्थित. क्रिस्टल के घटक परमाणुओं या अणुओं को बंधों के माध्यम से एक साथ रखा जाता है। उन्हें एक साथ रखने वाले बंधन का प्रकार, आयनिक, सहसंयोजक, आणविक या धात्विक, इस बात पर निर्भर करता है कि क्रिस्टल किस चीज से बना है।

संरचनात्मक पैटर्न की सबसे छोटी इकाई को कहा जाता है a यूनिट सेल. एक क्रिस्टल इन समान इकाई कोशिकाओं से बना होता है जिन्हें तीनों आयामों में बार-बार दोहराया जाता है। यह कोशिका क्रिस्टल की संरचना का सबसे मौलिक घटक है, और इसके कुछ गुणों को निर्धारित करती है। यह उस पैटर्न को भी निर्धारित करता है जिसे वैज्ञानिक देखता है जब वे एक्स-रे विवर्तन का उपयोग करके क्रिस्टल को देखते हैं, जो उन्हें क्रिस्टल की संरचना और संरचना की पहचान करने में मदद कर सकता है।

परमाणुओं या अणुओं की वह स्थिति जो एकक कोष्ठिका का निर्माण करती है, जालक बिन्दु कहलाती है।

जब कोई द्रव अपने हिमांक तक ठण्डा हो जाता है, तो वह अवक्षेपण नामक प्रक्रिया में ठोस हो जाता है। जब कोई पदार्थ एक नियमित क्रिस्टलीय संरचना में अवक्षेपित होता है, तो इसे क्रिस्टलीकरण कहा जाता है।

क्रिस्टलीकरण एक प्रक्रिया से शुरू होता है जिसे न्यूक्लिएशन कहा जाता है: परमाणु या अणु एक साथ क्लस्टर करते हैं। जब वे क्लस्टर पर्याप्त रूप से स्थिर और काफी बड़े होते हैं, तो क्रिस्टल का विकास शुरू हो जाता है। कभी-कभी बीज क्रिस्टल (पूर्व-निर्मित क्लंप) या खुरदरी सतह का उपयोग करके न्यूक्लिएशन को अधिक आसानी से कूदना शुरू किया जा सकता है, जो क्लस्टर के गठन को प्रोत्साहित करता है।

एक दिया गया परमाणु या आणविक सामग्री कई क्रिस्टल संरचनाएं बनाने में सक्षम हो सकती है। सामग्री जिस संरचना में क्रिस्टलीकृत होती है, वह क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के दौरान तापमान, दबाव और अशुद्धियों की उपस्थिति सहित कुछ मापदंडों पर निर्भर करेगी।

वहां चार मुख्य प्रकार क्रिस्टलीय ठोस: आयनिक, सहसंयोजक नेटवर्क, धातु और आणविक। वे किस परमाणु या अणु से बने होते हैं, और वे परमाणु या अणु एक दूसरे से कैसे बंधे होते हैं, इस आधार पर वे एक-दूसरे से अलग होते हैं।

आयनिक क्रिस्टल की संरचना में दोहराव पैटर्न नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों के साथ सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए धनायनों से बना होता है। ये आयन परमाणु या अणु हो सकते हैं। उच्च गलनांक के साथ आयनिक क्रिस्टल आमतौर पर भंगुर होते हैं।

ठोस के रूप में, वे बिजली का संचालन नहीं करते हैं, लेकिन वे तरल के रूप में बिजली का संचालन कर सकते हैं। वे या तो परमाणुओं या अणुओं से बने हो सकते हैं, जब तक कि उन्हें चार्ज किया जाता है। आयनिक ठोस का एक सामान्य उदाहरण सोडियम क्लोराइड (NaCl) होगा, जिसे टेबल सॉल्ट के रूप में जाना जाता है।

सहसंयोजक नेटवर्क क्रिस्टल, जिन्हें कभी-कभी केवल नेटवर्क क्रिस्टल कहा जाता है, उनके घटक परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। (ध्यान दें कि सहसंयोजक नेटवर्क क्रिस्टल परमाणु ठोस होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे अणुओं से नहीं बन सकते हैं।) वे बहुत कठोर ठोस होते हैं, उच्च गलनांक होते हैं और बिजली का संचालन अच्छी तरह से नहीं करते हैं। सहसंयोजक नेटवर्क ठोस के सामान्य उदाहरण हीरे और क्वार्ट्ज हैं।

धात्विक क्रिस्टल भी परमाणु ठोस होते हैं, जो धातु के परमाणुओं से बने होते हैं जो धात्विक बंधों द्वारा एक साथ होते हैं। ये धात्विक बंधन वे हैं जो धातुओं को उनकी लचीलापन और लचीलापन देते हैं, क्योंकि वे धातु के परमाणुओं को सामग्री को तोड़े बिना एक दूसरे के पीछे लुढ़कने और स्लाइड करने देते हैं। धातु के बंधन भी "इलेक्ट्रॉन समुद्र" में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को पूरे धातु में स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं, जो उन्हें बिजली के महान संवाहक बनाता है। उनकी कठोरता और गलनांक व्यापक रूप से भिन्न होते हैं।

आणविक क्रिस्टल बंधुआ अणुओं से बने होते हैं, धातु और नेटवर्क क्रिस्टल के विपरीत, जो बंधुआ परमाणुओं से बने होते हैं। आणविक बंध परमाणु बंधों की तुलना में अपेक्षाकृत कमजोर होते हैं और विभिन्न प्रकार के अंतर-आणविक बलों के कारण हो सकते हैं जिनमें फैलाव बल और द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय बल शामिल हैं।

कमजोर हाइड्रोजन बांड कुछ आणविक क्रिस्टल, जैसे कि बर्फ, को एक साथ रखते हैं। क्योंकि आणविक क्रिस्टल ऐसे कमजोर बंधों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं, उनके गलनांक बहुत कम होते हैं, वे गर्मी और बिजली के बदतर संवाहक होते हैं, और वे नरम होते हैं। आणविक क्रिस्टल के सामान्य उदाहरणों में बर्फ, सूखी बर्फ और कैफीन शामिल हैं।

formed द्वारा गठित ठोस उत्कृष्ट गैस एकवचन परमाणुओं से बने होने के बावजूद उन्हें आणविक क्रिस्टल भी माना जाता है; महान गैस परमाणु एक आणविक क्रिस्टल में कमजोर रूप से बाध्यकारी अणुओं के समान बलों द्वारा बंधे होते हैं, जो उन्हें बहुत समान गुण देता है।

एक पॉलीक्रिस्टल एक ठोस होता है जो कई प्रकार की क्रिस्टल संरचनाओं से बना होता है, जो स्वयं एक गैर-आवधिक पैटर्न में संयुक्त होते हैं। पानी की बर्फ एक पॉलीक्रिस्टल का एक उदाहरण है, जैसा कि अधिकांश धातु, कई सिरेमिक और चट्टानें हैं। एकवचन पैटर्न वाली बड़ी इकाई को अनाज कहा जाता है, और अनाज में कई इकाई कोशिकाएं हो सकती हैं।

एक क्रिस्टलीय ठोस में एक इलेक्ट्रॉन सीमित होता है कि उसमें कितनी ऊर्जा हो सकती है। ऊर्जा के संभावित मूल्यों में यह ऊर्जा का एक छद्म-निरंतर "बैंड" बना सकता है, जिसे कहा जाता है an ऊर्जा बैंड. एक इलेक्ट्रॉन बैंड के भीतर ऊर्जा का कोई भी मूल्य ले सकता है, जब तक कि बैंड खाली न हो (किसी दिए गए बैंड में कितने इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं इसकी एक सीमा है)।

ये बैंड, जबकि निरंतर माने जाते हैं, तकनीकी रूप से असतत हैं; उनमें बहुत अधिक ऊर्जा स्तर होते हैं जो अलग-अलग हल करने के लिए एक साथ बहुत करीब होते हैं।

सबसे महत्वपूर्ण बैंड को कंडक्शन बैंड और वैलेंस बैंड कहा जाता है: वैलेंस बैंड सामग्री के उच्चतम ऊर्जा स्तरों की सीमा है जिसमें इलेक्ट्रॉन परम शून्य तापमान पर मौजूद होते हैं, जबकि चालन बैंड उन स्तरों की निम्नतम सीमा होती है जिनमें खाली नहीं होता है राज्यों।

सेमीकंडक्टर्स और इंसुलेटर में इन बैंड्स को एक एनर्जी गैप से अलग किया जाता है, जिसे कहा जाता है ऊर्जा अंतराल. सेमीमेटल्स में, वे ओवरलैप करते हैं। धातुओं में, उनके बीच अनिवार्य रूप से कोई अंतर नहीं है।

जब एक इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में होता है, तो इसमें सामग्री के चारों ओर स्वतंत्र रूप से घूमने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इस प्रकार ये सामग्री बिजली का संचालन करती है: उनके चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों की गति के माध्यम से। चूंकि धातुओं में संयोजकता बैंड और चालन बैंड के बीच कोई अंतर नहीं होता है, इसलिए धातुओं के लिए बिजली का संचालन करना आसान होता है। बड़े बैंड गैप वाले पदार्थ इंसुलेटर होते हैं; अंतर को कूदने और चालन बैंड में जाने के लिए इलेक्ट्रॉन को पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करना मुश्किल है।

एक अन्य प्रकार का ठोस एक अनाकार ठोस है, जिसमें आवधिक पैटर्न नहीं होता है। अनाकार ठोस के भीतर परमाणु और अणु बड़े पैमाने पर होते हैं बेतरतीब. इस वजह से, वे तरल पदार्थों के साथ कई समानताएं साझा करते हैं, और वास्तव में उनका कोई गलनांक निर्धारित नहीं होता है।

इसके बजाय, क्योंकि संरचना में पड़ोसी परमाणुओं या अणुओं के बीच की दूरी अलग-अलग होती है, थर्मल ऊर्जा असमान रूप से सामग्री से गुजरती है। सामग्री तापमान की एक बड़ी श्रृंखला में धीरे-धीरे पिघलती है।

अनाकार ठोस के उदाहरणों में रबर, कांच और प्लास्टिक शामिल हैं। ओब्सीडियन और कॉटन कैंडी भी अनाकार ठोस के उदाहरण हैं।