Jakie są właściwości kryształów jonowych?

Kryształ jest stałym stanem materii zawierającym wewnętrzny układ atomów, cząsteczek lub jonów, który jest regularny, powtarzalny i ułożony geometrycznie. Kryształy można pogrupować według kształtu geometrycznego ich wewnętrznego układu lub według ich cech fizycznych i chemicznych lub właściwości. Kryształy jonowe są jedną z czterech głównych kategorii kryształów przy grupowaniu ich na podstawie ich właściwości fizycznych i chemicznych.

Jony to atomy, które mają ładunek dodatni lub ujemny. Siły elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi jonami tworzącymi kryształ utrzymują atomy razem. Siły przyciągania między przeciwnie naładowanymi jonami są znacznie silniejsze niż siły między neutralnymi atomami i odpowiadają za właściwości kryształów jonowych. Przykładem kryształu jonowego jest chlorek sodu, bardziej znany jako sól kuchenna.

Kryształy jonowe są rozpuszczalne w wodzie. Po rozpuszczeniu jony tworzące kryształ dysocjują lub rozdzielają się, uwalniając je do przenoszenia ładunku elektrycznego przez roztwór. Kryształy jonowe w stanie stopionym również dobrze przewodzą prąd. Podobnie jak rozpuszczanie kryształów w wodzie, stopienie ich umożliwia swobodnym jonom przemieszczanie się na bieguny dodatnie i ujemne.

Siła wiązań między jonami w kryształach jonowych czyni je dość twardymi w porównaniu z innymi rodzajami kryształów. Pomimo swojej twardości kryształy jonowe są kruche. Pod ciśnieniem jony w krysztale, które mają ten sam ładunek, ustawiają się w jednej linii. Powstałe odpychanie elektrostatyczne między podobnymi jonami powoduje rozszczepienie kryształu.

Gdy substancja jest w postaci stałej, jej atomy są tak ściśle związane, że pozostają we względnie stałej pozycji. Podgrzanie ciała stałego powoduje ruch atomów i chociaż pozostają one ze sobą związane, połączenia są luźniejsze, a ciało stałe upłynnia się. Podgrzanie cieczy powoduje, że jej cząsteczki w końcu przezwyciężają wiązania, które je łączą, a ciecz wyparowuje. Temperatura, w której prężność pary jest wystarczająco duża, aby spowodować tworzenie się pęcherzyków w cieczy, nazywana jest temperaturą wrzenia substancji. Czyste krystaliczne ciała stałe mają charakterystyczne temperatury topnienia i wrzenia, właściwości powszechnie używane do ich identyfikacji. Kryształy jonowe wykazują wysokie temperatury topnienia i wrzenia w porównaniu z kryształami o słabszych wiązaniach niejonowych.

Entalpia topnienia to ilość ciepła potrzebna do stopienia określonej ilości, zwanej molem, substancji stałej przy stałym ciśnieniu. Entalpia parowania to ilość ciepła potrzebna do przekształcenia jednego mola substancji ciekłej w stan gazowy pod stałym ciśnieniem. Według Freda Senese z Wydziału Chemii Frostburg State University, właściwości te są zazwyczaj 10 do 100 razy większe dla kryształów jonowych w porównaniu do tych ze słabszymi wiązaniami chemicznymi.