კრისტალთქიმია

კრისტალთქიმია — ქიმიის ერთ-ერთი დარგი, რომელიც შეისწავლის კრისტალებში ატომთა სივრცით განლაგებას და მათ შორის ქიმიურ ბმებს. იგი მჭიდროდ არის დაკავშირებული კრისტალოგრაფიასა და მინერალოგიასთან. კრისტალთქიმიას საფუძვლად უდევს ექსპერიმენტარული მონაცემები, მოპოვებული რენტგენული სტრუქტურული ანალიზის, სტრუქტურული ელექტრონოგრაფიისა და ნეიტრონოგრაფიის მეთოდები, რომელთა საშუალებით განისაზღვრება აბსოლუტური ატომთ-შორისი მანძილები და კუთხეები ქიმიურ ბმათა მიმართულებებს შორის. კრისტალთქიმიის ძირითადი ამოცანებია: კრისტალთქიმიის სტრუქტურათა სისტემატიზება, ამ სტრუქტურებში არსებულ ქიმიურ ბმათა ტიპების აღწერა, არსებულ ნაერთთა კრისტალთქიმიის სტრუქტურის ინტერპრეტაცია და ამა თუ იმ ნაერთის კრისტალთქიმიის სტრუქტურის თეორიული წინასწარმეტყველება, კრისტალთა ფიზიკური და ქიმიური თვისებების დამოკიდებულების შესწავლა მათ სტრუქტურასა და ქიმიურ ბმათა ტიპებთან, კრისტალთქიმიის ამოცანაა აგრეთვე იზომორფიზმისა და პოლიმორფიზმის საკითხების კვლევა.

ქიმიური ბმების ხასიათის მიხედვით ატომებს (ჰომოდესმიკური სტრუქტურების შემთხვევაში) ან სტრუქტურულ ფრაგმენტებს შორის (ჰეტეროდესმიკური სტრუქტურების შემთხვევაში) არჩევენ: კოვალენტურ (მაგალითად ალმასი), იონურ, ლითონურ (ლითონები და ლითონთშორისი ნაერთები) და მოლეკულურ კრისტალებს. კრისტალების კლასიფიკაცია ზემოაღნიშნული ჯგუფების მიხედვით პირობითია, ვინაიდან არსებობს ერთი ჯგუფიდან მეორეზე თანდათანობითი გადასვლები, თუმცა სხვადასხვა ჯგუფების ტიპური წარმომადგენლები თვისებრივად ძირეულად განსხვავდებიან სტრუქტურის ენერგიით . აღსანიშნავია, რომ - ის შემცირება ბმის სიმტკიცის შემცირებას განაპირობებს. კრისტალთოპტიკა - კრისტალთა გარდატეხის მაჩვენებლის ანიზოტროპიულობა გრაფიკულად გამოიხატება ოპტიკური ინდიკატრისის საშუალებით. ზოგადად ოპტიკური ინდიკატრისა წარმოადგენს ელიფსოიდს, რომლის ყოველი რადიუს-ვექტორის სიგრძე პროპორციულია სინათლის ტალღის გარდატეხის მაჩვენებლისა.

ნივთიერებათა აღნაგობის კრისტალთქიმიის ანალიზს აქვს ორი ასპექტი: სტერეო ქიმია და კრისტალთსტრუქტურული. პირველში განიხილება ატომთა შორის უმოკლესი მანძილები და სავალენტო კუთხეების სიდიდეები. ამ დროს იყენებენ კოორდინაციული რიცხვის (მოცემული ატომის უახლოესი ატომების რიცხვის) და კოორდინაციული მრავალწახნაგის ცნებას. კოვალენტური ბმის წარმოქმნის უნარის მქონე მრავალი ელემენტის ატომებისათვის ტიპურია განსაზღვრული კოორდინაციული რიცხვები და კოორდინაციული მრავალწახნაგები, რასაც განაპირობებს კოვალენტური ბმების მიმართულება. მაგალითად: - ოს ატომის ძირითადი კოორდინაციული რიცხვია 4 (ტეტრაედრი), - თვის დამახასიათებელია მის ირგვლივ 6 ატომის არსებობა (ოქტაედრი) და სხვა. მსგავსი კანონზომიერების ასახსნელად ჩვეულებრივად კვანტური მექანიზმის მეთოდები გამოიყენება.

კრისტალთსტრუქტურული ასპექტი მოიცავს კრისტალურ ნივთიერებების სტრუქტურის ფრაგმენტების (და ერთატომიანი იონების) ურთიერთგანლაგების კვლევას სივრცეში.

მოლეკულური კრისტალების შემთხვევაში შეისწავლება მოლეკულათა სივრცული წყობა. ამა თუ იმ კრისტალრი სტრუქტურის წარმოქმნის მიზეზები განისაზღვრება თერმოდინამიკის საერთო პრინციპებით. ყველაზე უფრო მდგრადია ისეთი სტრუქტურა, რომელსაც მოცემული წნევისა და ტემპერატურის დროს მინიმალური თავისუფალი ენერგია აქვს. ხელსაყრელი სტრუქტურის განჭვრეტა თავისუფალი ენერგიის მიახლოებითი გამოთვლებით ჯერჯერობით მხოლოდ ძალიან მარტივი შემთხვევებისათვის არის შესაძლებელი, ამასთან გამოთვლების სიზუსტე გაცილებით დაბალია ექსპერიმენტულ მონაცემებთან შედარებით.

კრისტალების თვისებათა კავშირი მათ აღნაგობასთან კრისტალთფიზიკისა და მყარი სხეულის ფიზიკის შესწავლის საკითხიცაა.