4 VLASTNOSTI LÁTOK

4.1 SKUPENSKÉ STAVY LÁTOK Látky sa môžu vyskytovať v troch skupenských

stavoch 232 : plynnom skupenstve, kvapalnom skupenstve a tuhom skupenstve. Medzi tieto
skupenstvá sa niekedy zaraďuje aj tzv. štvrtý skupenský stav - plazma. Pôsobením vonkajších
podmienok môžu látky prechádzať z jedného skupenského stavu do druhého.

Pochopenie podstaty týchto premien umožnilo až poznanie vnútornej štruktúry hmoty.

Všetky látky sa skladajú z atómov, molekúl alebo iónov, teda z oddelených štruktúrnych
jednotiek. Medzi základnými jednotkami v látke zostávajú väčšie alebo menšie medzery, čo
umožňuje vysvetliť' stlačiteľnosť látok, difúziu v latkách a iné javy. Základné štruktúrne jednotky
sú v neprestajnom pohybe, ktorý môže byť postupný (translačný), rotačný a vibračný. Atómy,
molekuly alebo ióny pôsobia na seba navzájom súdržnými silami. Veľkosť súdržných síl233
závisí od chemického charakteru týchto častíc.

Skupenské stavy sa odlišujú stupňom usporiadanosti234 základných častíc a rozhodujú o

nich vonkajšie stavové podmienky (teplota a tlak) a súdržné sily medzi základnými časticami.
Prehľad skupenských stavov a ich súvislosť s veľkosťou súdržných síl a stupňom usporiadanosti
častíc je uvedený v tab

.

4 - 1 .

Zatiaľ nie je dostatočne známy stav látky, ktorý by sa pri nízkych

hodnotách súdržných síl vyznačoval istým stupňom usporiadania častíc. Možno tvrdiť, že tomuto
stavu zodpovedá kvapalné hélium pri teplotách blízkych absolútnej nule.
Tabuľka 4-1 Skupenské stavy látok

Veľkosť súdržných síl

Stupeň usporiadania:

neusporiadaný, náhodný stav

usporiadaný stav

Malá
Stredná
Veľká

plyny
kvapaliny
sklá

-
kvapalné kryštály
tuhé kryštalické látky

4.1.1 CHARAKTERISTIKA SKUPENSKÝCH STAVOV

V plynnom skupenstve235 sú základné častice ďaleko od seba, takže prakticky sa

neuplatňuje ich vzájomné silové pôsobenie. Pohybujú sa chaoticky veľkými rýchlosťami, pričom
vykonávajú translačný a rotačný pohyb. Preto sú plyny ľahko stlačiteľné a rovnomerne zaplnia
celý dosiahnuteľný priestor. Tlak plynu vzniká nárazmi molekúl plynu na steny nádoby;
molekuly pritom prenášajú na steny svoju hybnosť.

V kvapalnom skupenstve236 sú základné častice viazané na seba väčšími príťažlivými

silami. Preto kvapalina zachováva svoj objem a má malú tepelnú rozťažnosť a stlačiteľnosť.
Súdržnosť molekúl však nezabraňuje ich postupnému pohybu. Preto sú kvapaliny tekuté a
prispôsobujú sa tvaru nádoby.

V tuhom skupenstve237 sú základné častice usporiadané v priestore pravidelne do

kryštálovej mriežky. Veľké príťažlivé sily im neumožňujú konať postupný pohyb, môžu len
kmitať okolo určitej rovnovážnej polohy (vibračný pohyb). Preto tuhé látky menia len veľmi
ťažko objem a tvar.

Pri zohrievaní tuhej látky sa zvyšuje kinetická energia jednotlivých častíc a ich rozkmit sa

zväčšuje. Pri určitej energii prekonajú častice príťažlivé sily a uvoľnia sa z kryštálovej štruktúry.
Nastáva rozpad (deštrukcia) kryštálu, látka sa topí, mení sa na kvapalinu. Ďalším zohrievaním
kvapaliny sa postupne zväčšuje pohyb základných častíc a tie, ktoré nadobudnú väčšiu energiu

než zodpovedá vzájomným príťažlivým silám, sa môžu z kvapaliny odpútať. Nad kvapalinou tak
vzniká para

Vo všetkých skupenských stavoch tvorí jód dvojatómové molekuly I2. V tuhom stave

vytvára jód vrstevnatú molekulovú mriežku. V jednotlivých uzlových bodoch mriežky sú
umiestnené molekuly I2, ktoré na seba pôsobia pomerne slabými príťažlivými silami. Pri zohriatí
na 114 °C sa jód roztaví (na zabránenie sublimácie musí byť tenzia pár jódu nad kvapalinou
väčšia ako 0,012 MPa). Pravidelná kryštálová štruktúra sa rozpadne avšak objem sa príliš
nezväčší. Pri teplote 184 °C jód vrie a nastáva značný rozptyl molekúl I2.

4.1.2 SKUPENSKÉ PREMENY238

Prechod látok z jedného skupenstva do druhého súvisí so zmenou vnútornej energie. Pri

zohrievaní látok sa teplota zvyšuje, až kým nenastane zmena skupenstva. Pri zmene skupenstva
sa privádzaná energia spotrebúva na prekonanie medzimolekulových príťažlivých síl. Preto sa
teplota zohrievanej látky nezmení dovtedy, kým neprejde celé množstvo látky do druhého
skupenstva.

Teplo, potrebné na premenu skupenstva, nazývame skupenské teplo. Okrem znamienka sa

zhoduje s teplom, ktoré sprevádza opačnú skupenskú premenu. Pre deje pri stálom tlaku
vyjadrujeme teplo zmenou entalpie ΔH. Teda platí:

ΔH vyparovania = - ΔHkondenzácie
ΔH topenia = - ΔH tuhnutia
Skupenské teplo, ktoré sa vzťahuje na látkové množstvo 1 mol, sa nazýva molové skupenské
teplo. Teplo vzťahované na hmotnosť 1 g (resp. 1 kg) látky, sa nazýva špecifické (česky merné)
skupenské teplo.

V niektorých tuhých látkach nastáva pri zohrievaní prechod z tuhého skupenstva do

plynného skupenstva. Tento jav sa nazýva sublimácia. Spôsobená je tým, že tenzia nasýtených
pár týchto látok dosiahne hodnoty vonkajšieho tlaku pri nižšej teplote, než je potrebná na ich
roztavenie.

Prechody medzi tuhým (s), kvapalným (l) a plynným (g) skupenstvom vystihuje diagram

na obr

. 4

- 2 .

Na znázornenie rovnovážnych stavov medzi jednotlivými skupenstvami používame tzv.

fázové diagramy. Na obr

.

4 - 3

je schematicky znázornený fázový diagram jednozložkovej

sústavy239, ktorý vyjadruje zmeny skupenstva látky v závislosti od tlaku p a teploty t. Písmená s,
l, g označujú oblasť existencie tuhej, kvapalnej a plynnej fázy. Jednotlivé krivky zodpovedajú
rovnovážnym stavom medzi dvoma skupenskými stavmi, ktorých oblasť existencie oddeľujú.
Nazývame ich krivka
vyparovania, topenia a sublimácie . Vodorovná čiarková priamka znázorňuje zohrievanie sústavy
pri stálom tlaku. V bode, v ktorom priamka pretína niektorú z rovnovážnych kriviek, nastáva
zmena skupenstva. Teplota zodpovedajúcich priesečníkov je teplota topenia, varu alebo
sublimácie (t, t, t). tvs

Krivky vyparovania, topenia a sublimácie sa pretínajú v jednom bode označovanom ako

trojitý bod T. V tomto bode sa nachádzajú v rovnováhe všetky tri skupenské stavy. Krivka
vyparovania končí v tzv. kritickom bode K, ktorý obmedzuje existenciu kvapaliny.

Oblasť f nad kritickým bodom (vymedzená bodmi B, K, C ) sa nazýva fluidná oblasť.

Nemožno v nej odlíšiť kvapalný a plynný stav látky. Takisto pri prechode do tejto oblasti
nevzniká viditeľné fázové rozhranie. Tým sa fluidná oblasť odlišuje od oblastí jednotlivých
skupenských stavov. Ak zohrievame kvapalinu v stave zodpovedajúcom bodu F pri konštantnom
tlaku p2, začne v bode E vrieť a ďalším zohrievaním získame plynné skupenstvo, ktorého stav
vyjadruje bod D. Prechod kvapaliny z bodu F na paru v bode D možno uskutočniť okľukou mimo
kritického bodu, a to postupne zvýšením tlaku a teploty a znížením tlaku, ako vyjadruje
čiarkovaná čiara. V tomto prípade je premena kvapaliny na paru plynulá, bez prejavov, varu.
v = z - f + 2 (4-1)
kde , f je celkový počet fáz v uvažovanej sústave.

z - počet nezávislých zložiek,
v - počet stupňov voľnosti sústavy.
Počet stupňov voľnosti zodpovedá počtu premenných. určujúcich rovnovážny stav (tlak,

teplota, zloženie), ktoré možno nezávisle meniť bez zmeny počtu prítomných fáz.

Uvedieme aplikáciu Gibbsovho zákona na jednozložkový systém. V bode D ( obr

.

4 - 3 )

jestvuje jedna fáza (plyn), teda v = 2. Môžeme preto nezávisle meniť dve premenné (teplotu a
tlak) bez toho, aby sa zmenil počet fáz. V bode E jestvujú dve fázy (kvapalina a plyn) a opäť
jedna zložka, preto v = l. Môžeme preto nezávisle meniť len jednu veličinu. Ak zvolíme určitú
teplotu, jej voľbou je už jednoznačne určený tlak. V trojitom bode jestvujú vedľa seba tri fázy,
preto v = 0. Nie je teda možnosť voliť žiadnu veličinu. Všetky tri fázy môžu vedľa seba jestvovať
v rovnováhe len pri určitej teplote a tlaku. Ako vyplýva z fázového diagramu (obr

.

4 - 3 ), fázové

premeny s účasťou plynnej fázy podstatne závisia od tlaku. Tlakom preto možno ovplyvňovať
nielen teplotu varu ale aj sublimácie. Ak zohrievame tuhú látku pri tlaku p2, látka sa postupne
roztopí a potom za varu bude prechádzať do plynného skupenstva. Pri zohrievaní tej istej látky
pri nižšom tlaku p,. ktorý je nižší než tlaková súradnica trojitého bodu, látka bude sublimovať.
prechádzať priamo do plynného skupenstva. čo sa využíva napr. pri nanášaní tenkých kovových
vrstiev na najrôznejšie materiály.

4.1.3 PLYNNÉ SKUPENSTVO

Hlavným znakom plynného skupenstva je veľká rozptýlenosť molekúl, ktoré sa môžu

voľne pohybovať a vykonávať pritom postupný a rotačný pohyb. Postupná rýchlosť molekúl
plynu a ich kinetická energia je priamo úmerná teplote.

4.1.3.1 ZÁKONY IDEÁLNYCH PLYNOV

Vzhľadom na jednoduché pomery v plynoch bolo možné odvodiť vzťahy medzi tlakom,

objemom a teplotou plynu. Tieto vzťahy platia presne iba pri tzv. ideálnom plyne241, ktorý sa
vyznačuje tým, že medzi jeho molekulami nepôsobia žiadne príťažlivé sily, pri zrážkach sa
molekuly správajú ako dokonale pružné gule a ich objem je prakticky nulový (hmotné body).
Reálne plyny242 sa tomuto modelu približujú tým viac, čím majú nižší tlak a čím vyššia je
teplota. V podmienkach vysokoteplotných metalurgických procesov možno preto plyny
považovať za ideálne.
Zákony ideálnych plynov243:

Avogadrov zákon244

Pri konštantnej teplote (izotermický dej) je objem plynu nepriamo úmerný tlaku, čiže

súčin tlaku a objemu daného množstva plynu je konštantnou veličinou :

constV.pV.p==1100 Boyleov-Mariotteov zákon245 (4-2)
Grafickým znázornením tohto zákona je rovnoosová hyperbola.
Pri zohrievaní plynu pri konštantnom z tlaku (izobarický dej) sa zväčšuje jeho objem. Zmenu
objemu plynu vyjadruje vzorec :
constTVTV==1100 Gay-Lussacov zákon246 (4-3)

Podiel objemu daného množstva plynu a jeho teploty (v kelvinoch) je pri stálom tlaku

konštantnou veličinou.

Pri zohrievaní plynu pri konštantnom objeme (izochorický dej) sa zvyšuje jeho tlak.

Základný vzťah je analogický predchádzajúcemu vzorcu :
constTpTp==2211 Charlesov zákon247 (4-4)

Podiel tlaku plynu a teploty pri stálom objeme je konštantnou veličinou. Grafickým

znázornením izochorického a izobarického deja je priamka.

Predchádzajúce tri jednoduché vzťahy možno zlúčiť do jedného. ktorý vyjadruje

vzájomný vzťah medzi troma stavovými veličinami:
constTVpTVp==111000 Spojený B-M-G-L zákon248 (4-5)
constTVpTpV==000 (4-6)

Vzťah (4-6) sa používa na prepočet objemu plynu pri normálnych podmienkach

(index nula).

Ak sa rovnica (4-6) vzťahuje na látkové množstvo plynu veľkosti 1 mol. možno písať :

RTpVm= (4-7)
alebo
TRpVm.= (4-8)

Vzťah (4-8) sa nazýva stavová rovnica ideálneho plynu249. Konštanta R je molová

plynová konštanta; jej hodnotu vypočítame dosadením hodnôt zodpovedajúcich normálnym
podmienkam do vzťahu (4-6):
===−−K15,273mol.m10.4136,22.Pa101325TV.pR13300,m0

= 8,314 33 Pa . m3 K-1 . mol-1 = 8.31 Pa . m3 K-1 . mol-1
Ak dosadíme tlak v MPa a objem v dm3, má konštanta R hodnotu 8.31 10-3 MPa . dm3 .

K-1 . mol-1.

Pre iné látkové množstvo ako 1 mol má stavová rovnica tvar

p . V = n . R . T (4-9)
resp.
TRMmpV.=

(4-10)

kde n je látkové množstvo plynu.

m - jeho hmotnosti,
M - molová hmotnosť.

(Daltonov zákon250, parciálny tlak251)
(Amagatov zákon252, parciálny objem253)

4.1.3.2 REÁLNE PLYNY

Pri skutočných. čiže reálnych plynoch platia zákony ideálnych plynov len približne.

Odchýlky od ideálneho správania sa prejavujú tým viac, čím je nižšia teplota a čím vyšší je tlak
plynu. Príčina odchýlok od ideálneho správania je dvojaká.

Na rozdiel od ideálneho plynu zaberajú molekuly reálneho plynu určitý objem. ktorý

nemožno stlačiť. Preto majú plyny pri vysokých tlakoch väčší objem, než zodpovedá stavovej
rovnici ideálneho plynu.

Medzi molekulami reálnych plynov sa na rozdiel od ideálneho plynu uplatňujú

medzimolekulové príťažlivé van der Waalsove sily. V dôsledku týchto síl je objem plynov pri
nízkych a stredných tlakoch menší, ako zodpovedá stavovej rovnici.

So zreteľom na túto skutočnosť van der Waals upravil stavovú rovnicu ideálneho plynu

zavedením individuálnych korekčných veličín a a b:
(p+a/V2m).(Vm,-b) = R . T (4-11)

Táto stanová rovnica reálneho plynu sa nazýva van der Waalsovou rovnicou254. Pre

látkové množstvo iné ako 1 mol má rovnica tvar:
(p+n2.a/V2m).(Vm-n.b) = nR . T (4-12)

Korekčné veličiny a, b sú pre určitý plyn konštantné. Pre rôzne plyny sú ich hodnoty

uvedené v tab

. 4 - 2 .

Tabuľka 4-2 Kritické veličiny a korekčné veličiny van der Waalsovej rovnice pre niektoré
plyny
P l y n

t k ( °C
)

p k
(MPa)

ρ k (kg . dm
-3 )

a ( m 6. Pa . mol -
2 )

b (10 - 6 m 3 . mol -
1 )

H2
N2
O2
H2O(g
)
CO2
NH3

-239,9
-147,1
-118,8
+374,0
+31,3
+132,4

1,29
3,38
5,02
23,95
7,35
11,26

0,031
0,310
0,430
0,330
0,460
0,240

0,0244
0,1399
0,1360
0,546
0,3590
0,4170

26,6
39,1
31,8
30,5
42,7
37,1

Ak pôsobíme pri obyčajnej teplote zvýšeným tlakom na niektoré plyny (napr. SO2, CO2,

NH3 a i.). začnú sa skvapalňovať. Avšak niektoré plyny nemožno pri obyčajnej teplote
skvapalniť ani najväčšími tlakmi (napr. H2, Oz, N2 a i.). Možno ich skvapalniť stlačením pri
dostatočne nízkej teplote.

Z obr

.

4 - 3

je zrejmé, že oblasť existencie kvapaliny je obmedzená kritickým bodom255.

Teplota, zodpovedajúca kritickému bodu, sa nazýva kritická teplota T

k

. Je to maximálna teplota,

pri ktorej ešte môže kvapalina jestvovať. Preto plyn pri stlačení sa skvapalní len vtedy, ak je jeho
teplota nižšia ako kritická teplota. Tlak, zodpovedajúci kritickému bodu, sa nazýva kritický tlak

p k . Je to maximálny tlak potrebný na skvapalnenie plynu. Pri teplote nižšej ako kritická teplota je
totiž tlak potrebný ná skvapalnenie plynu nižší.

Pojem kritickej teploty a kritického tlaku možno objasniť pokusom. V zatavenej

hrubostennej sklenej trubici, odolnej proti vysokým tlakom, sa nachádza kvapalina a jej para
(obr

.

4 - 4a

). Pri zohrievaní sústavy zvýši sa tlak pary nad kvapalinou, bude sa zväčšovať hustota

pary a súčasne sa bude zmenšovať hustota kvapaliny (obr

.

4 - 4b

). Pri určitej teplote sa hustoty

pary a kvapaliny vyrovnajú a zmizne meniskus, ktorý určuje rozhranie medzi kvapalnou a
plynnou fázou (obr

-.

4 - 4c

).

Teplota, pri ktorej tento jav nastal, je kritická teplota Tk. tlak vnútri trubice je kritický tlak pk a
hustota látky v trubici je kritická hustota ρ

k

.

Kritické veličiny sa pre jednotlivé látky značne odlišujú a sú pre ne charakteristické
Stavovú rovnicu ideálneho plynu nemožno v oblasti kritického bodu použiť, zatiaľ čo van

der Waalsova rovnica poskytuje veľmi uspokojivé výsledky.

4.1.4 KVAPALNÉ SKUPENSTVO

Kvapaliny tvoria prechod medzi tuhým a plynným skupenstvom. V blízkosti teploty

tuhnutia majú niektoré vlastnosti podobné vlastnostiam tuhých látok a v blízkosti teploty varu
vlastnosti podobné vlastnostiam stlačených plynov. Preto nemožno definovať všeobecne platný
model kvapaliny - ideálnu kvapalinu, podobnú modelu ideálneho plynu, resp. ideálneho kryštálu.
Príťažlivé sily medzi časticami v kvapaline sú oveľa väčšie ako v plynnom skupenstve a
spôsobujú povrchové napätie kvapalín256 a viskozitu kvapalín257.

Veľká súdržnosť molekúl v kvapaline nezabraňuje molekulám, ktoré v určitom okamihu

majú vyššiu energiu. opustiť kvapalinu. Nad kvapalinou tak vzniká para, t. j. plynné skupenstvo
danej látky. Molekuly v plynnej fáze pri náraze na hladinu sa vracajú späť do kvapalnej fázy. Pri
konštantnej teplote sa ustáli v systéme kvapalina - para dynamická rovnováha. V tomto stave sa
počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl vracajúcich sa do kvapaliny. Para,
ktorá je v rovnováhe s kvapalinou. sa nazýva nasýtená para258. Jej tlak sa nazýva tenzia pary. Pri
zohrievaní kvapaliny sa zvyšuje kinetická energia molekúl. čím sa zväčšuje aj počet molekúl,
opúšťajúcich kvapalinu a zväčšuje sa tenzia pary. Závislosť tenzie pary kvapaliny od teploty
možno vyjadriť v diagrame tlak - teplota exponenciálnou krivkou (obr

. 4 - 5 ). Pre rôzne kvapaliny

je priebeh krivky rôzny. Teplotu, pri ktorej dosiahne tenzia pary tlak okolitého prostredia Pa,
nazývame teplota varu259. Pri tejto teplote sa vyparuje kvapalina v celom objeme naraz. Teplota
varu je pre rôzne kvapaliny rôzna. Ako vyplýva z obr

. 4 - 5 . závisí teplota varu najmä od tlaku.

Podmienky pre vyparovanie kvapalín a var kvapalín260 možno vyjadriť vzťahmi:

(pB)ok < pB < Pa, (vyparovanie) (4-13)
p

B

≥ P

a

(var) (4-14) 4.1.4.1 ROZTAVENÉ KOVY

261

Väčšina metalurgických procesov prebieha pri teplotách len málo prevyšujúcich teploty

tavenia zúčastnených látok (kovov, trosiek). Preto všetky teórie o vnútornej stavbe roztavených
kovov vychádzajú z predstavy, že sa ich štruktúra podobá štruktúre kryštalických látok.
Oprávnenosť týchto predstáv potvrdzuje skutočnosť, že sa pri tavení mnohé vlastnosti kovov
menia len málo (napr. hustota, tepelná kapacita. elektrická a tepelná vodivosť a pod.). Podľa

súčasného stavu poznatkov považujeme roztavené kovy za relatívne usporiadanú kvapalinu.
Podstata tohoto modelu vyplýva z predstavy o topení kryštálu.

Pri zohrievaní kryštálu sa zväčšuje pôsobením zvýšenej energie častíc počet porúch v

pravidelnom usporiadaní, až sa pri teplote topenia kryštálová štruktúra rozpadne. V blízkosti
bodu topenia sa však kryštál nerozpadne na jednotlivé základné stavebné častice, ale na malé
skupiny častíc, tzv. sibotaxisy, v ktorých
odkiaľ je odvodený pojem relatívne usporiadanie. Medzi sibotaxismi sa nachádzajú voľné
chaotický usporiadané základné stavebné častice.

Sibotaxické skupiny nie sú rovnomerne rozdelené v celom objeme kvapaliny a ich

štruktúra sa v závislosti od čatsu mení. Ustaľuje sa dynamická rovnováha, pri ktorej častice
prechádzajú z jednej skupiny do druhej, prípadne zostávajú vo voľnom stave. Takto možno ľahko
vysvetliť tekutosť kvapaliny. Pri zvyšovaní teploty sa sibotaxisy zmenšujú. rozpadávajú a
zväčšuje sa počet voľných. neusporiadaných základných častíc. Pri teplote varu sibotaxické
skupinv zaikajú úplne a v tomto stave nazývame kvapalinu neusporiadanú. Tatkýto stav sa pri
roztavených kovoch v technickej praxi vyskytuje len veľmi zriedka.

4.1.4.2 SKLÁ262

Pri určitých podmienkach možno kvapalinu podchladiť a zachovať v kvapalnom stave aj

pod teplotou tuhnutia. Niektoré podchladené kvapaliny majú malú tendenciu kryštalizovať. Ak
takato kvapalina je aj extrémne viskózna. teda nepohyblivá. nazýva sa sklo.

Sklá, ktoré sa používajú v technickej praxi. majú niektoré vlastnosti tuhých látok a

niektoré vlastnosti kvapalín:

1. Pri bežných teplotách tvoria súvislú, mechanicky pevnú látku.
2. Na rozdiel od kryštalických látok sú sklá izotropné, t. j. majú vo všetkých smeroch

rovnaké vlastnosti.

3. Netopia sa pri určitej teplote topenia, ale v širšom teplotnom intervale.
4. Kryštalicka latka mení svoje vlastnosti pri teplote topenia skokom. Sklo mení vlastnosti

postupne, ešte pred dosiahnutím zjavného kvatpalného stavu (obr

. 4 - 7 ).

5. Vnútorná štruktúra skla zodpovedá nepravidelnému vnútornému usporiadaniu častíc

kvapaliny, čo pre kremenné sklo znázorňuje

Sklá predstavujú metastabilný stav, ktorý veľmi pozvoľne prechádza do kryštalického usporiadania. Prechod sprevádza zakalenie vznik vnútorného

napätia. strata mechanickej pevnosti a nazýva sa rozosklenie.

Pomerne ľahko sa podchladzujú a vytvárajú sklo predovšetkým látky s veľkými a nepravidelnými molekulami alebo iónmi, ako napr. kremičitany.

boritany, niektoré fosforečnany a organické polyméry. Pri dostatočne rýchlom ochladení kvapaliny (resp. taveniny) možno však previesť do skleného stavu aj látky s
menšími stavebnými časticami, aj kovy. Kovové sklo (kov v amorfnom stave) možno získať prudkým ochladením roztaveného kovu alebo zliatiny; rýchlosť

ochladenia musí byť minimálne 10

5

K . s

-1

. Pritom sa v kove zachováva také usporiadanie atómov ako v roztavenom stave. Tieto materiály sú tvárne, odolné proti

korózii, majú dobrú elektrickú vodivosť a niektoré sú feromagnetické. V mnohých prípadoch je pevnosť kovového skla väčšia ako pevnosť rovnakého kovu získaného
tradičným spôsobom.

V súčasnosti sa kovové sklo získava v tvare kratších plieškov alebo drôtikov a využíva sa najmä v elektrotechnike.

4.1.4.3 KVAPALNÉ KRYŠTÁLY

263

V ostatnom čase sa začali v technickej praxi používať tzv. kvapalné kryštály. Tento

špeciálny prípad vnútorného usporiadania sa vyskytuje pri látkach, vytvárajúcich asymetrické,
dlhé, tyčinkovité alebo doštičkovité častice, ktoré k sebe tesne priliehajú a sú navzájom viazané
pomerne veľkými medzimolekulovými silami. Ak sa takéto usporiadanie zachová aj v kvapalnom
skupenstve, vykazujú kvapaliny niektoré vlastnosti kryštálov. Ide najmä o optické vlastnosti ako
dvojlom alebo zákal.

Kvapalné kryštály existujú v rozmedzí medzi teplotou, pri ktorej sa kryštalická látka

premieňa na kvapalné kryštály (teplota prechodu) a teplotou, pri ktorej je už pohyb častíc taký

veľký, že sa vnútorné usporiadanie naruší, kvapalina sa vyjasní a dvojlom zmizne. Nad touto
teplotou má už kvapalina zvyčajné vlastnosti kvapalného skupenstva. Pôsobením elektrického poľa možno meniť
optické vlastnosti kvapalných kryštálov. Tento jav sa využíva v displejoch a v nových typoch televíznych obrazoviek s malou hrúbkou a nízkou spotrebou energie.

4.1.5 KRYŠTALICKÝ STAV LÁTOK

V kryštalických tuhých látkach

264 sú základné častice usporiadané pravidelne v priestore. V

makroskopickom meradle sa táto vlastnosť prejavuje tým, že látky majú formu kryštálov. t. j.
telies obmedzených pravidelnými plochami, vyznačujúcich sa symetriou. Tvar kryštálu je určený
vnútorným usporiadaním a je pre každú látku charakteristický. Pravidelné vnútorné usporiadanie
spôsobuje anizotropiu, t. j. rozdielnosť fyzikálnych vlastností (napr. indexu lomu, tepelnej a
elektrickej vodivosti, stlačiteľnosti atď.) v závislosti od smeru. Pri zvyšovaní teploty prechádzajú
kryštalické látky do kvapalného stavu pri určitej teplote, ktorá sa nazýva teplota topenia. Pre čisté
látky je teplota topenia dôležitou konštantou.

Od kryštalických tuhých látok treba odlišovať amorfné ´´tuhé´´látky265, napr. sklo, asfalt

a i.. ktoré síce majú stály vonkajší tvar, avšak nemajú pravidelnú kryštálovú štruktúru a sú
izotropné (fyzikálne vlastnosti nezávisia od smeru). Tieto látky sa nazývajú amorfné (beztvaré).
Netopia sa pri určitej teplote, ale pri zohrievaní postupne mäknú a plynulo prechádzajú do
kvapalného stavu.

4.1.5.1 TVAR A ŠTRUKTÚRA KRYŠTÁLOV

Skúmaním a opisom geometrického tvaru kryštálov sa zaoberá morfologická

kryštalografia. Kryštály sa charakterizujú podľa ich súmernosti (symetrie). ktorá sa prejavuje
pravidelným opakovaním rovnocenných kryštálových plôch. Na základe morfologických
súmerností možno tvary kryštálov roztriediť do 32 oddelení súmerností. Oddelenie s príbuznou
súmernosťou sa rozdeľuje do siedmich kryštalografických sústav: kubická (kocková).
tetragonálna (štvorcová). ortorombická (kosoštvorcová), monoklinická (jednoklonná), triklinická
(trojklonná), hexagonálna (šesťuholníková) a trigonálna (trojuholníková).

Šiesta a siedma sústava sú len dvojakým opisom toho istého priestorového usporiadania.

Kryštalografické sústavy sa vyznačujú charakteristickou súmernosťou tzv. osových krížov, t. j.
sústavou kryštalografických osí

,

ktoré sa pretínajú v strede kryštálu. Vonkajší tvar kryštálov

súvisí s ich pravidelnou vnútornou stavbou. Stavebné jednotky (atómy, molekuly, ióny) sú v
kryštáloch usporiadané tak, že sa prakticky dotýkajú. Pre väčšiu názornosť sa zvyčajne zobrazujú
len ich stredy, akoby stavebné jednotky boli len body. Spojnice stredov znázorňujú len spôsob
geometrického usporiadania a nie smer väzbových síl. Spojnice sa nazývajú mriežkové úsečky a
celá sústava kryštálová mriežka266. Jednotlivé body kryštálovej mriežky sa nazývajú uzly.
Kryštálová mriežka je nekonečný súbor periodicky sa opakujúcich uzlov na
rozdiel od kryštálovej štruktúry267, ktorou rozumieme konkrétne usporiadanie stavebných častíc
v kryštáli ( obr

. -.

4 - 9 ).

Pretože uzly kryštálovej mriežky sa stále pravidelne opakujú, možno celú mriežku

odvodiť z ľubovoľného uzla zvoleného ako začiatok, a to transláciou (posúvaním) tohto bodu v
troch smeroch s periódami a, b, c. Trojica mriežkových translácii a, b, c zviera uhly α, β, ,γ a
vymedzuje rovnobežnosten, nazývaný základná (elementárna) bunka268 (obr

.

4 - 10

). Každú

základnú bunku charakterizuje tvar, veľkosť a počet častíc pripadajúci na jej objem (t. j. obsah
bunky). Tvar a veľkosť základnej bunky vyjadrujeme mriežkovými parametrami269, t. j.
veľkosťou hrán (a, b, c) a uhlov (α, β, γ).

Podľa počtu častíc, pripadajúcich na objem základnej bunky, rozdeľujeme bunky na

primitívne (jednoduché) bunky270 a centrované (zložené) bunky271. Primitívne bunky majú
častice len vo vrcholoch, v centrovaných bunkách sú častice umiestnené aj v strede telesa
(priestorovo centrovaná bunka), alebo v stredoch plôch (plošne centrovaná bunka), resp. len v
strede základne (bázicky centrovaná bunka). Na objem primitívnej bunky pripadá len jedna
častica, pretože každá častica vo vrchole vytvára súčasne vrchol ôsmich buniek. Obsah
centrovaných buniek je väčší ako jedna častica.
(Trojklonná sústava273, Jednoklonná sústava274, Kosoštvorcová sústava275, Štvorcová
sústava276, Trojuholníková sústava277, Šesťuholníková sústava278, Kocková sústava279)
4.1.5.2 FAKTORY OVPLYVŇUJÚCE GEOMETRICKÝ TVAR KRYŠTÁLU

280

Na vnútornú stavbu kryštalických látok majú vplyv príťažlivé sily pôsobiace medzi

stavebnými časticami a geometrické pomery, t. j. vzájomné veľkosti a tvar stavebných častíc.

Podľa charakteru stavebných častíc (atómov, iónov, molekúl) sa v kryštáli uplatňujú

kovalentné, kovové a iónové väzby alebo medzimolekulové sily. Zatiaľ čo

1. Je to počet častíc toho istého druhu, ktoré zaplnia čo najhustejšie priestor okolo

centrálnej častice a pritom sa jej dotýkajú. Koordinačné číslo závisí od tvaru a pomernej veľkosti
častíc a dosahuje hodnoty 3, 4. 6, 8 alebo 12. Najjednoduchšie prípady nastávajú pri stavebných
jednotkách guľovitého tvaru. Pri centrálnej guľovej častici K, okolo ktorej sú rozmiestnené
guľové častice A, závisí oordinačné číslo od pomeru polomerov rK : rA. Možné spôsoby
usporiadania pre rôznu hodnotu pomeru polomerov znázorňuje obr

.

4 - 12

. Pri časticiach s

nepravidelnými tvarmi sa koordinačné číslo zvyčajne zmenšuje a zmenšuje sa symetria štruktúry.

4.1.5.3 IZOMORFIA A POLYMORFIA

Chemické látky, ktoré majú rovnaké (alebo veľmi podobné) stechiometrické zloženie a

obsahujú podobné častice navzájom pútané podobnými väzbami, majú rovnakú (alebo aspoň
veľmi podobnú) kryštálovú štruktúru. Ak majú látky podobné aj vonkajšie tvary kryštálov, môžu
vytvárať zmesové kryštály. Tieto látky sa nazývajú izomorfné a jav sa nazýva izomorfia282.

Izomorfné sú napr. podvojné sírany, kamence, ktorých zloženie zodpovedá všeobecnému

vzorcu MeIMeIII(S04)2 . 12 H2O, v ktorom sú:

MeI : Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4

+, Tl+

MeIII : Al3+I, Fe3+. Cr3+, Co3+, Mn3+, V3+, Tl3+, Ga3+, In3+

Kamence kryštalizujú v kockovej sústave.
Izomorfia sa nemusí vyskytovať len pri látkach chemicky príbuzných. Dôležitejšou

podmienkou je blízky rozmer stavebných častíc a podobnosť príťažlivých síl. Napríklad CaCO3
je izomorfné s NaNO3, BaSO4 s KMnO4 atď.

Dôležitou podmienkou izomorfie je vytváranie zmesových kryštálov, v ktorých sa môžu

častice dvoch alebo viacerých látok navzájom zastupovať. Rozdiel v polomeroch zastupujúcich
sa častíc nesmie presahovať 15 % menšieho z nich. Príklad zmesového kryštálu je na obr

. 4 - 13

.

Pretože stechiometrický pomer navzájom sa zastupujúcich prvkov je ľubovoľný, v chemickom

vzorci uvádzame tieto prvky v spoločnej zátvorke bez uvedenia stechiometrických koeficientov.
Zmesový kryštál uhličitanu vápenatého a horečnatého podľa toho zapíšeme takto: (Ca, Mg)CO3.

Polymorfia283 je jav, keď látka kryštalizuje v závislosti od vonkajších podmienok v

rôznych kryštalických tvaroch (štruktúrach). Pri prvkoch sa takýto jav niekedy nazýva aj
alotropia284. Napríklad síra do teploty 95,6 °C kryštalizuje ako kosoštvorcová (S - α), nad touto
teplotou ako jednoklonná (S - β). Cín má známe tri kryštalické modifikácie. Bežný cín,
vytvárajúci štvorcovú mriežku, prechádza pri zohrievaní vyše 161 °C na kosoštvorcovú
modifikáciu, pri teplotách niže 13 °C vzniká nekovová modifikácia s kockovou mriežkou. Pri
oxide kremičitom sa uvádza dokonca sedem rôznych modifikácii.

Teplotu, pri ktorej nastáva zmena kryštalickej modifikácie, nazývame teplotou premeny.

Pri tejto teplote sú v rovnováhe obidve modifikácie. Polymorfné premeny, na rozdiel od topenia
alebo varu, však prebiehajú veľmi pomaly a spravidla vyžadujú určitý teplotný rozdiel, t. j.
podchladenie alebo vyhriatie na vyššiu teplotu ako je rovnovážna teplota premeny. Preto môžu
často popri sebe existovať pri bežných podmienkach rôzne kryštalické modifikácie tej istej látky,
z ktorých je však jedna termodynamicky stabilná285 a ostatné sú v metastabilnom stave286. V
mnohých prípadoch sú však aj metastabilné modifikácie prakticky neobmedzene stále. Ako
príklad uvádzame diamant, ktorý je pri normálnych podmienkach v metastabilnom stave, pretože
stabilnou modifikáciou uhlíka je grafit.

4.2 DRUHY KRYŠTÁLOVÝCH ŠTRUKTÚR A VLASTNOSTI LÁTOK

Podľa druhov častíc tvoriacich kryštálové štruktúry a charakteru príťažlivých síl,

pôsobiacich medzi týmito časticami, rozlišujeme štyri hlavné druhy kryštálových štruktúr287:
kovové

,

iónové

,

atómové a molekulové

. Prechodným druhom sú polymérne štruktúry (reťazové

alebo vrstevnaté).

Rozdielnosť vlastností uvedených štruktúr sa síce prejavuje najmä v tuhom stave, avšak

niektoré vlastnosti sú typické aj pre kvapalný stav.

4.1.1 KRYŠTÁLOVÉ ŠTRUKTÚRY KOVOV288

Pretože väzba v kovoch nie je smerovaná a atómy kovov nie sú elektricky nabité, takže sa

môžu dotýkať, štruktúra kovov je typická najtesnejším usporiadaním
Stredy gulí vytvárajú sieť rovnostranných trojuholníkov. Na túto vrstvu možno položiť ďalšiu,
úplne rovnakú vrstvu tak, že vrcholy trojuholníkov druhej vrstvy sa nachádzajú nad stredmi
trojuholníkov prvej vrstvy (obr

.

4 - 14b

), takže gule hornej vrstvy zapadajú do jamiek dolnej

vrstvy. Z priestorových dôvodov však gule druhej vrstvy zaplnia len polovicu jamiek prvej
vrstvy, t. j. každú druhú.

Pri ukladaní tretej vrstvy gulí môžu nastať dva prípady. Gule tretej vrstvy môžu byt'

umiestnené buď v zákryte s guľami prvej vrstvy (obr

. 4 - 15a

), alebo striedavo

V prvom prípade stredy gulí prvej vrstvy a tretej vrstvy sa nachádzajú nad sebou a kryštálová
štruktúra je teda charakterizovaná pravidelným striedaním vrstiev ABABAB . . . štruktúra
zodpovedá najtesnejšej hexagonálnej mriežke, čo dokazuje aj obr

.

4 - 16a

. V druhom prípade sa

nad stredmi gulí prvej vrstvy nachádzajú medzery medzi guľami tretej vrstvy (obr

.

4 - 15b

).

Kryštálová štruktúra v tomto prípade je charakterizovaná pravidelným striedaním troch vrstiev
ABCABC . . ., a zodpovedá kockovej plošne centrovanej mriežke (obr

. 4 - 16b

).

V obidvoch uvedených štruktúrach je okolo každej gule dvanásť iných gulí, ktoré sa jej

dotýkajú, teda koordinačné číslo je 12. Priestor je vyplnený približne na 74 %, čo je najväčšie
možné zaplnenie daného priestoru rovnako veľkými guľami. Menšie zaplnenie priestoru,
približne na 68 %, je v kryštálovej štruktúre zodpovedajúcej kockovej priestorovo centrovanej
mriežke (obr

.

4 - 15c

). Štruktúra zodpovedá pravidelnému striedaniu vrstiev ABABAB . . , v

ktorých sú gule usporiadané tak. že ich stredy tvoria štvorcovú siet'. Koordinačné číslo je 8.

Polovičná hodnota medzijadrovej vzdialenosti v kovovom kryštáli sa nazýva kovový

polomer prvku.

Väzba v kovových kryštáloch sa opisuje v stati 3.5.6, vlastnosti kovov sa podrobne

opisujú v kap. 10.

4.2.1 ŠTRUKTÚRY A VLASTNOSTI IÓNOVÝCH KRYŠTÁLOV289

Základnými stavebnými jednotkami v iónových zlúčeninách v tuhom a kvapalnom stave

sú ióny (katióny a anióny), ktoré sa priťahujú elektrostatickými silami. Tento ideálny model však
v skutočnosti nejestvuje, pretože aj väzby s najväčšou iónovosťou vykazujú určitý podiel
kovalentnej väzby. Z praktického hľadiska sa preto za iónové látky považujú zlúčeniny s veľkou
iónovosťou väzby.

V tuhom stave vytvárajú iónové zlúčeniny kryštálovú štruktúru, tvorenú pravidelným

usporiadaním katiónov a aniónov, v ktorej nemožno rozoznať jednotlivé molekuly. Celý iónový
kryštál je jedinou makromolekulou. Ióny môžu byť jednoduché alebo zložené. V zložených
iónoch pôsobia síce medzi atómami kovalentné väzby, o vlastnostiach iónových kryštálov však
rozhodujú väzby medzi jednotlivými iónmi, v ktorých prevládajú elektrostatické sily (obr

.

4 - 19

na str. 134).

Príťažlivé sily v iónových kryštáloch možno označiť za stredne silné. Sú väčšie ako van

der Waalsove sily, avšak slabšie ako kovalentné väzby, preto aj vlastnosti iónových kryštálov
zodpovedajú prechodu medzi molekulovými a atómovými kryštálmi. Teploty topenia sú v
rozmedzí približne 500 až 1200 °C, tvrdosť je v rozmedzí 2 až 6 Mohsovej stupnice.

Teplota topenia v mnohých prípadoch výstižne charakterizuje štruktúrny typ zlúčeniny. Pri porovnaní teploty topenia fluoridov prvkov 3. periódy

NaF MgF

2

AlF

3

SiF

4

PF

5

SF

6

988 1266 1291 -90 -83 -51 (°C)
zistíme, že skúmané zlúčeniny možno rozdeliť do dvoch skupín so zreteľnou medzou medzi AlF

3

a SiF

4

. V prvej skupine, kde iónovosť väzby je väčšia, prevažujú

elektrostatické sily, ktoré zapríčiňujú vznik iónovej štruktúry. Druhú skupinu tvoria molekulové, prchavé fluoridy, hoci aj tu nie sú elektrostatické sily vždy
zanedbateľné; napr. väzba Si-F vykazuje asi 40 % iónovosti.

Tuhé iónové látky sú výrazne kryštalické, krehké, väčšinou rozpustné v polárnych rozpúšťadlách, najmä vo vode. Ich roztoky sú elektricky vodivé (iónová

vodivosť). V roztavenom stave sú iónové zlúčeniny dobrými elektrickými vodičmi. Ak sa vyskytujú aj v plynnom stave, vytvárajú samostatné polárne molekuly a
neprejavujú už uvedené charakteristické vlastnosti.

Jestvuje veľké množstvo iónových zlúčenín, a to predovšetkým solí. Zo zlúčenín, obsahujúcich len jednoduché ióny, možno uviesť napr. NaCl, CaF

2

,

BaO a iné, zo zlúčenín so zloženými iónmi KOH, NaNO

3

, CaSO

4

a pod.

Pretože príťažlivé sily medzi iónmi nie sú priestorovo orientované (pôsobia všetkými smermi), je štruktúra iónových kryštálov podmienená len pomerom

počtu jednotlivých druhov iónov, ktorý závisí od náboja iónu a ich pomernou veľkosťou. Posledný činiteľ určuje geometriu kryštálovej štruktúry.

Kryštálové štruktúry iónových kryštálov sú typické a považujú sa za jednu z čŕt iónového charakteru zlúčeniny. Rozlišujú sa tri druhy: štruktúra kamennej

soli (NaCl), chloridu cézneho (CsCl) a fluoritu (CaF

2

).

Kamenná soľ

kryštalizuje v kockovej sústave. Kryštálová mriežka a základná bunka je na obr

.

4 - 20

. Každý ión Na+ je obklopený šiestimi iónmi Cl- a naopak, každý ión Cl- je obklopený

šiestimi iónmi Na+, a to vždy vo vrcholoch

Každý cézny ión Cs+ je obklopený ôsmimi chloridovými iónmi Cl-, umiestnenými v

rohoch kocky, takisto každý ión Cl- je obklopený ôsmimi iónmi Cs+. Rovnaká štruktúra sa
vyskytuje pri zlúčeninách CsI, NH4Cl, TlCl, TlBr, RbF a pod.

Fluorit (kazivec CaF2) je štruktúrny typ iónových zlúčenín všeobecného vzorca AB2. Je

zrejmé, že v takýchto kryštálových štruktúrach musia byť koordinačné čísla katiónov a aniónov v
pomere 2 : l. Kryštálová štruktúra fluoritu je na obr

. 4 - 22

. Každý ión Ca2+ je obklopený ôsmimi

iónmi F-, ktoré obsadzujú vrcholy kocky a každý ión F- je obklopený štyrmi iónmi Ca2+,
uloženými vo vrcholoch tetraédra. Vo fluoritovom štruktúrnom type kryštalizujú mnohé fluoridy
dvojmocných kovov (Ca, Ba, Pb, Cd a i.), niektoré oxidy štvormocných kovov ( ZrO2 , ThO2,
CeO2) a iné zlúčeniny. Fluoritová kryštálová štruktúra sa vyskytuje aj pri niektorých zlúčeni-
Štruktúra je tetragonálna, katión má koordinačné číslo 6 s oktaedrickým usporiadaním, anión je
obklopený troma katiónmi, umiestnenými
vo vrchole trojuholníka. V rutilovej štruktúre kryštalizujú mnohé fluoridy (MgF2, MnF2, FeF2,
ZnF2 a i.) a oxidy (TiO2, MnO2, MoO2, WO2, PbO2 atď.).

Koncepcia iónového modelu zlúčeniny je v anorganickej chémii užitočná, najmä pre

jednoduchosť predstáv. Treba však zohľadniť určitú nepresnosť, ktorej sa pri tejto predstave
dopúšťame vzhľadom na čiastočne kovalentný charakter síl pôsobiacich medzi iónmi.

4.2.2 ŠTRUKTÚRY A VLASTNOSTI ATÓMOVÝCH KRYŠTÁLOV290

Základnými stavebnými jednotkami atómových kryštálov sú samostatné atómy, ktoré sú

navzájom viazané kovalentnými väzbami, takže celý kryštál je jediná
. štruktúru tohto druhu vytvára aj kremík, germánium a sivý cín (α-modifikácia cínu). V
zlúčeninách typu AB, kde je väzba medzi atómami A a B prevažne kovalentná, sa objavuje
štruktúra sfaleritu (kocková modifikácia ZnS) alebo štruktúra wurtzitu (hexagonálna modifikácia
ZnS). Síra a zinok tvoria v obidvoch štruktúrach štyri väzby (dve kovalentné a dve koordinačne
kovalentné) v tetraedrickom usporiadaní. Obidve štruktúry sa odlišujú spôsobom spájania
základných tetraédrov.

Štruktúra sfaleritu:je na obr

-.

4 - 25

. Podobá sa štruktúre diamantu, avšak základná bunka

je plošne centrovaná kocka obsadená atómami zinku (všeobecne
vyplýva aj vzájomná orientácia dvoch spojených štvorstenov. V štruktúre sfaleritu kryštalizuje
napr. SiC, BN, BeS, AgI atd'.

Štruktúra wurtzitu je na obr

.

4 - 26

. Patrí do hexagonálnej sústavy. Tetraédre sú

usporiadané za sebou, čím vzniknú v štruktúre typické šesťuholníkové kanáliky. štruktúru
wurtzitu má BeO, ZnO, CdS a iné. V mnohých látkach sa často vyskytujú obidve štruktúry
(sfaleritová aj wurtzitová), pričom wurtzitová štruktúra je vysokoteplotnou štruktúrou (β-
modifikácie). Od štruktúry sfaleritu a wurtzitu možno odvodiť aj štruktúry dvoch modifikácii
oxidu kremičitého, a to cristobalitu a tridymitu.

Určitým medzistupňom na prechode od molekulových k atómovým kryštálom sú

polymérne látky. Sú to látky, obsahujúce makromolekuly, ktorých molová hmotnosť vysoko
presahuje hodnotu 500 g . mol-1. V štruktúre týchto makromolekúl sa stereotypne opakuje určitý
niekoľkoatómový motív. Podľa spôsobu priestorového usporiadania sa polyméry rozdeľujú na
lineárne, rovinné (plošné) a priestorové.

Makromolekuly lineárnych polymérov majú tvar reťazcov alebo pásov. Atómy v

reťazcoch sú viazané kovalentnou väzbou, zatiaľ čo medzi reťazcami resp. pásmi pôsobia len van
der Waalsove sily (obr

. 4 - 27a

). Tým sú určené aj základné vlastnosti týchto látok.

Lineárne polyméry sú beztvaré a majú často vláknitý charakter. Sú mäkké a v

rozpúšťadlách obvykle napučiavajú niekedy sa aj rozpúšťajú. Mechanickými vlastnosťami sú
podobné kaučuku. Medzi lineárne polyméry patrí napr. beztvará síra a selén, polymérny oxid
sírový a väčšina organických polymérnych látok.

V rovinných polyméroch je systém kovalentných väzieb rozvinutý dvojsmerne.

Makromolekuly vytvárajú dvojrozmernú sieť. Väzby medzi atómami v plošnej makromolekule
sú kovalentné, medzi paralelnými rovinami pôsobia len van der Waalsove sily (obr

. 4 - 27b

), ktoré

sa môžu ľahko prerušiť. Typickým príkladom týchto látok je grafit, ktorého štruktúra je na obr

. 4 -

28. Jednotlivé vrstvy vytvára sústava pravidelných šesťuholníkov, v ktorých sa každý atóm
uhlíka viaže troma
pevnými kovalentnými väzbami (hybridizácia sp2) s dĺžkou 141,5 pm. Vzdialenosť jednotlivých
vrstiev. medzi ktorými pôsobia len van der
vrstvami majú charakter van der Waalsových síl a sú v podstate slabšie ako väzby vnútri trojrovinných vrstiev. Ako príklad vrstevnatých kryštálov uvádzame jodid

kademnatý CdI

2

, ktorého štruktúra je na obr

. 4 - 29

. Každý ión Cd2+, resp. atóm

kadmia, je oktaédricky obklopený šiestimi iónmi I-, resp. atómami jódu, a každý ión I- je
vrcholom trojbokej pyramídy, pri ktorej v rohoch základne sú umiestnené tri ióny Cd2+.
štruktúra tohto typu sa vyskytuje napr. v zlúčeninách MgBr2, CaI2, PbI2, Mg(OH)2, Ca(OH)2,
SnS2 a pod. Hydroxid horečnatý s uvedenou štruktúrou sa vyskytuje ako minerál brucit, a preto
sa uvedené štruktúry často nazývajú brucitové štruktúry.

Priestorové polyméry, v ktorých sú atómy pospájané kovalentnými väzbami vo všetkých

troch smeroch, sú vlastne atómové kryštály.

4.2.3 ŠTRUKTÚRY A VLASTNOSTI MOLEKULOVÝCH KRYŠTÁLOV291

Molekulové látky sú vytvorené vo všetkých troch skupenstvách z menších jednotlivých

molekúl, ktoré sú zložené z konečného a konštantného počtu atómov. Molová hmotnosť
nepresahuje hodnotu 500 g . mol-1. Atómy sú v molekule pospájané pevnými kovalentnými
väzbami, zatiaľ čo molekuly sú medzi sebou viazané len slabými van der Waalsovými silami,
resp. vodíkovou väzbou.

Výsledné vlastnosti molekulových látok neurčujú pevné väzby medzi atómami v

molekulách, ale slabé medzimolekulové sily. Preto majú molekulové látky nízke teploty topenia a
varu. Pri izbovej teplote ide väčšinou o plyny, resp. Ľahko prchavé kvapaliny. V tuhom stave
tvoria mäkké kryštály s tvrdosťou 1 až 2 podľa Mohsovej stupnice. V kvapalnom a tuhom
skupenstve sú priehľadné alebo priesvitné, bez kovového lesku, sú nevodivé. Vo vode sa
dostatočne nerozpúšťajú (ak sú ich molekuly nepolárne), sú však dobre rozpustné v nepolárnych
rozpúšťadlách. Roztoky sú takisto elektricky nevodivé.

Kryštálovú štruktúru molekulových kryštálov ovplyvňuje aj symetria a veľkosť molekuly a veľkosť príťažlivých medzimolekulových síl, čo vyplýva napr.

z porovnania kryštálov vodíka a jódu.

Molekuly vodíka sú malé a pôsobia medzi nimi slabé sily. Preto v kryštálovej štruktúre zaberajú malý priestor a vytvárajú najtesnejšie hexagonálne

usporiadanie. Molekuly jódu sú podstatne väčšie a takisto pôsobia medzi nimi silnejšie van der Waalsove sily. Kryštálová štruktúra jódu zodpovedá ortorombickej

(kosoštvorcovej) mriežke (obr

. 4 - 30

), kde rozmerné molekuly jódu môžu voľné rotovať.

Kryštálová štruktúra mnohých zlúčenín s vodíkom (H2O, HF, NH3, niektorých

oxokyselín a mnohých organických látok) je ovplyvnená existujúcou vodíkovou väzbou. Na
usporiadanie častíc v kryštálovej štruktúre má vplyv aj smerový charakter vodíkových väzieb.

Medzi molekulové látky patria vzácne plyny, mnohé nekovové prvky, H2O, CO2, SF6 a iné
anorganické látky a taktiež veľa organických zlúčenín.

4.2.4 PREHĽAD VLASTNOSTÍ ZÁKLADNÝCH TYPOV KRYŠTALICKÝCH LÁTOK

Rozdelenie kryštalických látok na štyri základné typy podľa väzbových síl medzi

základnými časticami a základné vlastnosti jednotlivých typov sú uvedené v tab. 4-3. Hoci táto
klasifikácia má určité nedostatky v samotnom triediacom kritériu, je všeobecne zaužívaná.

Obr-. 4-30. Kryštálová štruktúra jódu

- 142 -

Tabuľka 4-3 Základné typy kryštalických látok a ich vlastnosti
Vlastnosti

Kryštalické
látky
molekulové

Kryštalické
látky
atómové

Kryštalické látky
iónové

Kryštalické
látky
kovové

Stavebné častice

molekuly

atómy

ióny

atómy

Príklady

I2(s)

C(diamant)

NaCl(s)

Cu(s)

Príťažlivé sily

medzimolekulové

kovalentné väzby

elektrostatické sily

delokalizované
väzby

Veľkosť síl

malá

veľká

stredná

rôzna

Teplota topenia

nízka
do 200°C

vysoká
vyše 2 500 °C

stredná
500až 1 200 °C

rôzna
-40 až 3 500 °C

Tvrdosť(podľa
Mohsa)

malá
1 až 2

veľká
7 až 10

stredná
2 až 6

rôzna
2 až 8

Elektrická
vodivosť

nevodiče

nevodiče

nevodiče
(v roztavenom stáve
iónové vodiče
)

vodiče
elektrónové

Mechanické

nepevné

tvrdé, krehké

krehké

kujné, ťažné

Poznámka: Molekulové látky v ktorých sa vyskytuje vodíková väzba, môžu mať teploty topenia aj vyššie (400°C).

Obr. 4-3l. Klasifikácia kryštalických látok podľa väzbových typov

- 143 -

Pretože jestvujú spojité prechody medzi základnými druhmi väzieb, je veľa látok, ktorých vlastnosti nie sú jednoznačne vyhranené.

Preto sú v tabuľke uvedené základné typy kryštalických látok len medznými prípadmi a skutočné látky sú určitými prechodnými typmi medzi
týmito ideálnymi, vyhranenými skupinami látok. Napriek tomu je uvedené triedenie vhodné, pretože uvádza z teoretického hľadiská
najjednoduchšie možnosti.

Klasifikáciu kryštalických látok podľa väzbových typov možno znázorniť štvorstenom, v ktorom vrcholy zodpovedajú základným

štruktúrnym typom (obr

.

4 - 31

). V schéme sú základné typy zastúpené látkami, ktoré sa im najviac

približujú, takže jé to prakticky vzor ideálneho typu. Uprostred hrán sú uvedené niektoré látky,
ktorých väzbový typ je medzi obidvoma vrcholovými typmi.

Zaradenie látok v uvedenom diagrame je len orientačné, pretože väčšinou nie sú známe

kritériá, podľa ktorých by bolo možné kvantitatívne stanoviť zastúpenie jednotlivých medzných
typov v skutočnej látke. Preto nie je zaradenie látok prechodných typov vždy jednotné. Niektorí
autori napr. neuznávajú prechodné typy medzi kovovými a molekulovými látkami.