1. Amorfno & Kristalno čvrsto stanje
Najuređenije stanje materije
Postoje dva oblika švrstog stanja:
Amorfno & Kristalno čvrsto stanje
Amorfno čvrsto stanje nema dobro uređenu strukturu, postoji samo uređenost kratkog dometa
parafin, stakla
Kristalno stanje ima dobro definisanu strukturu, uređenost i kratkog i dugog dometa iz čega proističu glavne osobine ovog stanja
metali, minerali 1

2. Fizičke osobine kristalnog stanja
Imaju određeni oblik i zapreminu-skoro nekompresibilno
Svakoj supstanciji u kristalnom stanju odgovara određeni geometrijski oblik
Ugao između odgivarajućih ravni supstancije određene kristalne strukture je konstantan na određenoj temperaturi (I zakon kristalografije)
Imaju određenu tačku topljenja i sublimacije
Pokazuju anizotropiju – zavisnost veličine neke
fizičke osobine (mehaničke, toplotne, električne,
magnetne, optičke..)od pravca posmatranja 2

3. Fizičke osobine kristalnog stanja...
Pokazuju polimorfizam što znači da se ista supstancija može javiti u različitim kristalnim oblicima
Temperatura na kojoj se vrši prelaz iz jednog kristalnog oblika u drugi je prelazna temperatura
Primer: sumpor
rombični monoklinični
Pokazuje izomorfizam što znači da hemijski različite supstancije pokazuju sličnu kristalnu strukturu 2

4. Molekulske (Van der Waals-ove sile) Metalne (Metalne veze)
ČVRSTO STANJE
Prema prirodi hemijskih veza i međumolekulskih sila kristali se dele na:
Molekulske (Van der Waals-ove sile)
Metalne (Metalne veze)
Jonske (Jonske veze)
Kovalentne (Kovalentne veze) 2

5. Supstancija Tačka topljenja,oC
Tipovi kristala
Kovalentni kristali se sastoje od mreže atoma koji se drže jakim polarnim i nepolarnim kovalentnim vezama, visoke tačke topljenja i sublimacije, niska električna provodljivost (sem ugljenika), veoma tvrdi
Primeri:
SiO2 (pesak), dijamant, grafit, SiC, čvrst Ne, GaAs, InSb
Supstancija Tačka topljenja,oC
pesak, SiO
karborundum, SiC ~2700
diamond >3550
grafit 2

6. Structure dijamanta i grafita

7. Stoga imaju niske tačke topljenja, isparljivi su, meki i krti
Tipovi kristala
Molekulski kristali se sastoje od molekula koji se drže međumolekulskim silama
Stoga imaju niske tačke topljenja, isparljivi su, meki i krti
Jedinjenje Tačka topljenja (oC)
Led
Amonijak
Benzen, C6H
Naftalin, C10H
Benzoeva kiselina, C6H5CO2H 122.4
Izolatori su
Primeri:
Led, šećer, CO2-suvi led, benzen 2

8. Tipovi kristala
Jonski kristali se sastoje od jona koji se drže elektrostatičkim silama
Stoga imaju visoke tačke topljenja i ključanja, tvrdi i krti
Dobri su provodnici
Primeri:
CsCl, NaCl, ZnS
Jedinjenje Tačka
topljenja,oC
LiF 842
LiCl 614
LiBr 547
LiI 450
CaF
CaCl2 772
CaBr2 730
CaI2 740 2

9. Tipovi kristala Metal Tačka topljenja,oC Na 98 Pb 328 Al 660 Cu 1083
Metali se sastoje od pozitivnih jezgara okruženih elektronima koji su delokalizovani
Stoga imaju visoke tačke topljenja ali one zavise od osobina metala. Tako su tačke topljenja metala IA i IIA grupe niske i rastu prema prelaznim metalima. Elementi u sredini prelaznih metala imaju najviše tačke topljenja, promenjljive trvdoće i kovni.Dobri su provodnici
Primeri: Na, Cu, Li, Au, Ag, ……..
Metal Tačka topljenja,oC
Na 98
Pb 328
Al 660 Cu Fe W 2

10. Simetrija kristala
Pod simetrijom kristala se podrazumeva njegovo svojstvo da se pri određenim prostornim premeštanjima, podudara sam sa sobom.
Ukoliko se kristal posmatra kao beskonačno pravilno ponavljanje strukturnog motiva u prostoru, tada se na njega primenjuju prostorne operacije simetrije i to: translacija, rotacija, refleksija i inverzija, kao i njihove kombinacije. Na kristal kao telo konačnih dimenzija primenjuju se tačkaste operacije simetrije: rotacija, refleksija i inverzija. Posle izvođenja ovih operacija simetrije najmanje jedna tačka na kristalu ostaje na svom mestu. Elementi simetrija kristala koji se razmatra kao telo konačnih dimenzija su: osa simetrije, ravan simetrije, centar simetrije i inverziona obrtna osa simetrije.

11. Elementi simetrije
Osa simetrije n-tog reda je prava oko koje se kristal pri rotaciji podudari n puta sam sa sobom. Može biti osa drugog, trećeg, četvrtog i šestog reda gde su oznake ovih osa 2, 3, 4 i 6.
Ravan simetrije je zamišljena ravan koja deli kristal na dve polovine od kojih je jedna pravi lik druge u ogledalu. Označava se slovom m.
Centar simetrije je tačka u odnosu na koju za svaku tačku na kristalu postoji druga identična tačka koja se nalazi sa druge strane centra simetrije i na pođednakom rastojanju kao i prva, pri čemu obe tačke i centar simetrije leže na istoj pravoj. Oznaka za centar inverzije je i.
Inverziona obrtna osa simetrije je složen element simetrije koji obuhvata dve sukcesivno izvedene operacije kojima se kristal dovodi iz prvobitnog u ekvivalentni, simetrični položaj. Kod inverzione obrtne ose n-tog reda vrši se rotacija oko ose za ugao 3600/n, a zatim operacija centra simetrije kroz tačku na osi.

12. Kristalna rešetka i elementarna ćelija
Elementarna ćelija je osnovni paralelopiped određen vektorima a, b i c čiji moduli određuju period identičnosti
Parametri a, b, c, ,  i  parametri elementarne ćelije.
Elementarna ćelija minimalne zapremine, maksimalne simetrije i maksimalnog broja pravih uglova je primitivna ćelija. Postoji jedan čvor po primitivnoj ćeliji. a b c    2

13. Kristalna struktura bakra
Kristalna rešetka i elementarna ćelija
Kristalna struktura nastaje kada svakom čvoru pridružimo po jedan strukturni motiv (najmanji broj čestica koje se ponavljaju u kristalu).
Kod najjednostavnijih kristala kao što su metali, strukturni motiv je atom ali se strukturni motiv može sastojati i iz više atoma ili molekula
Kristalna rešetka nastaje pravilnim,
beskonačnim ponavljanjem iste
elementarne ćelije u sva tri koordi-
natna pravca u prostoru.
Kristalna struktura bakra

14. Kristalna rešetka i elementarna ćelija
Kombinovanjem parametara elementarne ćelije kristali se mogu klasifikovati u 7 kristalnih sistema. 2

15. Elementarne ćelije kod kristalnih sistema Podela se vrši tako da ćelija bude što manje zapremine a što više simetrije.

16. Podela kristala u sisteme je izvršena na osnovu elemenata simetrije
Podela kristala u sisteme je izvršena na osnovu elemenata simetrije. Dalja podela se vrši prema kombinacijama elemenata simetrije koje su moguće u svakom sistemu. Postoje 32 kombinacije elemenata simetrije (klase kristala) u 7 sistema. Klasa kojoj kristal pripada se određuje ispitivanjem spoljašnje simetrije kristala.

17. Tipovi kristalnihnih struktura: Elementarna ćelija kod kubnog sistema
Primitivna kubna
Zapreminski centrirana kubna
Površinski centrirana kubna
FCC struktura:
NaCl
Na+
Cl-

18. Kubna elementarna ćelija
Prostorno centrirana kubna
Površinski centrirana kubna
Primitivna kubna

19. Kubna elementarna ćelija
Face centered cubic (fcc)
8 čvrva + 6 strana
1 ćelija sadrži 8(1/8) + 6(1/2) = 4 čestice
Prostorno centrirana kubna
Površinski centrirana kubna
Primitivna kubna
Primitivna kubna
8 čvorova
1 ćelija sadrži 8(1/8) =
1 česticu

20. Kubna elementarna ćelija
Uzimanjem u obzir i zapreminski
centrirane kao i površinski centrirane
elementarne ćelije dolazimo do 14
elementarnih ćelija koje čine Braveove
ćelije
Body centered cubic (bcc)
8 čvorova + 1 čestica u centru ćelije
1 ćelija sadrži (1/8) + 1 =
2 čestice
Prostorno centrirana kubna
Površinski centrirana kubna
Primitivna kubna

21. Braeove rešetke-14

22. Karakteristike kristalnih sistema i Braveovih rešetki
Kristalni sistem
Ivice
Uglovi
Braveova reš.
Simbol
Kubni
a=b=c
===900
Primitivna P
Prostorno centr. I
Površinski cen. F
Tetragonalni
a=bc
Rombični
abc
Centr. na str. C
Trigonalni
==900
Heksagonalni
==900,=1200
Monoklinični
==900
Centr. na stranama
Triklinični
900

23. Prostorne grupe
Dodavanjem translacije mogućim tačkastim elementima simetrije, povećava se broj mogućih kombinacija elemenata simetrije. Postoji
ukupno 230 mogućih kombinacija, prostornih grupa. Svaki od mogućih rasporeda strukturnih motiva u kristalu moraju imati simetriju koja odgovara nekoj od 230 kombinacija simetrijskih operacija.
Za određivanje prostornih grupa potrebno je izvršiti strukturno ispitivanje kristala.

24. Rentgenska strukturna analiza

25. Difrakcija X-zracima

26. How Diffraction Works: Schematic
NaCl

29. Rešavanje strukture DNA: Istorija
Rosalind Franklin- fizikohemičar i kristalograf je prva iskristalisala i fotografisala B­DNA
Maurice Wilkins- njen saradnik
Watson & Crick- hemičari koji su kombinovali informacije sa Photo 51 i molekulsko modelovanje kako bi rešili strukturu DNA 1953
Rosalind Franklin

30. “X” pattern characteristic of helix
Photo 51 Analysis
“X” pattern characteristic of helix
Diamond shapes indicate long, extended molecules
Smear spacing reveals distance between repeating structures
Missing smears indicate interference from second helix
Photo 51- The x-ray diffraction image that allowed Watson and Crick to solve the structure of DNA

31. Rešavanje strukture DNA
Informacije dobijene sa Photo 51
Dvostruki heliks
Radijus: 10 angstrema
Rastojanje između osnova: 3.4 angstroms
Rastojanje po ciklusu: 34 angstroms
Kombinovanje sa drugim informacijama
DNA se sastoji od:
šećera
fosfata
4 nukleotida (A,C,G,T)
Molekularno modelovanje
Watson and Crick’s model