Structuur van stoffen

Kristallijne stoffen

Verreweg de meeste stoffen bestaan in vaste toestand uit kristallen: ze zijn kristallijn.
In een kristalrooster zitten de kleinste deeltjes (atomen, ionen of moleculen) op vaste plaatsen en op regelmatige afstanden van elkaar. De regelmatige stapeling op het niveau van de kleinste deeltjes komt op macroscopisch niveau tot uiting in het regelmatige uiterlijk van een kristal. De wijze waarop de deeltjes in een stof ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt noemen we de structuur van een stof.
 

Kristalroosters

Voor een beschrijving van kristalroosters komt de ruimtelijke meetkunde van pas. Geometrisch blijken er zeven hoofdtypen kristalroosters te bestaan, meer niet. Daarvan is het kubische kristalrooster het regelmatigst en het meest bekend: de kleinste deeltjes vormen een kubisch patroon, ze nemen als het ware de hoekpunten van een kubus in.
 
In de kristallografie, een specialisatie van de chemie, onderzoeken we de ruimtelijke structuur van vaste stoffen. De zeven hoofdtypen kristalroosters hebben mooie namen: kubisch, hexagonaal, trigonaal, tetragonaal, rhombisch, monoklien en triklien. In deze volgorde neemt de mate van symmetrie af.
 
Het patroon dat de moleculen vormen is ook op macroscopisch niveau zichtbaar: kristallen hebben de geometrie van het kristalrooster van de moleculen. Vormen de moleculen een kubisch kristalrooster, dan hebben de kristallen ook een kubische vorm.
 
(Het werkelijke onderzoek ging omgekeerd. De regelmatige patronen van veel kristallen brachten natuurwetenschappers op het idee dat de bouwstenen van vaste stoffen in overeenkomstige 'kristalroosters' aan elkaar vast zaten.)
 
Wanneer je korreltjes suiker of zout onder een loep bekijkt, is goed te zien dat ze een bepaalde vorm hebben. Aan de meeste vaste stoffen is dat niet zo goed te zien. Dat komt doordat de meeste vaste stoffen op aarde niet netjes molecuul voor molecuul zijn ontstaan. Mooi gevormde kristallen zijn dan ook objecten voor verzamelaars.
 
In vaste (kristallijne) stoffen onderscheiden we vier soorten kristalroosters, afhankelijk van het soort binding tussen de deeltjes waaruit het kristal is opgebouwd: ionroosters, metaalroosters, molecuulroosters en atoomroosters.

 

De aard van de binding is in belangrijke mate bepalend voor de eigenschappen van de stof, dus voor de soort stof.

Een belangrijke aanwijzing over de bouw van een stof is het elektrisch geleidingsvermogen. Als een stof elektrische stroom geleidt, moeten er in die stof geladen deeltjes aanwezig zijn die zich vrij kunnen bewegen: vrije elektronen of ionen.

 

Soort stof

Kristalrooster

Bindingstype

Soort deeltjes

Zout

ionrooster

ionbinding

ionen

Metaal

metaalrooster

metaalbinding

metaalatomen

Moleculaire stof

molecuulrooster

intermoleculaire binding

moleculen

Netwerkstof

atoomrooster

(polaire) atoombinding

niet-metaalatomen

 
Indeling van stoffen

 

Amorfe stoffen

Er bestaan ook stoffen waarin de deeltjes net niet regelmatig genoeg zijn geordend om kristallen te vormen. We noemen dit glasachtige of amorfe stoffen (amorf = vormeloos). Voorbeelden zijn glas, plastics en rubber.
Het meest kenmerkende verschil met kristallijne stoffen is dat amorfe stoffen geen scherp smeltpunt hebben, maar langzaam week worden bij toenemende temperatuur.