Типы кристаллических решёток таблица с примерами атомной, ионной

Типы кристаллических решёток таблица с примерами атомной, ионной

Взаимосвязь типа химической связи с видом кристаллической решетки

Вещества и кристаллические решетки

Твердые вещества бывают аморфные или кристаллические (чаще всего имеют кристаллическое строение).

Кристаллическое строение характеризуется правильным расположением частиц в определенных точках пространства. При соединении этих точек воображаемыми прямыми линиями образуется так называемая кристаллическая решетка. Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки.

В узлах кристаллической решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы.

В зависимости от вида частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток:

Ионная решетка

Эту решетку образуют все вещества с ионным типом связи — соли, щелочи, бинарные соединения активных металлов с активными неметаллами (оксиды, галогениды, сульфиды), алкоголяты, феноляты, соли аммония и аминов. В узлах решетки — ионы, между которыми существует электростатическое притяжение. Ионная связь очень прочная.

Свойства ионных кристаллов :

· твердые, но хрупкие;

· отличаются высокими температурами плавления;

· нелетучи, не имеют запаха;

· расплавы ионных кристаллов обладают электропроводностью;

· многие растворимы в воде; при растворении в воде диссоциируют на катионы и анионы, и образующиеся растворы проводят электрический ток.

Металлическая решетка

Характерна для веществ с металлической связью. Реализуется в простых веществах — металлах и их сплавах. В узлах решетки — атомы и катионы металла, при этом электроны металла обобществляются и образуют так называемый электронный газ, который движется между узлами решетки, обеспечивая ее устойчивость. Именно свободно перемещающимися электронами и обусловлены свойства веществ с металлической решеткой:

· тепло- и электропроводность;

· обладают металлическим блеском;

· высокие температуры плавления.

Атомная решетка

В узлах решетки — атомы, связанные ковалентными связями. Химическая связь — ковалентная полярная или неполярная. Атомная кристаллическая решетка характерна для углерода (алмаз, графит), бора, кремния, германия, оксида кремния SiO2(кремнезем, кварц, речной песок), карбида кремния SiC (карборунд), нитрида бора BN.

Свойства веществ с атомной решеткой :

· высокие температуры плавления;

Молекулярная решетка

В узлах — молекулы веществ, которые удерживаются в решетке с помощью слабых межмолекулярных сил.

Молекулярное строение имеют:

o все органические вещества (кроме солей);

o вещества — газы и жидкости;

o легкоплавкие и летучие твердые вещества, в молекулах которых ковалентные связи (полярные и неполярные).

Подобные вещества часто имеют запах.

Кристаллические решетки, вид связи и свойства веществ

Т ип решетки

Виды частиц в узлах решетки

Вид связи между частицами

Примеры веществ

Физические свойства веществ

Ионная связь — прочная

Соли, галогениды (IA,IIA), оксиды и гидроксиды щелочных и щел.-зем. металлов

Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, расплавы проводят электрический ток

1. Ковалентная неполярная – очень прочная

2. Ковалентная полярная связь — очень прочная

Простые вещества: алмаз (C), графит (C), бор (B), кремний (Si)

Сложные вещества: оксид алюминия (Al2O3), оксид кремния (IV) SiO2

Очень твердые, очень тугоплавкие, прочные, нелетучие, нерастворимы в воде

Между молекулами — слабые силы межмолекулярного притяжения, внутри молекул — прочная ковалентная связь

При обычных условиях — газы, жидкости или летучие твердые вещества:

Непрочные, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, имеют небольшую твердость

Металлическая связь — разной прочности

Металлы и сплавы

Ковкие, обладают блеском, пластичностью, тепло- и электропроводны

Кристаллические решетки. Строение вещества

Темы кодификатора ЕГЭ: Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

Молекулярно-кинетическая теория

Все молекулы состоят из мельчайших частиц – атомов. Все открытые на настоящий момент атомы собраны в таблице Менделеева.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Атомы соединяются между собой химическими связями. Ранее мы уже рассматривали виды химических связей и их свойства. Обязательно изучите теорию по теме: Типы химических связей, перед тем, как изучать эту статью!

Теперь рассмотрим, как могут соединяться частицы в веществе.

В зависимости от расположения частиц друг относительно друга свойства образуемых ими веществ могут очень сильно различаться. Так, если частицы расположены друг от друга далеко (расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц), между собой практически не взаимодействуют, перемещаются в пространстве хаотично и непрерывно, то мы имеем дело с газом .

Если частицы расположены близко друг к другу, но хаотично, больше взаимодействуют между собой, совершают интенсивные колебательные движения в одном положении, но могут перескакивать в другое положение, то это модель строения жидкости .

Читайте также:
Толуол - формула, свойства, получение и применение

Если же частицы расположены близко к друг другу, но более упорядоченно, и больше взаимодействуют между собой, а двигаются только в пределах одного положения равновесия, практически не перемещаясь в другие положения, то мы имеем дело с твердым веществом .

Большинство известных химических веществ и смесей могут существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Самый простой пример – это вода. При нормальных условиях она жидкая, при 0 о С она замерзает – переходит из жидкого состояния в твердое, и при 100 о С закипает – переходит в газовую фазу – водяной пар. При этом многие вещества при нормальных условиях – газы, жидкости или твердые. Например, воздух – смесь азота и кислорода – это газ при нормальных условиях. Но при высоком давлении и низкой температуре азот и кислород конденсируются и переходят в жидкую фазу. Жидкий азот активно используют в промышленности. Иногда выделяют плазму, а также жидкие кристаллы, как отдельные фазы.

Очень многие свойства индивидуальных веществ и смесей объясняются взаимным расположением частиц в пространстве друг относительно друга!

Данная статья рассматривает свойства твердых тел, в зависимости от их строения. Основные физические свойства твердых веществ: температура плавления, электропроводность, теплопроводность, механическая прочность, пластичность и др.

Температура плавления – это такая температура, при которой вещество переходит из твердой фазы в жидкую, и наоборот.

Пластичность – это способность вещества деформироваться без разрушения.

Электропроводность – это способность вещества проводить ток.

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Таким образом, ток могут проводить только такие вещества, в которых присутствуют подвижные заряженные частицы. По способности проводить ток вещества делят на проводники и диэлектрики. Проводники – это вещества, которые могут проводить ток (т.е. содержат подвижные заряженные частицы). Диэлектрики – это вещества, которые практически не проводят ток.

В твердом веществе частицы вещества могут располагаться хаотично, либо более упорядоченно. Если частицы твердого вещества расположены в пространстве хаотично, вещество называют аморфным . Примеры аморфных веществ – уголь, слюдяное стекло.

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом , а саму структуру – кристаллической решеткой . Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Кристаллические вещества различают, в частности, по типу химической связи между частицами в кристалле – атомные, молекулярные, металлические, ионные; по геометрической форме простейшей ячейки кристаллической решетки – кубическая, гексагональная и др.

В зависимости от типа частиц, образующих кристаллическую решетку , различают атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую структуру .

Атомная кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая решетка образуется, когда в узлах кристалла расположены атомы . Атомы соединены между собой прочными ковалентными химическими связями. Соответственно, такая кристаллическая решетка будет очень прочной, разрушить ее непросто. Атомную кристаллическую решетку могут образовывать атомы с высокой валентностью, т.е. с большим числом связей с соседними атомами (4 или больше). Как правило, это неметаллы: простые вещества — кремния, бора, углерода (аллотропные модификации алмаз, графит), и их соединения (бороуглерод, оксид кремния (IV) и др.). Поскольку между неметаллами возникает преимущественно ковалентная химическая связь, свободных электронов (как и других заряженных частиц) в веществах с атомной кристаллической решеткой в большинстве случаев нет. Следовательно, такие вещества, как правило, очень плохо проводят электрический ток, т.е. являются диэлектриками. Это общие закономерности, из которых есть ряд исключений.

Связь между частицами в атомных кристаллах: ковалентная полярная или неполярная.

В узлах кристалла с атомной кристаллической структурой расположены атомы.

Фазовое состояние атомных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.

Вещества , образующие в твердом состоянии атомные кристаллы:

  1. Простые веществас высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод, кремний, и др.
  2. Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезем (оксид кремния, кварцевый песок) SiO2; карбид кремния (корунд) SiC; карбид бора, нитрид бора и др.

Физические свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:

прочность;

— тугоплавкость (высокая температура плавления);

— низкая электропроводность;

— низкая теплопроводность;

— химическая инертность (неактивные вещества);

— нерастворимость в растворителях.

Молекулярная кристаллическая решетка

Молекулярная кристаллическая решетка – это такая решетка, в узлах которой располагаются молекулы. Удерживают молекулы в кристалле слабые силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, или электростатическое притяжение). Соответственно, такую кристаллическую решетку, как правило, довольно легко разрушить. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой – легкоплавкие, непрочные. Чем больше сила притяжения между молекулами, тем выше температура плавления вещества. Как правило, температуры плавления веществ с молекулярной кристаллической решеткой не выше 200-300К. Поэтому при нормальных условиях большинство веществ с молекулярной кристаллической решеткой существует в виде газов или жидкостей. Молекулярную кристаллическую решетку, как правило, образуют в твердом виде кислоты, оксиды неметаллов, прочие бинарные соединения неметаллов, простые вещества, образующие устойчивые молекулы (кислород О2, азот N2, вода H2O и др.), органические вещества. Как правило, это вещества с ковалентной полярной (реже неполярной) связью. Т.к. электроны задействованы в химических связях, вещества с молекулярной кристаллической решеткой – диэлектрики, плохо проводят тепло.

Читайте также:
Фосфат кальция - формула, свойства, вред и его польза

Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи, электростатические или межмолекулярные силы притяжения.

В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы.

Фазовое состояние молекулярных кристаллов при нормальных условиях: газы, жидкости и твердые вещества.

Вещества , образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы:

  1. Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы(O2, N2, H2, S8 и др.);
  2. Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями(кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы SO3 и др.
  3. Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптони др.);
  4. Большинство органических веществ, в которых нет ионных связейметан CH4, бензол С6Н6 и др.

Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

— легкоплавкость (низкая температура плавления):

— высокая сжимаемость;

— молекулярные кристаллы в твердом виде, а также в растворах и расплавах не проводят ток;

— фазовое состояние при нормальных условиях – газы, жидкости, твердые вещества;

— высокая летучесть;

— малая твердость.

Ионная кристаллическая решетка

В случае, если в узлах кристалла находятся заряженные частицы – ионы, мы можем говорить о ионной кристаллической решетке . Как правило, с ионных кристаллах чередуются положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы), поэтому частицы в кристалле удерживаются силами электростатического притяжения . В зависимости от типа кристалла и типа ионов, образующих кристалл, такие вещества могут быть довольно прочными и тугоплавкими. В твердом состоянии подвижных заряженных частиц в ионных кристаллах, как правило, нет. Зато при растворении или расплавлении кристалла ионы высвобождаются и могут двигаться под действием внешнего электрического поля. Т.е. проводят ток только растворы или расплавы ионных кристаллов. Ионная кристаллическая решетка характерна для веществ с ионной химической связью. Примеры таких веществ – поваренная соль NaCl, карбонат кальция – CaCO3 и др. Ионную кристаллическую решетку, как правило, в твердой фазе образуют соли, основания, а также оксиды металлов и бинарные соединения металлов и неметаллов.

Связь между частицами в ионных кристаллах: ионная химическая связь.

В узлах кристалла с ионной решеткой расположены ионы.

Фазовое состояние ионных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.

Химические вещества с ионной кристаллической решеткой:

  1. Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония (например, хлорид аммония NH4Cl);
  2. Основания;
  3. Оксиды металлов;
  4. Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы.

Физические свойства веществ с ионной кристаллической структурой:

— высокая температура плавления (тугоплавкость);

— растворы и расплавы ионных кристаллов – проводники тока;

— большинство соединений растворимы в полярных растворителях (вода);

— твердое фазовое состояние у большинства соединений при нормальных условиях.

Металлическая кристаллическая решетка

И, наконец, металлы характеризуются особым видом пространственной структуры – металлической кристаллической решеткой, которая обусловлена металлической химической связью . Атомы металлов довольно слабо удерживают валентные электроны. В кристалле, образованном металлом, происходят одновременно следующие процессы: часть атомов отдает электроны и становится положительно заряженными ионами; эти электроны хаотично перемещаются в кристалле; часть электронов притягивается к ионам. Эти процессы происходят одновременно и хаотично. Таким образом, возникают ионы , как при образовании ионной связи, и образуются общие электроны , как при образовании ковалентной связи. Свободные электроны перемещаются хаотично и непрерывно по всему объему кристалла, как газ. Поэтому иногда их называют « электронным газом ». Из-за наличия большого числа подвижных заряженных частиц металлы проводят ток, тепло. Температура плавления металлов сильно варьируется. Металлы также характеризуются своеобразным металлическим блеском, ковкостью, т.е. способностью изменять форму без разрушения при сильном механическом воздействии, т.к. химические связи при этом не разрушаются.

Читайте также:
Оксид азота - формула, свойства, получение и применение, влияние

Связь между частицами : металлическая химическая связь.

В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы.

Фазовое состояние металлов при обычных условиях: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях).

Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы.

Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

— высокая тепло- и электропроводность;

— ковкость и пластичность;

— металлический блеск;

— металлы, как правило, нерастворимы в растворителях;

— большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.

Сравнение свойств веществ с различными кристаллическими решетками

Тип кристаллической решетки (или отсутствие кристаллической решетки) позволяет оценить основные физические свойства вещества. Для примерного сравнения типичных физических свойств соединений с разными кристаллическими решетками очень удобно использовать химические вещества с характерными свойствами. Для молекулярной решетки это, например, углекислый газ, для атомной кристаллической решетки — алмаз, для металлической — медь, и для ионной кристаллической решетки — поваренная соль, хлорид натрия NaCl.

Сводная таблица по структурам простых веществ, образованных химическими элементами из главных подгрупп таблицы Менделеева (элементы побочных подгрупп являются металлами, следовательно, имеют металлическую кристаллическую решетку).

Итоговая таблица связи свойств веществ со строением:

Типы кристаллических решеток

Общие сведения

Твердые тела по своим свойствам и структуре обычно классифицируются на кристаллические и аморфные. Это разделение обусловлено разным положением в них ионов, атомов или молекул. Частицы аморфных тел распределяются хаотично. Такое строение придает им изотропность и делает невозможным иметь фиксированную температуру плавления. К аморфным материалам относятся воск, полимеры и пластики, затвердевшие смолы.

В кристаллическом веществе частицы выстраиваются в строго определенном порядке и образуют структуры, периодически повторяющиеся по всему его объему. Это придает материалу анизотропическое соответствие. Пространственное отображение такого строения — кристаллическая решетка. Она не является статичной, ее молекулы или атомы постоянно колеблются около положений равновесия. Состоит из узлов, в которых находятся частицы вещества, и соединяющих их воображаемых линий. Узлы образуются молекулами, атомами или ионами. Линии обозначают химические связи между этими частицами.

Существование решеток обусловлено тем, что только при условии периодичности в трехмерном пространстве достигается минимальное значение потенциальной энергии системы путем уравновешивания сил отталкивания и притяжения между атомами. Они бывают ионными, металлическими, ковалентными полярными и неполярными.

Наименьший фрагмент решетки считается элементарной ячейкой. Построить полную структуру материала можно так — перенести параллельно элементарную ячейку в любом направлении. Компактность и заполненность такой ячейки — важная характеристика, которая определяет химические и физические свойства вещества. Описывается такими показателями: число атомов в ней, плотность упаковки и параметр, т. е. расстоянием между ближайшими частицами. Параметр измеряется в нанометрах и вычисляется при помощи рентгеноструктурного анализа.

Простейшая элементарная ячейка состоит из восьми частиц, расположенных в вершинах куба. Другие возможные геометрические построения структур описывают модели Браве.

Металлы и металлосодержащие вещества

Химическое строение таких твердых тел определяется типом связи между его частицами, которые бывают металлическими или ионными. Структура, состоящая из положительно заряженных ионов единственного химического элемента, между которыми находятся электроны внешнего энергетического уровня, легко теряющие связь с ядром и свободно перемещающиеся по всему металлическому телу (электронный газ), называется металлической кристаллической решеткой. В узлах располагаются ионы и атомы. Такая решетка состоит из элементарных ячеек, которые бывают следующих видов:

  • Объемноцентрированный куб. Включает два атома. Ионы металла, имеющие положительный знак заряда, размещаются в узлах куба, а еще один атом — в его центре. Такую решетку имеют очень твердые и тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, хром, ванадий.
  • Гранецентрированный куб. Содержит четыре атома, положительные ионы находятся не только в узлах, но и в центре каждой грани куба. Эта решетка характерна для свинца, меди, никеля, железа, алюминия и многих других металлов.
  • Гексагональная плотно упакованная. Состоит из шести атомов и представляет собой шестигранную призму. Ионы располагаются в узлах, по центру оснований и в середине призмы. Такое строение имеют все элементы II группы таблицы Менделеева — бериллий, кальций, магний, стронций, барий, радий.

Металлический тип строения определяет наличие свойств, типичных для металлов и их сплавов — блеск, пластичность и ковкость, высокую электро- и теплопроводность.

Читайте также:
Основные оксиды - определение в химии, формула

Если в состав кристалла входят химические элементы, состоящие из атомов с разной электроотрицательностью (способностью атома притягивать к себе общую электронную пару), то электроны от одних атомов могут полностью переходить к другим. В результате получаются положительно и отрицательно заряженные ионы, называемые соответственно катионами и анионами. Связь между ними носит название ионной, а структура, в узлах которой находятся разнозаряженные ионы, называется ионной кристаллической решеткой.

Геометрические виды элементарных ячеек ионных структур такие же, как и у металлических, только в узлах располагаются ионы не одного, а разных химических элементов, причем одинаково заряженные находятся как можно дальше друг от друга, а разнозаряженные — как можно ближе.

Такое строение обычно бывает у соединений, образованных типичным металлом и неметаллом, при этом металл должен быть менее активным, чем неметалл. Ионной структуре соответствуют оксиды, гидроксиды, щелочи и соли, а их составляющие бывают простыми или сложными. Так, кристалл поваренной соли (хлорида натрия) образуется из простых ионов: катион калия K и анион хлора Cl, а в состав сернокислого калия входят простой катион калия K и сложный отрицательный сульфат-ион SO4.

Связи между ионами в структурах очень устойчивые, поэтому вещества с таким строением обладают прочностью, твердостью и тугоплавкостью и имеют небольшую летучесть.

В то же время они отличаются хрупкостью — ионные слои легко смещаются. Проводят электрический ток и тепло только в растворах или расплавах.

Атомные связи в неметаллах

Физические и химические свойства кристаллических неметаллов зависят от того, чем образована их кристаллическая решетка — атомами или молекулами, и их взаимодействием. Атомные или немолекулярные связи очень прочные, молекулярные — слабые.

Между соседними атомами образуются совместные электронные пары, при этом каждый из них остается устойчивым элементом. Связь, созданная в таких парах, называется ковалентной (или прочной). Когда взаимодействуют атомы с одинаковой электроотрицательностью, то расположение электронной пары получается симметричным относительно двух атомов и называется ковалентной неполярной связью.

У веществ, состоящих из разных неметаллов, связь образовывается из атомов с разной электроотрицательностью, в результате чего общая электронная пара смещается к более отрицательному элементу. Получается ковалентная полярная связь.

Соединения с ковалентными связями бывают двух типов — молекулярными и атомными.

Структуры, в узлах которых размещаются атомы, соединенные ковалентными связями, называются атомными кристаллическими решетками. Если связь ковалентная неполярная, то в ее формировании участвуют атомы одного химического вещества. Такую структуру имеют кремний Si, бор B, германий Ge, кристаллические видоизменения углерода C. Геометрическое строение решетки кристалла имеет соответствие с его свойствами.

Например, две модификации углерода: алмаз и графит. В кубической структуре алмаза атомы расположены по одному в вершинах, по центру каждой грани, и четыре внутри самого куба. Это строение дает самую плотную упаковку атомов, а ковалентные связи между ними делает очень прочными. Поэтому алмаз является самым твердым материалом в мире. Другие свойства: теплопроводность низкая, электрический ток не проводит.

У графита гексагональная слоистая решетка, которая делает его мягким. Температура плавления очень высокая (4 тыс. градусов Цельсия), обладает электропроводностью, его называют полуметаллом и используют при производстве электродов.

При биполярной ковалентной связи атомная кристаллическая решетка обычно сформирована атомами разных химических элементов. Такое строение имеют муассанит, состоящий из кремния Si и углерода C, и диоксид кремния SiO2 в разных модификациях:

  • кварцевый песок;
  • лютецит;
  • опал;
  • халцедон;
  • хрусталь;
  • кремнезем.

Основные свойства: нерастворимость, прочность, твердость, высокие температуры плавления и кипения.

Молекулярное строение

Структуры, образованные полярными молекулами, между которыми существуют силы взаимодействия, называются молекулярными кристаллическими решетками. Межмолекулярные связи в них имеют электрическую природу, для их разрыва не требуется много энергии. В то же время атомы этих молекул ковалентны.

К веществам, имеющим молекулярное строение, относятся:

  • белый фосфор, моноклинная и ромбическая сера;
  • галогены, галогеноводороды и другие жидкости и газы в твердом агрегатном состоянии (йод, фтор, хлор, азот, кислород, озон, вода, оксид углерода — так называемый сухой лед);
  • инертные газы с одноатомными молекулами (неон, аргон, ксенон).

Такое строение соответствует и большинству органических соединений.

Слабое взаимодействие между молекулами определяет свойства веществ, имеющих такое строение. Они мягкие и непрочные, имеют низкие температуры плавления и кипения. Эти кристаллы обладают летучестью, хорошо растворяются в воде и других жидкостях.

Благодаря разнообразию пространственных схем кристаллов, из одних и тех же химических элементов можно получить значительно отличающиеся друг от друга материалы.

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

Для большинства веществ характерна способность в зависимости от условий находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном.

Читайте также:
Сероводород - формула вещества, строение, свойства, получение

Например, вода при нормальном давлении в интервале температур 0-100 o C является жидкостью, при температуре выше 100 о С способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0 о С представляет собой твердое вещество.

Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.

Характерными признаками аморфных веществ является отсутствие четкой температуры плавления: их текучесть плавно увеличивается с ростом температуры. К аморфным веществам относятся такие соединения, как воск, парафин, большинство пластмасс, стекло и т.д.

Все же кристаллические вещества обладают конкретной температурой плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из твердого состоянии в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной температуры. В качестве примера кристаллических веществ можно привести поваренную соль, сахар, лед.

Разница в физических свойствах аморфных и кристаллических твердых веществ обусловлена прежде всего особенностями строения таких веществ. В чем заключается разница между веществом в аморфном и кристаллическом состоянии, проще всего понять из следующей иллюстрации:

Как можно заметить, в аморфном веществе, в отличие от кристаллического, отсутствует какой-либо порядок в расположении частиц. Если же в кристаллическом веществе мысленно соединить прямой два близкорасположенных друг к другу атома, то можно обнаружить, что на этой линии на строго определенных промежутках будут лежать одни и те же частицы:

Таким образом, в случае кристаллических веществах можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решетка.

Кристаллической решеткой называют пространственный каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл.

Точки пространства, в которых находятся образующие кристалл частицы, называют узлами кристаллической решетки.

В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают: молекулярную, атомную, ионную и металлическую кристаллические решетки.

В узлах молекулярной кристаллической решетки

находятся молекулы, внутри которых атомы связаны прочными ковалентными связями, однако сами молекулы удерживаются друг возле друга слабыми межмолекулярными силами. Вследствие таких слабых межмолекулярных взаимодействий кристаллы с молекулярной решеткой являются непрочными. Такие вещества от веществ с иными типами строения отличаются существенно более низкими температурами плавления и кипения, не проводят электрический ток, могут как растворяться, так и не растворяться в различных растворителях. Растворы таких соединений могут как проводить, так и не проводить электрический ток в зависимости от класса соединения. К соединениям с молекулярной кристаллической решеткой относятся многие простые вещества — неметаллы (отвержденные H2, O2, Cl2, ромбическая сера S8, белый фосфор P4), а также многие сложные вещества – водородные соединения неметаллов, кислоты, оксиды неметаллов, большинство органических веществ. Следует отметить, что, если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, говорить о молекулярной кристаллической решетке неуместно: корректнее использовать термин — молекулярный тип строения.

Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решетки

В узлах атомной кристаллической решетки

находятся атомы. При этом все узлы такой кристаллической решетки «сшиты» между собой посредством прочных ковалентных связей в единый кристалл. Фактически, такой кристалл является одной гигантской молекулой. Вследствие особенностей строения все вещества с атомной кристаллической решеткой являются твердыми, обладают высокими температурами плавления, химически мало активны, не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, а их расплавы не проводят электрический ток. Следует запомнить, что к веществам с атомным типом строения из простых веществ относятся бор B, углерод C (алмаз и графит), кремний Si, из сложных веществ — диоксид кремния SiO2 (кварц), карбид кремния SiC, нитрид бора BN.

У веществ с ионной кристаллической решеткой

в узлах решетки находятся ионы, связанные друг с другом посредством ионных связей.

Поскольку ионные связи достаточно прочны, вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего они растворимы в воде, а их растворы, как и расплавы проводят электрический ток.

К веществам с ионным типом кристаллической решетки относятся соли металлов и аммония (NH4 + ), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Читайте также:
Агрегатное состояние вещества условия изменения, чем определяется, виды, свойства и характеристика веществ в разных формах, примеры перехода из одного состояния в другое

Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки

Однако следует отметить, что в веществах с ионным типом строения нередко можно обнаружить, помимо ионных, также ковалентные полярные связи. Это наблюдается в случае сложных ионов, т.е. состоящих из двух или более химических элементов (SO4 2- , NH4 + , PO4 3- и т.д.). Внутри таких сложных ионов атомы связаны друг с другом ковалентными связями.

Металлическая кристаллическая решетка

наблюдается в кристаллах свободных металлов, например, натрия Na, железа Fe, магния Mg и т.д. В случае металлической кристаллической решетки, в ее узлах находятся катионы и атомы металлов, между которыми движутся электроны. При этом движущиеся электроны периодически присоединяются к катионам, таким образом нейтрализуя их заряд, а отдельные нейтральные атомы металлов взамен «отпускают» часть своих электронов, превращаясь, в свою очередь, в катионы. Фактически, «свободные» электроны принадлежат не отдельным атомам, а всему кристаллу.

Металлическая кристаллическая решетка

Такие особенности строения приводят к тому, что металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, часто обладают высокой пластичностью (ковкостью).
Разброс значений температур плавления металлов очень велик. Так, например, температура плавления ртути составляет примерно минус 39 о С (жидкая в обычных условиях), а вольфрама — 3422 °C. Следует отметить, что в обычных условиях все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами.

Химия. 11 класс

Конспект урока

Химия, 11 класс

Урок № 4. Строение кристаллов. Кристаллические решётки. Причина многообразия веществ

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению кристаллического состояния вещества, зависимости свойств веществ от типов кристаллических решеток. Объясняются причины многообразия веществ, такие как изотопия элементов, аллотропия, изомерия, гомология. Дается понятие химического синтеза.

Аллотропия – существование нескольких простых веществ, образованных одним и тем же химическим элементом.

Атомная кристаллическая решётка – регулярная структура твёрдого вещества, в узловых точках которой находятся атомы химического элемента.

Гомология – явление наличия в природе органических соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся на некоторое целое число групп СН2– состав.

Изомерия – явления наличия нескольких веществ, имеющих один и тот же состав, но отличающихся по порядку соединения атомов.

Ионная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены положительно и отрицательно заряженные ионы.

Кристаллическая решетка – особая структура твёрдого вещества, в которой частицы вещества расположены в строго определенном порядке.

Кристаллы – твёрдые вещества, имеющие форму правильных многогранников, образованных в результате многократного регулярного повторения расположения составляющих вещество частиц.

Металлическая кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены ионы металла.

Молекулярная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой находятся молекулы вещества.

Полиморфизм – способность твёрдого вещества образовывать различные кристаллические структуры, состоящие из одних и тех же частиц.

Полиморфные модификации – разные кристаллические структуры, которые образованы частицами одного и того же вещества.

Химический синтез – процесс искусственного создания новых веществ физическими и химическими методами.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Строение кристаллов и типы кристаллических решеток

Кристаллами называются твёрдые вещества, частицы которых образуют трёхмерную периодическую пространственную структуру, называемую кристаллической решёткой. Грани кристаллов представляют собой правильные многоугольники. Свойства кристаллических тел различны. Например, алмаз обладает максимальной твёрдостью, а графит можно сломать руками, хотя эти вещества состоят атомов углерода. Свойства веществ зависят от типа кристаллической решетки. Различают четыре типа кристаллических решёток: атомную, ионную, молекулярную и металлическую.

Зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки

В узлах атомной кристаллической решётки расположены атомы, соединённые ковалентной связью. Примерами веществ, имеющих атомную кристаллическую решетку, являются алмаз, кремний, германий, бор. Вещества, имеющие атомную кристаллическую решетку, характеризуются высокой температурой плавления, большой твёрдостью.

Читайте также:
Кислород формула, строение элемента, химические и физические свойства, способы получения и применения, с какими соединениями реагирует

В узлах ионной кристаллической решётки находятся положительные и отрицательные ионы, связь между ними ионная. Ионную кристаллическую решетку имеют соли, щёлочи и оксиды типичных металлов. Для веществ с ионной кристаллической решеткой характерны высокие температуры плавления, твёрдость, плотность, хорошая электропроводность.

В узлах молекулярной кристаллической решетки находятся молекулы, которые удерживаются за счет межмолекулярных вандервальсовых сил. Примером веществ с молекулярной кристаллической решеткой являются лёд, йод, нафталин, углекислый газ. Межмолекулярные связи значительно слабее ковалентных и ионных, поэтому для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления, невысокая твёрдость, возможность возгонки (переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое).

Для металлов характерна металлическая кристаллическая решётка, в узлах которой расположены положительно заряженные ионы металлов, а между ними свободно перемещаются валентные электроны (так называемый электронный газ). Для веществ с металлической кристаллической решеткой характерны механическая прочность, плавкость, ковкость, хорошая тепло- и электропроводность, металлический блеск.

Свойства кристаллических тел определяются не только характером связи между частицами, но и их взаимным расположением относительно друг друга. В кристаллах алмаза все атомы углерода связаны ковалентными неполярными связями и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя тетраэдры. В кристаллах графита каждые шесть атомов углерода связаны ковалентными неполярными связями, а между собой такие плоские шестиугольники связаны слабыми межмолекулярными связями.

Причины многообразия веществ

Не только углерод может образовывать разные вещества в зависимости от типа кристаллической решётки. Известно несколько веществ, образованных фосфором (белый, красный, чёрный и металлический фосфор). Сера может существовать в виде трёх модификаций (ромбическая, моноклинная и пластическая). Явление существования нескольких простых веществ, образованных одним и тем же элементом, называется аллотропией (полиморфизмом), а сами простые вещества – аллотропными (полиморфными) модификациями.

Существование изотопов – атомов одного и того же химического элемента, имеющих разные массовые числа – ещё одна причина огромного многообразия веществ.

Изучая органическую химию, вы узнали о существовании изомеров – молекул, имеющих одинаковый состав, но разную последовательность атомов и их расположение в пространстве. Изомеры встречаются не только среди органических соединений, например, изомером карбамида является цианат аммония.

Причиной разнообразия органических соединений является и гомология – существование ряда соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся друг от друга на целое число групп СН2-.

118 известных на сегодняшний день химических элементов образуют миллионы различных веществ, но человек искусственным путём создает новые вещества с нужными ему свойствами. Создание человеком новых веществ получило название химического синтеза.

Таким образом, явления аллотропии (полиморфизма), изомерии, изотопии, гомологии, химический синтез новых соединений являются причинами многообразия веществ.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет количества молекул в кристалле

Условие задачи: Молекула белого фосфора состоит из четырех атомов этого элемента. Сколько молекул белого фосфора содержится в кристалле фосфора массой 2,48 г? Ответ запишите в виде числа, приведенного к стандартному виду.

Шаг первый: найдём молярную массу молекулы белого фосфора Р4. Относительная атомная масса фосфора равна 31 а.е.м., молярная масса Р4 равна 4·31 = 124 (г/моль).

Шаг второй: найдём количество молей белого фосфора в кристалле массой 2,48 г. Для этого разделим массу кристалла на молярную массу Р4:

2,48 : 124 = 0,02 (моль).

Шаг третий: найдём количество молекул, содержащееся в 0,02 моль белого фосфора. Для этого число моль умножим на число Авогадро:

0,02·6,02·10 23 = 1,2·10 22 (молекул).

Ответ: 1,2·10 22 .

2. Расчёт числа атомов в молекуле фуллерена

Условие задачи: Одной из аллотропных модификаций углерода, применяемых в электронике, является фуллерен. 0,5 моль фуллерена имеют массу 360 г. Сколько атомов углерода входит в состав одной молекулы фуллерена?

Шаг первый: найдём молярную массу фуллерена.

Для этого массу имеющегося образца разделим на количество молей:

360 : 0,5 = 720 (г/моль).

Шаг второй: найдём количество атомов углерода в 1 моль фуллерена. Для этого молярную массу фуллерена разделим на массу 1 моль атомов углерода. 1 моль атомов углерода имеет массу 12 г.

Атомная, молекулярная, ионная и металлическая кристаллическая решётка

Согласно атомно-молекулярной теории Бойля, все вещества состоят из молекул, которые находятся в постоянном движении. Но существует ли какая-то определённая структура в веществах? Или они просто состоят из хаотично движущихся молекул?

Читайте также:
Каучук это формула, физические и химические свойства, получение и применение, виды синтетического каучука, интересные факты о натуральном каучуке

Виды кристаллических решёток

В действительности чёткую структуру имеют все вещества, пребывающие в твёрдом состоянии. Атомы и молекулы движутся, но силы притяжения и отталкивания между частицами сбалансированы, поэтому атомы и молекулы располагаются в определённой точке пространства (но продолжают совершать небольшие колебания, зависящие от температуры). Такие структуры называются кристаллическими решётками. Места, в которых находятся сами молекулы, ионы или атомы, называют узлами. А расстояния между узлами получили название – периоды идентичности. В зависимости от положения частиц в пространстве, различают несколько типов:

  1. атомная;
  2. ионная;
  3. молекулярная;
  4. металлическая.

В жидком и газообразном состоянии вещества не имеют чёткой решётки, их молекулы движутся хаотично, именно поэтому они не имеют формы. Например, кислород, находясь в газообразном состоянии, представляет собой бесцветный газ без запаха, в жидком (при -194 градусов) – раствор голубоватого цвета. Когда температура опускается до -219 градусов, кислород переходит в твёрдое состояние и приобретает кр. решётку, при этом он превращается в снегообразную массу синего цвета.

Интересно, что у аморфных веществ нет чёткой структуры, поэтому у них и нет строгой температуры плавления и кипения. Смола и пластилин при нагревании постепенно размягчаются и становятся жидкими, у них нет чёткой фазы перехода.

Атомная кристаллическая решётка

В узлах находятся атомы, о чём и говорит название. Эти вещества очень крепкие и прочные, так как между частицами образуется ковалентная связь. Соседние атомы образуют между собой общую пару электронов (а, точнее, их электронные облака наслаиваются друг на друга), и поэтому они очень хорошо связаны друг с другом. Самый наглядные пример – алмаз, который по шкале Мооса обладит наибольшей твёрдостью. Интересно, что алмаз, как и графит, состоит из углевода. Графит является очень хрупким веществом (твёрдость по шкале Мооса – 1), что является наглядным примером того, как много зависит от вида.

Атомная кр. решётка плохо распространена в природе, к ней относятся: кварц, бор, песок, кремний, оксид кремния (IV), германий, горный хрусталь. Для этих веществ характерна высокая температура плавления, прочность, а также эти соединения очень твёрдые и нерастворимые в воде. Из-за очень сильной связи между атомами, эти химические соединения почти не взаимодействуют с другими и очень плохо проводят ток.

Ионная кристаллическая решётка

В этом типе ионы располагаются в каждом узле. Соответственно, этот вид характерен для веществ с ионной связью, например: хлорид калия, сульфат кальция, хлорид меди, фосфат серебра, гидроксид меди и так далее. К веществам с такой схемой соединения частиц относятся;

  • соли;
  • гидроксиды металлов;
  • оксиды металлов.

Хлорид натрия имеет чередование положительных (Na + ) и отрицательных (Cl – ) ионов. Один ион хлора, находящийся в узле, притягивает к себе два иона натрия (благодаря электромагнитному полю), которые находятся в соседних узлах. Таким образом, образуется куб, в котором частицы связаны между собой.

Для ионной решётки характерна прочность, тугоплавкость, устойчивость, твёрдость и нелетучесть. Некоторые вещества могут проводить электрический ток.

Молекулярная кристаллическая решётка

В узлах этой структуры находятся молекулы, которые плотно упакованы между собой. Для таких веществ характерна ковалентная полярная и неполярная связь. Интересно, что независимо от ковалентной связи, между частицами образуете очень слабое притяжение (из-за слабых ван-дер-вальсовых сил). Именно поэтому такие вещества очень хрупкие, обладают низкой температурой кипения и плавления, а также они летучие. К таким веществам относятся: вода, органические вещества (сахар, нафталин), оксид углерода (IV), сероводород, благородные газы, двух– (водород, кислород, хлор, азот, йод), трёх- (озон), четырёх- (фосфор), восьмиатомные (сера) вещества и так далее.

Одна из отличительных черт – это то, что структурная и пространственная модель сохраняется во всех фазах (как в твёрдых, так в жидких и газообразных).

Металлическая кристаллическая решётка

Из-за наличия в узлах ионов, может показаться, что металлическая решетка похожа на ионную. На самом деле, это две совершенно разные модели, с разными свойствами.

Металлическая гораздо гибче и пластичнее ионной, для неё характерна прочность, высокая электро- и теплопроводность, эти вещества хорошо плавятся и отлично проводят электрический ток. Это объясняется тем, что в узлах находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы), которые могут перемещаться по всей структуре, тем самым обеспечивают течение электронов. Частицы хаотично движутся около своего узла (они не имеют достаточной энергии, чтобы выйти за пределы), но как только появляется электрическое поле, электроны образуют поток и устремляются из положительной в отрицательную область.

Читайте также:
Хлорид аммония - формула, свойства, получение и применение

Металлическая кристаллическая решётка характерна для металлов, например: свинец, натрий, калий, кальций, серебро, железо, цинк, платина и так далее. Помимо прочего, она подразделяется ещё на несколько типов упаковок: гексагональная, объёмно центрированная (наименее плотная) и гранецентрированная. Первая упаковка характерна для цинка, кобальта, магния, вторая для бария, железа, натрия, третья для меди, алюминия и кальция.

Таким образом, от типа решётки зависят многие свойства, а также строение вещества. Зная тип, можно предсказать, к примеру, какой будет тугоплавкость или прочность объекта.

Видео

Дополнительную информацию о кристаллических решетках вы найдете в нашем видео.

§ 16. Типы кристаллических структур

Сайт: Профильное обучение
Курс: Химия. 11 класс
Книга: § 16. Типы кристаллических структур
Напечатано:: Гость
Дата: Понедельник, 15 Ноябрь 2021, 11:14

Оглавление

  • Типы кристаллических структур
  • Химическая связь в кристаллах
  • Зависимость свойств веществ от типа кристаллической структуры
  • Выводы
  • Вопросы, задания, задачи
  • *Самоконтроль

Свойства веществ в твёрдом агрегатном состоянии определяются не только составом атомов, ионов, молекул, но и их взаимным расположением.

Расположение структурных единиц может быть упорядоченным и разупорядоченным. В соответствии с этим твёрдые вещества бывают в кристаллическом и аморфном состояниях.

Кристаллыэто твёрдые вещества с упорядоченным расположением структурных единиц (атомов, ионов, молекул). Кристаллы имеют естественную форму многогранников, расположение структурных единиц симметрично и многократно повторяется ( рис. 35 ).

Структурные единицы веществ молекулярного строения — это молекулы. Например, структурной единицей воды является молекула состава Н2О, которая обнаруживается в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Однако лишь в кристаллах льда молекулы воды расположены упорядоченно, то есть на конкретном расстоянии, под определённым углом, образуя регулярную кристаллическую структуру.

В веществах немолекулярного строения мельчайшие структурные единицы — это атомы или ионы. К таким веществам относятся металлы (Na, Cu, Fe) и неметаллы (B и Si, алмаз и графит, красный фосфор), соединения металлов с неметаллами (NaCl, NaH, Na2SO4, CuCl2, Fe2O3) и неметаллов с неметаллами (SiC, SiO2).

В аморфном состоянии упорядоченность в расположении структурных единиц отсутствует. В аморфном состоянии находятся, например, стекло, смола, парафин, полиэтилен, сажа.

Строение, свойства и способы получения кристаллических веществ изучает кристаллохимия. Каждому кристаллическому веществу присуща своя кристаллическая структура и соответствующая ей форма кристаллов ( рис. 36 ). Кристаллы галита (NaCl) имеют форму куба, кристаллы кварца (SiO2) — шестигранной призмы.

Строение молекул показывают посредством структурных формул, а пространственное расположение атомов, ионов, молекул в кристаллах отображают с помощью кристаллической решётки.

Если соединить частицы, составляющие кристалл, условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой. Точки пересечения таких линий называют узлами кристаллической решётки. Положение узлов решётки моделирует расположение структурных единиц кристалла — атомов, ионов или молекул.

Химическая связь в кристаллах

В таблице 13 обобщены основные характеристики кристаллических веществ с различным типом химической связи.

Таблица 13. Типы кристаллов и их свойства

Структурные единицы, свойства Типы кристаллов, структурные единицы
Атомные Ионные Металлические Молекулярные
Атомы неметаллов Ионы Атомы металлов Молекулы
Тип связи и её прочность Ковалентная, прочная Ионная, прочная Металлическая, прочность в широком диапазоне Слабое межмолекулярное взаимодействие
Электро- и теплопроводность От диэлектриков до полупроводников Ток проводят растворы и расплавы Хорошая электро- и теплопроводность Низкая теплопроводность, как правило, диэлектрики
Пластичность Хрупкие Хрупкие В основном пластичные (ковкие) Неорганические вещества, как правило, хрупкие
Твёрдость Высокая Высокая Изменяется в широких пределах Как правило, низкая, исключение — фуллерит
Температуры плавления и кипения Очень высокие От средних до высоких Большой диапазон Низкие
Растворимость Нерастворимы Могут растворяться в воде и др. полярных растворителях Нерастворимы либо могут взаимодействовать с водой Могут растворяться в полярных или неполярных растворителях
Примеры веществ Алмаз, графит, кремний, SiO2, SiС Оксиды, гидроксиды и соли щелочных и щёлочноземельных металлов Металлы, металлические сплавы Кислоты, оксиды неметаллов (кроме кремния), неметаллы (например, P4, S8, I2), органические вещества

Различают атомные (ковалентная связь), ионные (ионная связь), металлические (металлическая связь) и молекулярные кристаллы. Молекулярные кристаллы построены из отдельных молекул, внутри которых атомы соединены ковалентными связями, а между молекулами действуют более слабые межмолекулярные силы. Молекулярные кристаллы образуют известные вам сахар, аспирин, диоксид углерода («сухой лёд»), вода (лёд) (рис. 37).

Читайте также:
Оксид азота - формула, свойства, получение и применение, влияние

Зависимость свойств веществ от типа кристаллической структуры

Свойства твёрдых веществ зависят от строения кристаллов и прочности в них химических связей. Например, углерод образует несколько разновидностей кристаллических структур. Одна из них — структура алмаза, в которой каждый атом углерода образует четыре равные по прочности ковалентные связи с четырьмя соседними атомами углерода, расположенными в вершинах тетраэдра ( рис. 38 ). Благодаря своему строению алмаз — самое твёрдое природное вещество ( Приложение 2 ). Аналогичные кристаллические структуры и близкую к алмазу твёрдость имеют карборунд SiC и боразон BN.

Другая разновидность кристаллического углерода — графит. В графите атомы углерода расположены слоями. В слоях каждый атом углерода использует три своих электрона для образования трёх ковалентных связей с соседними атомами. Четвёртый электрон участвует в образовании делокализованных π-связей и может свободно перемещаться вдоль слоя. Поэтому графит обладает электропроводностью и используется для изготовления электроконтактов, проводящих смазок, электродов и др.

Расстояние между слоями графита значительно больше, чем между атомами в слое. Поэтому графит легко расслаивается. Благодаря этому свойству из графита изготавливают грифели карандашей, он входит в состав различных смазок, снижающих трение, и сам является твёрдой смазкой в формах для литья металлов.

Третья кристаллическая модификация углерода — фуллерит — образована молекулами фуллерена С60, состоящими из 60 атомов углерода.

Атомные, ионные и металлические кристаллы различаются устойчивостью к механической деформации, в результате которой происходит смещение отдельных слоёв кристаллической структуры ( рис. 39 ). При этом сцепление между слоями в атомных кристаллах (а) нарушается из-за разрыва химических связей между атомами, а в ионных — из-за отталкивания одноимённо заряженных ионов (б). В металлических кристаллах благодаря особенностям металлической связи кристаллы не разрушаются, а деформируются. Поэтому металлы пластичны (ковки), а атомные и ионные кристаллы — хрупки.

Кристаллы — это твёрдые вещества с упорядоченным расположением структурных единиц (атомов, ионов, молекул).

По строению выделяют четыре типа кристаллов: атомные, ионные, молекулярные и металлические. Они отличаются своими свойствами.

Вопросы, задания, задачи

1. В чём заключаются основные отличия веществ молекулярного и немолекулярного строения? Приведите примеры.

2. Сравните свойства атомных, молекулярных, ионных и металлических кристаллов.

3. Объясните, почему ионные и молекулярные кристаллы практически не проводят электрический ток. Чем обусловлена хорошая электро- и теплопроводность металлических кристаллов?

4. Могут ли проводить ток вещества:

  • а) с ионной связью;
  • б) ковалентной связью?

Приведите примеры и условия проявления этими веществами электропроводности.

5. Определите типы химической связи и типы кристаллов веществ, формулы которых: SO2, SiС, CsF, K2SO4, Cu6Sn5.

6. Конструктору понадобилось очень твёрдое вещество, устойчивое к действию высоких температур и растворителей. Какое из соединений, перечисленных в задаче 5, он может использовать в своих испытаниях?

7. Объясните, почему графит обладает электропроводностью, а алмаз — нет.

8. Сплав Розе (tпл. +94 °C ) используется в плавких электрических предохранителях, а также в радиотехнике в качестве припоя. Состав сплава (по массе): свинец ( 25 % ), висмут ( 50 % ), олово ( 25 % ). Укажите тип его кристаллов. Рассчитайте массу каждого компонента, необходимого для получения сплава массой 5 кг .

9. Рассчитайте мольное соотношение компонентов в сплаве Вуда. Сплав Вуда — тяжёлый легкоплавкий сплав, изобретённый в 1860 году американским дантистом Вудом. Температура плавления — 68,5 °C . Состав (массовые доли): олово — 12,5 % , свинец — 25 % , висмут — 50 % , кадмий — 12,5 % . Какими другими физическими свойствами может, по вашему мнению, обладать этот сплав?

10. Определите число атомов в порции массой 1 г одного из самых твёрдых синтетических веществ, представляющего собой бинарное соединение бора и азота BN.

*Самоконтроль

1. Выделяют типы кристаллов:

  • а) атомные;
  • б) ионные;
  • в) ковалентные;
  • г) молекулярные.

2. Ионные кристаллы имеет вещество состава:

3. Атомные кристаллы образуют:

  • а) KСl;
  • б) Na2SO4;
  • в) SiO2;
  • г) SiС.

4. Молекулярные кристаллы образуют:

  • а) Сs2S;
  • б) Н2;
  • в) РН3;
  • г) HCl.

5. Пластичным и хрупким соответственно являются вещества в па́ре:

  • а) NаCl и S8;
  • б) Au и Сu;
  • в) KCl и Fe;
  • г) Al и NH4NO3.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: