Молекулярен йонен атомен. Кристални решетки – Хипермаркет на знанието

Химията е невероятна наука. Толкова много невероятни неща могат да бъдат намерени в на пръв поглед обикновени неща.

Всичко, което ни заобикаля навсякъде, съществува в няколко агрегатни състояния: газове, течности и твърди вещества. Учените са идентифицирали и 4-та – плазмата. При определена температура веществото може да премине от едно състояние в друго. Например вода: при нагряване над 100 от течна форма се превръща в пара. При температури под 0 се трансформира в следващата агрегатна структура – ​​лед.

Целият материален свят съдържа маса от еднакви частици, които са свързани помежду си. Тези най-малки елементи са строго подредени в пространството и образуват така наречената пространствена рамка.

Определение

Кристалната решетка е специална структура на твърдо вещество, в която частиците стоят в геометрично строг ред в пространството. В него можете да намерите възли - места, където са разположени елементи: атоми, йони и молекули и междувъзлово пространство.

Твърди вещества, в зависимост от обхвата на високи и ниски температури, биват кристални или аморфни - характеризират се с липсата на определена точка на топене. Когато са изложени на повишени температури, те омекват и постепенно преминават в течна форма. Тези видове вещества включват: смола, пластилин.

В тази връзка той може да бъде разделен на няколко вида:

• атомен;
• йонни;
• молекулярно;
• метал.

Но при различни температури едно вещество може да има различни форми и да проявява различни свойства. Това явление се нарича алотропна модификация.

Атомен тип

При този тип възлите съдържат атоми на определено вещество, които са свързани с ковалентни връзки. Този тип връзка се образува от двойка електрони от два съседни атома. Благодарение на това те са свързани равномерно и в строг ред.

Веществата с атомна кристална решетка се характеризират със следните свойства: якост и висока точка на топене. Този тип връзка присъства в диаманта, силиция и бора..

Йонни тип

Противоположно заредените йони са разположени във възли, които създават електромагнитно поле, което характеризира физичните свойства на веществото. Те ще включват: електрическа проводимост, огнеупорност, плътност и твърдост. Трапезната сол и калиевият нитрат се характеризират с наличието на йонна кристална решетка.

Не пропускайте: механизъм на обучение, конкретни примери.

Молекулен тип

Във възли от този тип има йони, свързани помежду си чрез сили на Ван дер Ваалс. Поради слаби междумолекулни връзки, вещества като лед, въглероден диоксид и парафин се характеризират с пластичност, електрическа и топлопроводимост.

Тип метал

Структурата му наподобява молекулярната, но все пак има по-здрави връзки. Разликата между този тип е, че неговите възли съдържат положително заредени катиони. Електрони, които са в интерстициалното пространствопространство, участват в образуването на електрическо поле. Те се наричат ​​още електрически газ.

Простите метали и сплави се характеризират с тип метална решетка. Характеризират се с наличието на метален блясък, пластичност, топло- и електропроводимост. Те могат да се стопят при различни температури.

Твърдите вещества обикновено имат кристална структура. Характеризира се с правилното разположение на частиците в строго определени точки в пространството. Когато тези точки се съединят мислено чрез пресичащи се прави линии, се образува пространствена рамка, която се нарича кристална решетка.

Точките, в които се намират частиците, се наричат възли на кристална решетка. Възлите на една въображаема решетка могат да съдържат йони, атоми или молекули. Те извършват колебателни движения. С повишаване на температурата амплитудата на трептенията се увеличава, което се проявява в топлинното разширение на телата.

В зависимост от вида на частиците и естеството на връзката между тях се разграничават четири вида кристални решетки: йонни, атомни, молекулярни и метални.

Кристалните решетки, състоящи се от йони, се наричат ​​йонни. Те се образуват от вещества с йонни връзки. Пример е кристал на натриев хлорид, в който, както вече беше отбелязано, всеки натриев йон е заобиколен от шест хлоридни йона, а всеки хлориден йон от шест натриеви йона. Това разположение съответства на най-плътното опаковане, ако йоните са представени като сфери, разположени в кристала. Много често кристалните решетки се изобразяват, както е показано на фиг., където са посочени само относителните позиции на частиците, но не и техните размери.

Броят на най-близките съседни частици, близки до дадена частица в кристал или в отделна молекула, се нарича координационен номер.

В решетката на натриев хлорид координационните числа на двата йона са 6. Така че в кристал на натриев хлорид е невъзможно да се изолират отделни молекули сол. Няма нито един от тях. Целият кристал трябва да се разглежда като гигантска макромолекула, състояща се от равен брой Na + и Cl - йони, Na n Cl n, където n е голямо число. Връзките между йони в такъв кристал са много силни. Следователно веществата с йонна решетка имат относително висока твърдост. Те са огнеупорни и ниско летящи.

Топенето на йонните кристали води до нарушаване на геометрично правилната ориентация на йоните един спрямо друг и намаляване на силата на връзката между тях. Следователно техните стопилки провеждат електрически ток. Йонните съединения обикновено се разтварят лесно в течности, състоящи се от полярни молекули, като вода.

Кристалните решетки, в чиито възли има отделни атоми, се наричат ​​атомни. Атомите в такива решетки са свързани помежду си чрез силни ковалентни връзки. Пример за това е диамантът, една от модификациите на въглерода. Диамантът се състои от въглеродни атоми, всеки от които е свързан с четири съседни атома. Координационното число на въглерода в диаманта е 4 . В диамантената решетка, както и в решетката на натриевия хлорид, няма молекули. Целият кристал трябва да се разглежда като гигантска молекула. Атомната кристална решетка е характерна за твърдия бор, силиций, германий и съединения на някои елементи с въглерод и силиций.

Кристалните решетки, състоящи се от молекули (полярни и неполярни), се наричат ​​молекулярни.

Молекулите в такива решетки са свързани една с друга чрез относително слаби междумолекулни сили. Следователно веществата с молекулярна решетка имат ниска твърдост и ниски точки на топене, неразтворими или слабо разтворими във вода и техните разтвори почти не провеждат електрически ток. Броят на неорганичните вещества с молекулна решетка е малък.

Примери за тях са лед, твърд въглероден оксид (IV) („сух лед“), твърди водородни халиди, твърди прости вещества, образувани от едно- (благородни газове), две- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2, O 2, N 2), три- (O 3), четири- (P 4), осем- (S 8) атомни молекули. Молекулярната кристална решетка на йода е показана на фиг. . Повечето кристални органични съединения имат молекулна решетка.

Повечето вещества се характеризират със способността, в зависимост от условията, да бъдат в едно от трите агрегатни състояния: твърдо, течно или газообразно.

Например водата при нормално налягане в температурния диапазон 0-100 o C е течност, при температури над 100 o C може да съществува само в газообразно състояние, а при температури под 0 o C е твърдо.
Веществата в твърдо състояние се делят на аморфни и кристални.

Характерна особеност на аморфните вещества е липсата на ясна точка на топене: тяхната течливост постепенно се увеличава с повишаване на температурата. Аморфните вещества включват съединения като восък, парафин, повечето пластмаси, стъкло и др.

Все пак кристалните вещества имат определена точка на топене, т.е. вещество с кристална структура преминава от твърдо в течно състояние не постепенно, а рязко, при достигане на определена температура. Примери за кристални вещества включват готварска сол, захар и лед.

Разликата във физичните свойства на аморфните и кристалните твърди вещества се дължи главно на структурните характеристики на такива вещества. Каква е разликата между вещество в аморфно и кристално състояние може да се разбере най-лесно от следната илюстрация:

Както можете да видите, в аморфното вещество, за разлика от кристалното, няма ред в подреждането на частиците. Ако в кристално вещество свържете мислено два атома близо един до друг с права линия, тогава можете да откриете, че едни и същи частици ще лежат на тази линия на строго определени интервали:

По този начин, в случай на кристални вещества, можем да говорим за такова понятие като кристална решетка.

Кристална решетка наречена пространствена рамка, свързваща точките в пространството, в които се намират частиците, които образуват кристала.

Точките в пространството, в които се намират частиците, образуващи кристала, се наричат възли на кристална решетка .

В зависимост от това кои частици са разположени във възлите на кристалната решетка, те се разграничават: молекулярни, атомни, йонни И метални кристални решетки .

Във възли молекулярна кристална решетка

Има молекули, в които атомите са свързани чрез силни ковалентни връзки, но самите молекули се държат една близо до друга чрез слаби междумолекулни сили. Поради такива слаби междумолекулни взаимодействия, кристалите с молекулярна решетка са крехки. Такива вещества се различават от веществата с други видове структура със значително по-ниски точки на топене и кипене, не провеждат електрически ток и могат или не могат да се разтварят в различни разтворители. Разтворите на такива съединения могат или не могат да провеждат електрически ток в зависимост от класа на съединението. Съединенията с молекулярна кристална решетка включват много прости вещества - неметали (втвърден H 2, O 2, Cl 2, орторомбична сяра S 8, бял фосфор P 4), както и много сложни вещества - водородни съединения на неметали, киселини, неметални оксиди, повечето органични вещества. Трябва да се отбележи, че ако веществото е в газообразно или течно състояние, не е подходящо да се говори за молекулярна кристална решетка: по-правилно е да се използва терминът молекулярен тип структура.

Във възли атомна кристална решетка

има атоми. Освен това, всички възли на такава кристална решетка са „свързани“ заедно чрез силни ковалентни връзки в единичен кристал. Всъщност такъв кристал е една гигантска молекула. Поради структурните си особености всички вещества с атомна кристална решетка са твърди, имат високи точки на топене, химически неактивни, неразтворими нито във вода, нито в органични разтворители и стопилките им не провеждат електрически ток. Трябва да се помни, че веществата с атомен тип структура включват бор B, въглерод C (диамант и графит), силиций Si от прости вещества и силициев диоксид SiO 2 (кварц), силициев карбид SiC, борен нитрид BN от сложни вещества.

За вещества с йонна кристална решетка

местата на решетката съдържат йони, свързани помежду си чрез йонни връзки.
Тъй като йонните връзки са доста силни, веществата с йонна решетка имат относително висока твърдост и огнеупорност. Най-често те са разтворими във вода и техните разтвори, подобно на стопилките, провеждат електрически ток.
Веществата с йонна кристална решетка включват метални и амониеви соли (NH 4 +), основи и метални оксиди. Сигурен признак за йонната структура на дадено вещество е наличието в неговия състав на двата атома на типичен метал и неметал.

наблюдавани в кристали на свободни метали, например натрий Na, желязо Fe, магнезий Mg и др. В случай на метална кристална решетка, нейните възли съдържат катиони и метални атоми, между които се движат електрони. В този случай движещите се електрони периодично се прикрепят към катиони, като по този начин неутрализират заряда си, а отделните неутрални метални атоми в замяна „освобождават“ някои от своите електрони, превръщайки се на свой ред в катиони. Всъщност „свободните“ електрони не принадлежат на отделни атоми, а на целия кристал.

Такива структурни характеристики водят до факта, че металите провеждат топлина и електрически ток добре и често имат висока пластичност (ковкост).
Разликата в температурите на топене на металите е много голяма. Например, точката на топене на живака е приблизително минус 39 ° C (течност при нормални условия), а волфрамът е 3422 ° C. Трябва да се отбележи, че при нормални условия всички метали с изключение на живака са твърди вещества.

Повечето твърди вещества имат кристална структура, в който частиците, от които е „изграден“, са в определен ред, като по този начин създават кристална решетка. Изградена е от повтарящи се идентични структурни единици - единични клетки, който комуникира със съседните клетки, образувайки допълнителни възли. В резултат на това има 14 различни кристални решетки.

Видове кристални решетки.

В зависимост от частиците, които стоят във възлите на решетката, те се различават:

• метална кристална решетка;
• йонна кристална решетка;
• молекулярна кристална решетка;
• макромолекулна (атомна) кристална решетка.

Метална връзка в кристални решетки.

Йонните кристали имат повишена крехкост, т.к промяната в кристалната решетка (дори лека) води до факта, че еднакво заредените йони започват да се отблъскват един друг и връзките се разрушават, образуват се пукнатини и разцепвания.

Молекулно свързване на кристални решетки.

Основната характеристика на междумолекулната връзка е нейната "слабост" (ван дер Ваалс, водород).

Това е структурата на леда. Всяка водна молекула е свързана чрез водородни връзки с 4 молекули около нея, което води до тетраедрична структура.

Водородното свързване обяснява високата точка на кипене, точката на топене и ниската плътност;

Макромолекулна връзка на кристални решетки.

Във възлите на кристалната решетка има атоми. Тези кристали се делят на 3 вида:

• кадър;
• верига;
• слоести структури.

Структура на рамкатадиамантът е едно от най-твърдите вещества в природата. Въглеродният атом образува 4 еднакви ковалентни връзки, което показва формата на правилен тетраедър ( sp 3 - хибридизация). Всеки атом има несподелена електронна двойка, която също може да се свързва със съседни атоми. В резултат на това се образува триизмерна решетка, в чиито възли има само въглеродни атоми.

Разрушаването на такава структура изисква много енергия, точката на топене на такива съединения е висока (за диаманта е 3500 ° C).

Слоести структуриговорят за наличието на ковалентни връзки във всеки слой и слаби ван дер ваалсови връзки между слоевете.

Нека да разгледаме един пример: графит. Всеки въглероден атом е вътре sp 2 - хибридизация. Четвъртият несдвоен електрон образува ван дер ваалсова връзка между слоевете. Следователно 4-тият слой е много подвижен:

Връзките са слаби, така че те са лесни за прекъсване, което може да се наблюдава в молив - "свойство за писане" - 4-тият слой остава върху хартията.

Графитът е отличен проводник на електрически ток (електроните могат да се движат по равнината на слоя).

Верижни структуриимат оксиди (напр. ТАКА 3 ), който кристализира под формата на лъскави игли, полимери, някои аморфни вещества, силикати (азбест).

Инструкции

Както лесно можете да познаете от самото име, металният тип решетка се намира в металите. Тези вещества обикновено се характеризират с висока точка на топене, метален блясък, твърдост и са добри проводници на електрически ток. Не забравяйте, че решетъчните места от този тип съдържат или неутрални атоми, или положително заредени йони. В пространствата между възлите има електрони, чиято миграция осигурява висока електрическа проводимост на такива вещества.

Йонен тип кристална решетка. Трябва да се помни, че е присъщо и на солите. Характеристика - кристали от добре познатата трапезна сол натриев хлорид. В местата на такива решетки се редуват положително и отрицателно заредени йони. Такива вещества обикновено са огнеупорни и имат ниска летливост. Както се досещате, те са от йонен тип.

Атомният тип кристална решетка е присъщ на прости вещества - неметали, които при нормални условия са твърди вещества. Например сяра, фосфор,... В местата на такива решетки има неутрални атоми, свързани помежду си чрез ковалентни химични връзки. Такива вещества се характеризират с огнеупорност и неразтворимост във вода. Някои (например въглерод във формата) имат изключително висока твърдост.

И накрая, последният тип решетка е молекулярна. Намира се във вещества, които при нормални условия са в течна или газообразна форма. Както отново може лесно да се разбере, във възлите на такива решетки има молекули. Те могат да бъдат или неполярни (за прости газове като Cl2, O2) или полярни (най-известният пример е водата H2O). Веществата с този тип решетка не провеждат ток, летливи са и имат ниски точки на топене.

източници:

• тип решетка

температура топенетвърдо вещество се измерва, за да се определи неговата чистота. Примесите в чистото вещество обикновено понижават температурата топенеили увеличете интервала, през който съединението се топи. Капилярният метод е класически метод за контрол на примесите.

Ще имаш нужда

• - изпитвано вещество;
• - стъклен капиляр, запечатан в единия край (диаметър 1 mm);
• - стъклена тръба с диаметър 6-8 mm и дължина най-малко 50 cm;
• - отопляем блок.

Инструкции

Смелете предварително изсушеното изпитвано вещество в хаван, докато стане фино. Внимателно вземете капиляра и потопете отворения край в веществото, докато част от него трябва да попадне в капиляра.

Поставете стъклената тръба вертикално върху твърда повърхност и пуснете капилярката през нея няколко пъти със запечатания край надолу. Това спомага за уплътняването на веществото. За да се определи температурата, колоната на веществото в капиляра трябва да бъде около 2-5 mm.

Поставете капилярния термометър в нагрятия блок и наблюдавайте промените в тестваното вещество с повишаване на температурата. Преди и по време на нагряване термометърът не трябва да докосва стените на блока или други много горещи повърхности, в противен случай може да се пръсне.

Отбележете температурата, при която се появяват първите капки в капиляра (началото топене), и температурата, при която последните вещества изчезват (край топене). В този интервал веществото започва да намалява, докато напълно премине в течно състояние. Когато извършвате анализа, потърсете също промени или разлагане на веществото.

Повторете измерванията още 1-2 пъти. Представете резултатите от всяко измерване под формата на съответния температурен интервал, през който веществото преминава от твърдо в течно състояние. В края на анализа направете заключение за чистотата на тестваното вещество.

Видео по темата

В кристалите химическите частици (молекули, атоми и йони) са подредени в определен ред, при определени условия те образуват правилни симетрични полиедри. Има четири вида кристални решетки - йонни, атомни, молекулни и метални.

кристали

Кристалното състояние се характеризира с наличието на далечен ред в подреждането на частиците, както и със симетрията на кристалната решетка. Твърдите кристали са триизмерни образувания, в които един и същи структурен елемент се повтаря във всички посоки.

Правилната форма на кристалите се определя от тяхната вътрешна структура. Ако замените молекулите, атомите и йоните в тях с точки вместо центровете на тежестта на тези частици, ще получите триизмерно редовно разпределение - . Повтарящите се елементи от неговата структура се наричат ​​елементарни клетки, а точките се наричат ​​възли на кристалната решетка. Съществуват няколко вида кристали в зависимост от частиците, които ги образуват, както и от природата на химичната връзка между тях.

Йонни кристални решетки

Йонните кристали образуват аниони и катиони, между които има. Този тип кристал включва соли на повечето метали. Всеки катион се привлича от аниона и се отблъсква от други катиони, така че е невъзможно да се изолират единични молекули в йонен кристал. Кристалът може да се счита за един огромен, като размерът му не е ограничен, той е способен да прикрепя нови йони.

Атомни кристални решетки

В атомните кристали отделните атоми са обединени чрез ковалентни връзки. Подобно на йонните кристали, те също могат да се разглеждат като огромни молекули. В същото време атомните кристали са много твърди и издръжливи и не провеждат добре електричество и топлина. Те са практически неразтворими и се характеризират с ниска реактивност. Веществата с атомни решетки се топят при много високи температури.

Молекулярни кристали

Молекулярните кристални решетки се образуват от молекули, чиито атоми са обединени чрез ковалентни връзки. Поради това между молекулите действат слаби молекулни сили. Такива кристали се характеризират с ниска твърдост, ниска точка на топене и висока течливост. Веществата, които те образуват, както и техните стопилки и разтвори, не провеждат добре електрически ток.

Метални кристални решетки

В металните кристални решетки атомите са подредени с максимална плътност, техните връзки са делокализирани и се простират в целия кристал. Такива кристали са непрозрачни, имат метален блясък, лесно се деформират и са добри проводници на електричество и топлина.

Тази класификация описва само ограничени случаи; повечето кристали на неорганични вещества принадлежат към междинни типове - молекулярно-ковалентни, ковалентни и т.н. .

източници:

• alhimik.ru, Твърди вещества

Диамантът е минерал, който принадлежи към една от алотропните модификации на въглерода. Неговата отличителна черта е високата му твърдост, която с право му носи титлата на най-твърдото вещество. Диамантът е доста рядък минерал, но в същото време е най-разпространеният. Неговата изключителна твърдост намира приложение в машиностроенето и индустрията.

Инструкции

Диамантът има атомна кристална решетка. Въглеродните атоми, които формират основата на молекулата, са подредени под формата на тетраедър, поради което диамантът има такава висока якост. Всички атоми са свързани чрез силни ковалентни връзки, които се образуват въз основа на електронната структура на молекулата.

Въглеродният атом има sp3 хибридизирани орбитали, които са под ъгъл от 109 градуса и 28 минути. Припокриването на хибридни орбитали става по права линия в хоризонталната равнина.

Така, когато орбиталите се припокриват под такъв ъгъл, a центриран