Tip rešetke, vrste čestica u čvorovima. Kristalna rešetka i njene glavne vrste

Nazad Naprijed

Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve karakteristike prezentacije. Ako ste zainteresovani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.

Vrsta lekcije: kombinovani.

Cilj lekcije: Stvoriti uslove za razvoj sposobnosti učenika da utvrđuju uzročno-posledičnu zavisnost fizičkih svojstava supstanci od vrste hemijske veze i tipa kristalne rešetke, predvideti tip kristalne rešetke na osnovu fizičkih svojstava. supstance.

Ciljevi lekcije:

• Formirati pojmove o kristalnom i amorfnom stanju čvrstih materija, upoznati učenike sa različitim tipovima kristalnih rešetki, utvrditi zavisnost fizičkih svojstava kristala od prirode hemijske veze u kristalu i tipa kristalne rešetke, dati učenicima osnovne ideje o uticaju prirode hemijskih veza i vrsta kristalnih rešetki na svojstva materije .
• Nastaviti sa formiranjem svjetonazora učenika, razmotriti međusobni utjecaj komponenti cjelovitih strukturnih čestica tvari, uslijed kojih se pojavljuju nova svojstva, razviti sposobnost organiziranja obrazovnog rada i pridržavati se pravila rada u timu. .
• Razvijati kognitivni interes školaraca koristeći problemske situacije;

Oprema: Periodični sistem D.I. Mendeljejev, zbirka “Metali”, nemetali: sumpor, grafit, crveni fosfor, kristalni silicijum, jod; Prezentacija „Vrste kristalnih rešetki“, modeli kristalnih rešetki različitih vrsta (kuhinjska so, dijamant i grafit, ugljen dioksid i jod, metali), uzorci plastike i proizvoda od njih, staklo, plastelin, kompjuter, projektor.

Napredak lekcije

1. Organizacioni momenat.

Nastavnik dočekuje učenike i bilježi one koji su odsutni.

2. Provjera znanja o temi “Hemijsko vezivanje”. Oksidacijsko stanje.”

Samostalni rad (15 minuta)

3. Proučavanje novog gradiva.

Nastavnik najavljuje temu časa i svrhu časa. (Slajd 1,2)

Učenici zapisuju datum i temu časa u svoje sveske.

Ažuriranje znanja.

Nastavnik postavlja pitanja razredu:

1. Koje vrste čestica poznajete? Da li joni, atomi i molekuli imaju naboj?
2. Koje vrste hemijskih veza poznajete?
3. Koja agregatna stanja supstanci poznajete?

Učitelj:„Svaka supstanca može biti gas, tečnost ili čvrsta supstanca. Na primjer, voda. U normalnim uslovima to je tečnost, ali može biti para i led. Ili kisik u normalnim uvjetima je plin na temperaturi od -1940 C pretvara se u plavu tekućinu, a na temperaturi od -218,8 ° C stvrdnjava se u snježnu masu koja se sastoji od plavih kristala. U ovoj lekciji ćemo pogledati čvrsto stanje tvari: amorfno i kristalno.” (Slajd 3)

Učitelj: amorfne supstance nemaju jasnu tačku topljenja - kada se zagreju, postepeno omekšaju i prelaze u tečno stanje. Amorfne supstance uključuju, na primer, čokoladu, koja se topi i u rukama i u ustima; žvakaće gume, plastelin, vosak, plastika (prikazani su primjeri takvih tvari). (Slajd 7)

Kristalne supstance imaju jasnu tačku topljenja i, što je najvažnije, karakteriše pravilan raspored čestica na strogo određenim tačkama u prostoru. (Slajdovi 5,6) Kada se ove tačke povežu pravim linijama, formira se prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka. Tačke na kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se čvorovi rešetke.

Učenici zapisuju definiciju u svoje sveske: „Kristalna rešetka je skup tačaka u prostoru u kojima se nalaze čestice koje formiraju kristal. Tačke na kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se čvorovi rešetke.”

U zavisnosti od toga koje se vrste čestica nalaze na čvorovima ove rešetke, postoje 4 vrste rešetki. (Slajd 8) Ako u čvorovima kristalne rešetke postoje joni, onda se takva rešetka naziva jonskom.

Nastavnik postavlja učenicima pitanja:

– Kako će se zvati kristalne rešetke u čijim čvorovima se nalaze atomi i molekuli?

Ali postoje kristalne rešetke na čijim čvorovima se nalaze i atomi i ioni. Takve rešetke se nazivaju metalne rešetke.

Sada ćemo popuniti tabelu: "Kristalne rešetke, vrsta veze i svojstva supstanci." Dok popunjavamo tabelu, uspostavićemo odnos između tipa rešetke, vrste veze između čestica i fizičkih svojstava čvrstih tela.

Razmotrimo 1. tip kristalne rešetke, koji se zove jonska. (Slajd 9)

– Koja je hemijska veza u ovim supstancama?

Pogledajte ionsku kristalnu rešetku (prikazan je model takve rešetke). Njegovi čvorovi sadrže pozitivno i negativno nabijene ione. Na primjer, kristal natrijum hlorida se sastoji od pozitivnih iona natrijuma i negativnih iona klorida, formirajući rešetku u obliku kocke. Supstance s ionskom kristalnom rešetkom uključuju soli, okside i hidrokside tipičnih metala. Tvari s ionskom kristalnom rešetkom imaju visoku tvrdoću i čvrstoću, vatrostalne su i neisparljive.

Učitelj: Fizička svojstva supstanci sa atomskom kristalnom rešetkom su ista kao i supstanci sa ionskom kristalnom rešetkom, ali često u superlativnom stepenu - veoma čvrste, veoma izdržljive. Dijamant, koji ima atomsku kristalnu rešetku, je najteža supstanca od svih prirodnih supstanci. Služi kao standard tvrdoće, koji se po sistemu od 10 bodova ocjenjuje najvišom ocjenom 10. (Slajd 10). Za ovu vrstu kristalne rešetke, sami ćete uneti potrebne podatke u tabelu radeći sami sa udžbenikom.

Učitelj: Razmotrimo 3. tip kristalne rešetke, koji se naziva metalnim. (Slajdovi 11,12) U čvorovima takve rešetke nalaze se atomi i joni, između kojih se elektroni slobodno kreću, povezujući ih u jedinstvenu cjelinu.

Ova unutrašnja struktura metala određuje njihova karakteristična fizička svojstva.

Učitelj: Koja fizička svojstva metala znate? (savitljivost, plastičnost, električna i toplotna provodljivost, metalni sjaj).

Učitelj: U koje se grupe dijele sve tvari prema svojoj strukturi? (Slajd 12)

Razmotrimo vrstu kristalne rešetke koju posjeduju takve dobro poznate tvari kao što su voda, ugljični dioksid, kisik, dušik i druge. To se zove molekularno. (Slajd 14)

– Koje se čestice nalaze u čvorovima ove rešetke?

Hemijska veza u molekulima koji se nalaze na mjestima rešetke može biti ili polarna kovalentna ili nepolarna kovalentna. Unatoč činjenici da su atomi unutar molekula povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, slabe intermolekularne sile privlačenja djeluju između samih molekula. Stoga tvari s molekularnom kristalnom rešetkom imaju nisku tvrdoću, niske točke topljenja i isparljive su. Kada se plinovite ili tekuće tvari pod posebnim uvjetima pretvore u čvrste tvari, tada razvijaju molekularnu kristalnu rešetku. Primjeri takvih tvari mogu biti čvrsta voda - led, čvrsti ugljični dioksid - suhi led. Ova rešetka sadrži naftalin, koji se koristi za zaštitu vunenih proizvoda od moljaca.

– Koja svojstva molekularne kristalne rešetke određuju upotrebu naftalena? (promenljivost). Kao što vidimo, ne samo čvrste tvari mogu imati molekularnu kristalnu rešetku. jednostavno supstance: plemeniti gasovi, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, beli fosfor P 4, ali i složeno: čvrsta voda, čvrsti vodonik hlorid i vodonik sulfid. Većina čvrstih organskih jedinjenja ima molekularne kristalne rešetke (naftalen, glukoza, šećer).

Mrežna mjesta sadrže nepolarne ili polarne molekule. Unatoč činjenici da su atomi unutar molekula povezani jakim kovalentnim vezama, slabe intermolekularne sile djeluju između samih molekula.

Zaključak: Supstance su krhke, imaju malu tvrdoću, nisku tačku topljenja i isparljive su.

Pitanje: Koji se proces naziva sublimacija ili sublimacija?

Odgovor: Prijelaz tvari iz čvrstog agregatnog stanja direktno u plinovito stanje, zaobilazeći tekuće stanje, naziva se sublimacija ili sublimacija.

Demonstracija eksperimenta: sublimacija joda

Zatim učenici naizmjence imenuju podatke koje su zapisali u tabeli.

Kristalne rešetke, vrsta veze i svojstva supstanci.

Učitelj: Kakav zaključak možemo izvući iz rada obavljenog na stolu?

Zaključak 1: Fizička svojstva tvari zavise od vrste kristalne rešetke. Sastav supstance → Vrsta hemijske veze → Vrsta kristalne rešetke → Svojstva supstanci . (Slajd 18).

Pitanje: Koja vrsta kristalne rešetke od onih o kojima je bilo riječi gore se ne nalazi u jednostavnim tvarima?

odgovor: Jonske kristalne rešetke.

Pitanje: Koje su kristalne rešetke karakteristične za jednostavne supstance?

odgovor: Za jednostavne supstance - metale - metalna kristalna rešetka; za nemetale – atomske ili molekularne.

Rad sa periodnim sistemom D.I. Mendeljejev.

pitanje: Gdje se nalaze metalni elementi u periodnom sistemu i zašto? Nemetalni elementi i zašto?

Odgovori : Ako nacrtate dijagonalu od bora do astatina, tada će u donjem lijevom kutu ove dijagonale biti metalni elementi, jer na poslednjem energetskom nivou sadrže od jednog do tri elektrona. To su elementi I A, II A, III A (osim bora), kao i kalaj i olovo, antimon i svi elementi sekundarnih podgrupa.

Nemetalni elementi se nalaze u gornjem desnom uglu ove dijagonale, jer na poslednjem energetskom nivou sadrže od četiri do osam elektrona. To su elementi IV A, V A, VI A, VII A, VIII A i bor.

Učitelj: Nađimo nemetalne elemente čije jednostavne supstance imaju atomsku kristalnu rešetku (Odgovor: C, B, Si) i molekularni ( Odgovor: N, S, O , halogeni i plemeniti gasovi )

Učitelju: Formulirajte zaključak o tome kako možete odrediti vrstu kristalne rešetke jednostavne tvari ovisno o položaju elemenata u periodnom sistemu D.I.

odgovor: Za metalne elemente koji se nalaze u I A, II A, IIIA (osim bora), kao i kalaj i olovo, i sve elemente sekundarnih podgrupa u jednostavnoj supstanci, tip rešetke je metal.

Za nemetalne elemente IV A i bor u jednostavnoj supstanci, kristalna rešetka je atomska; a elementi V A, VI A, VII A, VIII A u jednostavnim supstancama imaju molekularnu kristalnu rešetku.

Nastavljamo sa radom sa popunjenom tabelom.

Učitelju: Pažljivo pogledajte tabelu. Koji obrazac se može uočiti?

Pažljivo slušamo odgovore učenika, a zatim zajedno sa razredom donosimo zaključak. Zaključak 2 (slajd 17)

4. Učvršćivanje materijala.

Test (samokontrola):

Tvari koje imaju molekularnu kristalnu rešetku, po pravilu:
a) Vatrostalna i vrlo rastvorljiva u vodi
b) Taljivi i isparljivi
c) Čvrsta i električno provodljiva
d) Toplotno provodljiv i plastičan

Koncept "molekula" nije primjenjiv na strukturnu jedinicu tvari:
a) Voda
b) Kiseonik
c) Dijamant
d) Ozon

Atomska kristalna rešetka je karakteristična za:
a) Aluminijum i grafit
b) Sumpor i jod
c) Silicijum oksid i natrijum hlorid
d) Dijamant i bor

Ako je supstanca jako rastvorljiva u vodi, ima visoku tačku topljenja i električno provodljiva, tada je njena kristalna rešetka:
a) Molekularno
b) Nuklearni
c) jonski
d) Metal

5. Refleksija.

6. Domaći.

Karakterizirajte svaki tip kristalne rešetke prema planu: Šta se nalazi u čvorovima kristalne rešetke, strukturna jedinica → Vrsta hemijske veze između čestica čvora → Interakcione sile između čestica kristala → Fizička svojstva zbog kristala rešetka → Agregatno stanje supstance u normalnim uslovima → Primeri.

Koristeći formule datih supstanci: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - odredite vrstu kristalne rešetke (jonske, molekularne) svakog jedinjenja i na osnovu toga opišite očekivana fizička svojstva svakog od četiri supstance.

Većina čvrstih materija ima kristalnu strukturu. Kristalna rešetka izgrađen od ponavljajućih identičnih strukturnih jedinica, individualnih za svaki kristal. Ova strukturna jedinica naziva se "jedinična ćelija". Drugim riječima, kristalna rešetka služi kao odraz prostorne strukture čvrste tvari.

Kristalne rešetke se mogu klasificirati na različite načine.

I. Prema simetriji kristala rešetke se dijele na kubične, tetragonalne, rombične, heksagonalne.

Ova klasifikacija je pogodna za procjenu optičkih svojstava kristala, kao i njihove katalitičke aktivnosti.

II. Po prirodi čestica, koji se nalazi na čvorovima rešetke i po vrsti hemijske veze postoji razlika između njih atomske, molekularne, jonske i metalne kristalne rešetke. Vrsta veze u kristalu određuje razliku u tvrdoći, rastvorljivosti u vodi, veličini toplote rastvora i toplote fuzije i električne provodljivosti.

Važna karakteristika kristala je energija kristalne rešetke, kJ/mol – energija koja se mora utrošiti da bi se uništio dati kristal.

Molekularna rešetka

Molekularni kristali sastoje se od molekula koje se drže na određenim pozicijama kristalne rešetke slabim intermolekularnim vezama (van der Waalsove sile) ili vodikovim vezama. Ove rešetke su karakteristične za supstance sa kovalentnim vezama.

Postoji mnogo supstanci sa molekularnom rešetkom. To su veliki broj organskih jedinjenja (šećer, naftalin itd.), kristalna voda (led), čvrsti ugljen dioksid („suhi led“), čvrsti vodonik halogenidi, jod, čvrsti gasovi, uključujući i plemenite,

Energija kristalne rešetke je minimalna za supstance sa nepolarnim i niskopolarnim molekulima (CH 4, CO 2 itd.).

Rešetke formirane od polarnijih molekula također imaju višu energiju kristalne rešetke. Rešetke sa supstancama koje formiraju vodonične veze (H 2 O, NH 3) imaju najveću energiju.

Zbog slabe interakcije između molekula, ove tvari su hlapljive, topljive, imaju malu tvrdoću, ne provode električnu struju (dielektrike) i imaju nisku toplinsku provodljivost.

Atomska rešetka

U čvorovima atomska kristalna rešetka postoje atomi jednog ili različitih elemenata povezani kovalentnim vezama duž sve tri ose. Takve kristali koji se takođe nazivaju kovalentna, relativno su malobrojni.

Primeri kristala ovog tipa uključuju dijamant, silicijum, germanijum, kalaj, kao i kristale složenih supstanci kao što su bor nitrid, aluminijum nitrid, kvarc i silicijum karbid. Sve ove supstance imaju rešetku nalik dijamantu.

Energija kristalne rešetke u takvim supstancama se praktično poklapa sa energijom hemijske veze (200 – 500 kJ/mol). To određuje njihova fizička svojstva: visoka tvrdoća, tačka topljenja i tačka ključanja.

Električna provodljiva svojstva ovih kristala su različita: dijamant, kvarc, bor nitrid su dielektrici; silicijum, germanijum – poluprovodnici; Metalik sivi lim dobro provodi struju.

U kristalima s atomskom kristalnom rešetkom nemoguće je razlikovati zasebnu strukturnu jedinicu. Cijeli monokristal je jedan džinovski molekul.

Jonska rešetka

U čvorovima jonska rešetka izmjenjuju se pozitivni i negativni ioni, između kojih djeluju elektrostatičke sile. Jonski kristali formiraju jedinjenja sa jonskim vezama, na primer, natrijum hlorid NaCl, kalijum fluorid i KF, itd. Jonska jedinjenja mogu takođe uključivati ​​kompleksne jone, na primer, NO 3 -, SO 4 2 -.

Jonski kristali su također gigantski molekuli u kojima je svaki ion značajno pod utjecajem svih ostalih jona.

Energija ionske kristalne rešetke može dostići značajne vrijednosti. Dakle, E (NaCl) = 770 kJ/mol, a E (BeO) = 4530 kJ/mol.

Jonski kristali imaju visoke tačke topljenja i ključanja i veliku čvrstoću, ali su krhki. Mnogi od njih slabo provode električnu energiju na sobnoj temperaturi (oko dvadeset redova veličine niže od metala), ali s povećanjem temperature uočava se povećanje električne provodljivosti.

Metalna rešetka

Metalni kristali dati primjere najjednostavnijih kristalnih struktura.

Metalni joni u rešetki metalnog kristala mogu se približno posmatrati u obliku sfera. U čvrstim metalima, ove kuglice su upakovane maksimalnom gustinom, na šta ukazuje i značajna gustina većine metala (od 0,97 g/cm 3 za natrijum, 8,92 g/cm 3 za bakar do 19,30 g/cm 3 za volfram i zlato). Najgušće pakovanje loptica u jednom sloju je heksagonalno pakovanje, u kojem je svaka kuglica okružena sa šest drugih loptica (u istoj ravni). Centri bilo koje tri susjedne lopte čine jednakostranični trokut.

Svojstva metala kao što su visoka duktilnost i savitljivost ukazuju na nedostatak krutosti metalnih rešetki: njihove ravnine se prilično lako pomiču jedna u odnosu na drugu.

Valentni elektroni sudjeluju u stvaranju veza sa svim atomima i slobodno se kreću po cijeloj zapremini komada metala. Na to ukazuju visoke vrijednosti električne provodljivosti i toplinske provodljivosti.

U smislu energije kristalne rešetke, metali zauzimaju srednju poziciju između molekularnih i kovalentnih kristala. Energija kristalne rešetke je:

Dakle, fizička svojstva čvrstih materija značajno zavise od vrste hemijske veze i strukture.

Struktura i svojstva čvrstih materija

(Sve definicije, formule, grafikoni i jednadžbe reakcija su date u zapisniku.)

Čvrsti kristali se mogu zamisliti kao trodimenzionalne strukture u kojima se ista struktura jasno ponavlja u svim smjerovima. Geometrijski ispravan oblik kristala je zbog njihove strogo pravilne unutrašnje strukture. Ako su centri privlačenja jona ili molekula u kristalu prikazani kao tačke, tada dobijamo trodimenzionalnu pravilnu raspodelu takvih tačaka, koja se naziva kristalna rešetka, a same tačke su čvorovi kristalne rešetke. Specifičan vanjski oblik kristala posljedica je njihove unutrašnje strukture, koja je vezana specifično za kristalnu rešetku.

Kristalna rešetka je zamišljena geometrijska slika za analizu strukture kristala, koja je volumetrijsko-prostorna mrežasta struktura u čijim se čvorovima nalaze atomi, ioni ili molekuli tvari.

Za karakterizaciju kristalne rešetke koriste se sljedeći parametri:

1. kristalna rešetka E cr [KJ/mol] je energija koja se oslobađa prilikom formiranja 1 mola kristala od mikročestica (atoma, molekula, jona) koje su u gasovitom stanju i međusobno su odvojene na takvoj udaljenosti da postoji mogućnost njihovog nastanka. interakcija je isključena.
2. Konstanta rešetke d je najmanja udaljenost između centara dviju čestica na susjednim mjestima kristalne rešetke povezanim .
3. Koordinacioni broj- broj obližnjih čestica koje okružuju centralnu česticu u prostoru i spajaju se s njom putem hemijske veze.

Osnova kristalne rešetke je jedinična ćelija, koja se u kristalu ponavlja beskonačan broj puta.

Jedinična ćelija je najmanja strukturna jedinica kristalne rešetke, koja pokazuje sva svojstva svoje simetrije.

Jednostavno rečeno, jedinična ćelija se može definirati kao mali dio kristalne rešetke, koji još uvijek otkriva karakteristične karakteristike svojih kristala. Karakteristike jedinične ćelije su opisane pomoću tri Brevetova pravila:

• simetrija jedinične ćelije mora odgovarati simetriji kristalne rešetke;
• jedinična ćelija mora imati maksimalan broj identičnih ivica A,b, With i jednakih uglova između njih a, b, g. ;
• pod uslovom da su ispunjena prva dva pravila, jedinična ćelija mora zauzimati minimalni volumen.

Za opisivanje oblika kristala koristi se sistem od tri kristalografske ose a, b, c, koje se razlikuju od običnih koordinatnih osa po tome što su segmenti određene dužine, a uglovi između kojih a, b, g mogu biti ravni ili indirektni.

Model kristalne strukture: a) kristalna rešetka sa istaknutom jediničnom ćelijom; b) jedinična ćelija sa oznakama uglova faseta

Oblik kristala proučava nauka geometrijske kristalografije, čija je jedna od glavnih odredbi zakon konstantnosti uglova faseta: za sve kristale date supstance, uglovi između odgovarajućih lica uvijek ostaju isti.

Ako uzmete veliki broj elementarnih ćelija i ispunite određeni volumen s njima čvrsto jedna uz drugu, održavajući paralelizam lica i rubova, tada se formira jedan kristal idealne strukture. Ali u praksi najčešće postoje polikristali u kojima pravilne strukture postoje u određenim granicama, duž kojih se orijentacija pravilnosti naglo mijenja.

U zavisnosti od odnosa dužina ivica a, b, c i uglova a, b, g između strana jedinične ćelije, razlikuje se sedam sistema - takozvanih kristalnih singonija. Međutim, elementarna ćelija se može konstruirati i na takav način da ima dodatne čvorove koji se nalaze unutar njenog volumena ili na svim njenim stranama - takve rešetke se nazivaju centriranom na tijelo, odnosno licem. Ako su dodatni čvorovi samo na dvije suprotne strane (gornja i donja), onda je to rešetka centrirana na osnovu. Uzimajući u obzir mogućnost dodatnih čvorova, postoji ukupno 14 vrsta kristalnih rešetki.

Vanjski oblik i karakteristike unutrašnje strukture kristala određeni su principom gustog "pakiranja": najstabilnija, a samim tim i najvjerovatnija struktura će biti ona koja odgovara najgušćem rasporedu čestica u kristalu iu koji ostaje najmanji slobodni prostor.

Vrste kristalnih rešetki

U zavisnosti od prirode čestica sadržanih u čvorovima kristalne rešetke, kao i od prirode hemijskih veza između njih, postoje četiri glavna tipa kristalnih rešetki.

Jonske rešetke

Jonske rešetke su konstruirane od različitih jona koji se nalaze na mjestima rešetke i povezani su silama elektrostatičke privlačnosti. Stoga bi struktura ionske kristalne rešetke trebala osigurati njenu električnu neutralnost. Joni mogu biti jednostavni (Na +, Cl -) ili složeni (NH 4 +, NO 3 -). Zbog nezasićenosti i neusmjerenosti ionskih veza, ionski kristali se odlikuju velikim koordinacijskim brojevima. Dakle, u kristalima NaCl, koordinacijski brojevi Na + i Cl - jona su 6, a Cs + i Cl - joni u kristalu CsCl su 8, jer je jedan Cs + ion okružen sa osam Cl - jona, a svaki Cl - jon je okružen sa osam Cs jona, redom +. Jonske kristalne rešetke formiraju se od velikog broja soli, oksida i baza.

Tvari s ionskim kristalnim rešetkama imaju relativno visoku tvrdoću, prilično su vatrostalne i neisparljive. Nasuprot tome, ionska jedinjenja su vrlo krhka, pa čak i mali pomak u kristalnoj rešetki približava slično nabijene ione jedni drugima, odbijanje između kojih dovodi do pucanja ionskih veza i, kao posljedica toga, do pojave pukotina. u kristalu ili do njegovog uništenja. U čvrstom stanju, tvari s ionskom kristalnom rešetkom su dielektrici i ne provode elektricitet. Međutim, pri topljenju ili otapanju u polarnim rastvaračima poremećena je geometrijski ispravna orijentacija jona jedan u odnosu na druge, hemijske veze se prvo slabe, a zatim razaraju, a samim tim se menjaju i svojstva. Kao posljedica toga, i taline ionskih kristala i njihove otopine počinju provoditi električnu struju.

Atomske rešetke

Ove rešetke su izgrađene od atoma povezanih jedan s drugim. Oni su, pak, podijeljeni u tri tipa: okvirne, slojevite i lančane strukture.

Struktura okvira ima, na primjer, dijamant - jednu od najtvrđih tvari. Zahvaljujući sp 3 -hibridizaciji atoma ugljika, izgrađena je trodimenzionalna rešetka koja se sastoji isključivo od atoma ugljika povezanih kovalentnim nepolarnim vezama, čije su osi smještene pod istim uglovima veze (109,5 o).

Slojevite strukture mogu se smatrati ogromnim dvodimenzionalnim molekulima. Slojevite strukture karakteriziraju kovalentne veze unutar svakog sloja i slabe van der Waalsove interakcije između susjednih slojeva.

Klasičan primjer tvari sa slojevitom strukturom je grafit, u kojem je svaki atom ugljika u stanju sp 2 hibridizacije i formira tri kovalentne s-veze sa tri druga C atoma u jednoj ravni su nehibridizirani, zbog čega su van der Waalsove veze između slojeva vrlo slabe. Stoga, kada se primijeni čak i mala sila, pojedinačni slojevi lako počinju kliziti jedan duž drugog. Ovo objašnjava, na primjer, sposobnost grafita da piše. Za razliku od dijamanta, grafit dobro provodi električnu energiju: pod utjecajem električnog polja, nelokalizirani elektroni mogu se kretati duž ravnine slojeva, i obrnuto, grafit gotovo ne provodi električnu struju u okomitom smjeru.

Lančane strukture karakterističan za, na primjer, sumpor oksid (SO 3) n, cinober HgS, berilijum hlorid BeCl 2, kao i mnoge amorfne polimere i neke silikatne materijale kao što je azbest.

Postoji relativno malo supstanci sa atomskom strukturom kristalnih rešetki. To su, u pravilu, jednostavne tvari formirane od elemenata IIIA i IVA podgrupa (Si, Ge, B, C). Često, spojevi dva različita nemetala imaju atomske rešetke, na primjer, neki polimorfi kvarca (silicijum oksid SiO 2) i karborunda (silicijum karbid SiC).

Sve atomske kristale odlikuju visoka čvrstoća, tvrdoća, vatrostalnost i netopivost u gotovo svakom otapalu. Ova svojstva su posljedica snage kovalentne veze. Supstance s atomskom kristalnom rešetkom imaju širok raspon električne provodljivosti od izolatora i poluvodiča do elektronskih vodiča.

Metalne rešetke

Ove kristalne rešetke sadrže atome metala i ione u svojim čvorovima, između kojih se elektroni (elektronski plin) zajednički kreću slobodno i formiraju metalnu vezu. Posebnost metalnih kristalnih rešetki je njihov veliki koordinacioni brojevi (8-12), koji ukazuju na značajnu gustinu pakovanja atoma metala. To se objašnjava činjenicom da se "jezgra" atoma, bez vanjskih elektrona, nalaze u prostoru poput kuglica istog polumjera. Za metale se najčešće nalaze tri vrste kristalnih rešetki: kubične sa centriranjem lica sa koordinacionim brojem 12, kubne sa centrima u telu sa koordinacionim brojem 8 i heksagonalne, zbijene sa koordinacionim brojem 12.

Posebne karakteristike metalnih veza i metalnih rešetki određuju tako važna svojstva metala kao što su visoke tačke topljenja, električna i toplotna provodljivost, savitljivost, duktilnost i tvrdoća.

Molekularne rešetke

Molekularne kristalne rešetke sadrže molekule na svojim čvorovima koji su međusobno povezani slabim intermolekularnim silama - van der Waalsovim ili vodikovim vezama. Na primjer, led se sastoji od molekula vode koji se drže u kristalnoj rešetki vodoničnim vezama. Isti tip uključuje kristalne rešetke mnogih supstanci prebačenih u čvrsto stanje, na primer: jednostavne supstance H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, halogeni (F 2, Cl 2, Br 2, I 2), “suhi led” CO 2, svi plemeniti gasovi i većina organskih jedinjenja.

Pošto su sile međumolekularne interakcije slabije od sila kovalentnih ili metalnih veza, molekularni kristali imaju malu tvrdoću; Oni su topljivi i isparljivi, nerastvorljivi u i ne pokazuju električnu provodljivost.

Hemija je neverovatna nauka. Toliko nevjerovatnih stvari može se naći u naizgled običnim stvarima.

Sve materijalno što nas svuda okružuje postoji u nekoliko agregatnih stanja: gasovi, tečnosti i čvrste materije. Naučnici su identifikovali i 4. - plazmu. Na određenoj temperaturi, tvar može prijeći iz jednog stanja u drugo. Na primjer, voda: kada se zagrije iznad 100, iz tečnog oblika prelazi u paru. Na temperaturama ispod 0, on se pretvara u sljedeću agregatnu strukturu - led.

Čitav materijalni svijet sadrži masu identičnih čestica koje su međusobno povezane. Ovi najmanji elementi strogo su poređani u prostoru i čine takozvani prostorni okvir.

Definicija

Kristalna rešetka je posebna struktura čvrste tvari u kojoj čestice stoje u geometrijski strogom redu u prostoru. U njemu možete pronaći čvorove - mjesta gdje se nalaze elementi: atomi, joni i molekuli i internodalni prostor.

Čvrste materije, u zavisnosti od raspona visokih i niskih temperatura, su kristalni ili amorfni - karakterizira ih odsustvo određene tačke topljenja. Kada su izloženi povišenim temperaturama, omekšaju i postepeno prelaze u tečni oblik. Ove vrste tvari uključuju: smolu, plastelin.

S tim u vezi, može se podijeliti u nekoliko tipova:

• atomski;
• jonski;
• molekularni;
• metal.

Ali na različitim temperaturama, jedna tvar može imati različite oblike i pokazati različita svojstva. Ovaj fenomen se naziva alotropska modifikacija.

Atomski tip

Kod ovog tipa čvorovi sadrže atome određene tvari koji su povezani kovalentnim vezama. Ovu vrstu veze formira par elektrona iz dva susjedna atoma. Zahvaljujući tome, povezani su ravnomjerno i u strogom redoslijedu.

Supstance sa atomskom kristalnom rešetkom karakterišu sledeća svojstva: čvrstoća i visoka tačka topljenja. Ova vrsta veze prisutna je u dijamantu, silicijumu i boru..

Jonski tip

Suprotno nabijeni ioni nalaze se na čvorovima koji stvaraju elektromagnetno polje koje karakterizira fizička svojstva tvari. To će uključivati: električnu provodljivost, vatrostalnost, gustinu i tvrdoću. Kuhinjska so i kalijum nitrat karakteriše prisustvo jonske kristalne rešetke.

Ne propustite: mehanizam edukacije, konkretni primjeri.

Molekularni tip

U čvorovima ovog tipa nalaze se joni međusobno povezani van der Waalsovim silama. Zbog slabih međumolekularnih veza, tvari poput leda, ugljičnog dioksida i parafina karakteriziraju plastičnost, električna i toplinska provodljivost.

Metalni tip

Njegova struktura podsjeća na molekularnu, ali ipak ima jače veze. Razlika između ovog tipa je u tome što njegovi čvorovi sadrže pozitivno nabijene katione. Elektroni koji se nalaze u međuprostoru prostora, učestvuju u formiranju električnog polja. Nazivaju se i električnim gasom.

Jednostavne metale i legure karakterizira tip metalne rešetke. Karakterizira ih prisustvo metalnog sjaja, plastičnost, toplinska i električna provodljivost. Mogu se topiti na različitim temperaturama.

Prema Boyleovoj atomsko-molekularnoj teoriji, sve supstance se sastoje od molekula koji su u stalnom kretanju. Ali postoji li neka specifična struktura u tvarima? Ili su jednostavno sastavljeni od nasumično pokretnih molekula?

Zapravo, sve tvari u čvrstom stanju imaju jasnu strukturu. Atomi i molekuli se kreću, ali sile privlačenja i odbijanja između čestica su uravnotežene, tako da se atomi i molekuli nalaze u određenoj tački u prostoru (ali nastavljaju da prave male fluktuacije u zavisnosti od temperature). Takve strukture se nazivaju kristalne rešetke. Mjesta na kojima se nalaze sami molekuli, ioni ili atomi se nazivaju čvorovi. A udaljenosti između čvorova se nazivaju - periodi identiteta. U zavisnosti od položaja čestica u prostoru, postoji nekoliko vrsta:

1. atomski;
2. jonski;
3. molekularni;
4. metal.

U tečnom i gasovitom stanju, supstance nemaju jasnu rešetku, njihove molekule se kreću haotično, zbog čega nemaju oblik. Na primer, kiseonik, kada je u gasovitom stanju, je bezbojan gas bez mirisa u tečnom stanju (na -194 stepena) je plavkasti rastvor. Kada temperatura padne na -219 stepeni, kiseonik prelazi u čvrsto stanje i postaje crven. rešetke, dok se pretvara u snijeg nalik masi plave boje.

Zanimljivo je da amorfne supstance nemaju jasnu strukturu, zbog čega nemaju stroge tačke topljenja i ključanja. Kada se zagriju, smola i plastelin postepeno omekšaju i postaju tekućine;

Atomska kristalna rešetka

Čvorovi sadrže atome, kao što ime govori. Ove supstance su veoma jake i izdržljive, budući da se između čestica formira kovalentna veza. Susjedni atomi dijele jedan s drugim par elektrona (ili, tačnije, njihovi elektronski oblaci su slojeviti jedan na drugom), te su stoga vrlo dobro povezani jedan s drugim. Najočigledniji primjer je dijamant, koji ima najveću tvrdoću na Mohsovoj skali. Zanimljivo je da se dijamant, kao i grafit, sastoji od ugljikohidrata. Grafit je vrlo krhka tvar (tvrdoća po Mohsu 1), što je jasan primjer koliko ovisi o vrsti.

Atomska regija rešetka slabo rasprostranjen u prirodi, uključuje: kvarc, bor, pijesak, silicijum, silicijum oksid (IV), germanijum, gorski kristal. Ove supstance karakteriše visoka tačka topljenja, čvrstoća, a ova jedinjenja su veoma tvrda i nerastvorljiva u vodi. Zbog vrlo jakih veza između atoma, ova kemijska jedinjenja jedva stupaju u interakciju s drugima i vrlo slabo provode struju.

Jonska kristalna rešetka

Kod ovog tipa, joni se nalaze na svakom čvoru. U skladu s tim, ovaj tip je karakterističan za tvari s ionskim vezama, na primjer: kalijev hlorid, kalcijum sulfat, bakar hlorid, srebro fosfat, bakar hidroksid i tako dalje. Supstance s takvom šemom povezivanja čestica uključuju;

• sol;
• hidroksidi metala;
• metalni oksidi.

Natrijum hlorid ima naizmjenično pozitivne (Na +) i negativne (Cl -) ione. Jedan jon hlora koji se nalazi u čvoru privlači dva jona natrijuma (zbog elektromagnetnog polja) koji se nalaze u susednim čvorovima. Tako se formira kocka u kojoj su čestice međusobno povezane.

Jonsku rešetku karakterišu čvrstoća, vatrostalnost, stabilnost, tvrdoća i neisparljivost. Neke supstance mogu provoditi električnu energiju.

Molekularna kristalna rešetka

Čvorovi ove strukture sadrže molekule koji su čvrsto zbijeni zajedno. Takve tvari karakteriziraju kovalentne polarne i nepolarne veze. Zanimljivo je da, bez obzira na kovalentnu vezu, postoji vrlo slaba privlačnost između čestica (zbog slabih van der Waalsovih sila). Zbog toga su takve tvari vrlo krhke, imaju nisku tačku ključanja i topljenja, a također su i isparljive. Ove supstance uključuju: vodu, organske supstance (šećer, naftalen), ugljen monoksid (IV), sumporovodik, plemeniti gasovi, dvo- (vodonik, kiseonik, hlor, azot, jod), tri- (ozon), četiri- (fosfor ), osmoatomske (sumporne) supstance i tako dalje.

Jedna od karakterističnih karakteristika je to je da je strukturni i prostorni model očuvan u svim fazama (čvrstim, tekućim i plinovitim).

Metalna kristalna rešetka

Zbog prisustva jona u čvorovima, metalna rešetka može izgledati slično ionskoj rešetki. Zapravo, radi se o dva potpuno različita modela, s različitim svojstvima.

Metal je mnogo fleksibilniji i duktilniji od jonskog, odlikuje se čvrstoćom, visokom električnom i toplotnom provodljivošću, ove supstance se dobro tope i dobro provode električnu struju. To se objašnjava činjenicom da čvorovi sadrže pozitivno nabijene metalne ione (katione), koji se mogu kretati kroz strukturu, čime se osigurava protok elektrona. Čestice se haotično kreću oko svog čvora (nemaju dovoljno energije da pređu dalje), ali čim se pojavi električno polje, elektroni formiraju struju i jure iz pozitivne u negativnu regiju.

Kristalna rešetka metala je karakteristična za metale, na primjer: olovo, natrijum, kalij, kalcij, srebro, željezo, cink, platinu i tako dalje. Između ostalog, podijeljena je na nekoliko vrsta ambalaže: heksagonalno, tijelo usmjereno (najmanje gusto) i lice usmjereno. Prvi paket je tipičan za cink, kobalt, magnezijum, drugi za barijum, gvožđe, natrijum, treći za bakar, aluminijum i kalcijum.

dakle, ovisno o vrsti rešetke mnoga svojstva zavise, kao i struktura supstance. Poznavajući vrstu, možete predvidjeti, na primjer, kolika će biti vatrostalnost ili snaga objekta.