Това, което съществува в природата, е образувано от голям брой еднакви частици, които са свързани помежду си. Всички вещества съществуват в три агрегатни състояния: газообразно, течно и твърдо. Когато топлинното движение е затруднено (при ниски температури), както и в твърди тела, частиците са строго ориентирани в пространството, което се проявява в тяхната точна структурна организация.
Кристалната решетка на дадено вещество е структура с геометрично подредено разположение на частици (атоми, молекули или йони) в определени точки в пространството. В различните решетки се прави разлика между междувъзловото пространство и самите възли - точките, в които са разположени самите частици.
Има четири типа кристална решетка: метална, молекулярна, атомна, йонна. Видовете решетки се определят в съответствие с вида на частиците, разположени в техните възли, както и от характера на връзките между тях.
Кристалната решетка се нарича молекулярна, ако молекулите са разположени в нейните възли. Те са свързани чрез междумолекулни относително слаби сили, наречени сили на Ван дер Ваалс, но самите атоми вътре в молекулата са свързани чрез значително по-силна или неполярна сила). Молекулярната кристална решетка е характерна за хлора, твърдия водород и други вещества, които са газообразни при обикновени температури.
Кристалите, които образуват благородните газове, също имат молекулни решетки, състоящи се от едноатомни молекули. Повечето органични твърди вещества имат тази структура. Броят на които има молекулярна структура е много малък. Това са например твърди водородни халиди, естествена сяра, лед, прости твърди вещества и някои други.
При нагряване относително слабите междумолекулни връзки се разрушават доста лесно, поради което веществата с такива решетки имат много ниски точки на топене и ниска твърдост, те са неразтворими или слабо разтворими във вода, техните разтвори практически не провеждат електрически ток и се характеризират със значителна летливост . Минималните точки на кипене и топене са за вещества, направени от неполярни молекули.
Кристална решетка се нарича метална, чиито възли са образувани от атоми и положителни йони (катиони) на метала със свободни валентни електрони (откъснати от атомите по време на образуването на йони), произволно движещи се в обема на кристала. Въпреки това, тези електрони са по същество полусвободни, тъй като те могат да се движат свободно само в рамката, която е ограничена от дадена кристална решетка.
Електростатичните електрони и положителните метални йони се привличат взаимно, което обяснява стабилността на металната кристална решетка. Съвкупността от свободно движещи се електрони се нарича електронен газ - осигурява добра електрическа и Когато се появи електрическо напрежение, електроните се втурват към положителната частица, участвайки в създаването на електрически ток и взаимодействайки с йони.
Металната кристална решетка е характерна предимно за елементарните метали, както и за съединенията на различни метали помежду си. Основните свойства, които са присъщи на металните кристали (механична якост, летливост, се колебаят доста силно. Въпреки това, такива физични свойства като пластичност, ковкост, висока електрическа и топлопроводимост и характерен метален блясък са характерни само за кристали с метална решетка .
Твърдите вещества съществуват в кристални и аморфни състояния и са предимно кристални по структура. Отличава се с правилното разположение на частиците в точно определени точки, характеризиращо се с периодично повторение в обема, ако мислено свържете тези точки с прави линии, получаваме пространствена рамка, която се нарича кристална решетка. Концепцията за „кристална решетка“ се отнася до геометричен модел, който описва триизмерната периодичност в подреждането на молекули (атоми, йони) в кристално пространство.
Разположенията на частиците се наричат възли на решетката. Вътре в рамката има междувъзлови връзки. Видът на частиците и характерът на връзката между тях: молекули, атоми, йони определят общо четири вида: йонни, атомни, молекулни и метални.
Ако йони (частици с отрицателен или положителен заряд) са разположени в местата на решетката, тогава това е йонна кристална решетка, характеризираща се с връзки със същото име.
Тези връзки са много силни и стабилни. Следователно веществата с този тип структура имат доста висока твърдост и плътност, са нелетливи и огнеупорни. При ниски температури те действат като диелектрици. Въпреки това, когато такива съединения се стопят, геометрично правилната йонна кристална решетка (подреждането на йони) се нарушава и здравината на връзките намалява.
При температури, близки до точката на топене, кристалите с йонни връзки вече са способни да провеждат електрически ток. Такива съединения са лесно разтворими във вода и други течности, които се състоят от полярни молекули.
Йонна кристална решетка е характерна за всички вещества с йонен тип връзка - соли, метални хидроксиди, бинарни съединения на метали с неметали. няма насоченост в пространството, тъй като всеки йон е свързан с няколко противойона наведнъж, чиято сила на взаимодействие зависи от разстоянието между тях (закон на Кулон). Йонно свързаните съединения имат немолекулна структура; те са твърди вещества с йонна решетка, висока полярност, високи точки на топене и кипене и са електропроводими във водни разтвори. Съединенията с йонни връзки практически никога не се срещат в чист вид.
Йонната кристална решетка е присъща на някои хидроксиди и оксиди на типични метали, соли, т.е. вещества с йонни
В допълнение към йонните връзки, кристалите съдържат метални, молекулни и ковалентни връзки.
Кристалите, които имат ковалентна връзка, са полупроводници или диелектрици. Типични примери за атомни кристали са диамант, силиций и германий.
Диамантът е минерал, алотропна кубична модификация (форма) на въглерода. Диамантената кристална решетка е атомна и много сложна. Във възлите на такава решетка има атоми, свързани помежду си чрез изключително силни ковалентни връзки. Диамантът се състои от отделни въглеродни атоми, подредени един по един в центъра на тетраедър, чиито върхове са четирите най-близки атома. Тази решетка се характеризира с лицево-центрирана кубична структура, която определя максималната твърдост на диаманта и доста висока точка на топене. В диамантената решетка няма молекули - и кристалът може да се разглежда като една впечатляваща молекула.
В допълнение, той е характерен за силиций, твърд бор, германий и съединения на отделни елементи със силиций и въглерод (силициев диоксид, кварц, слюда, речен пясък, карборунд). Като цяло има относително малко представители с атомна решетка.
В химически взаимодействия влизат не отделни атоми или молекули, а вещества. Веществата се класифицират според вида на връзката молекулярноИ немолекулна структура. Веществата, изградени от молекули, се наричат молекулярни вещества. Връзките между молекулите в такива вещества са много слаби, много по-слаби, отколкото между атомите вътре в молекулата, и дори при относително ниски температури те се разпадат - веществото се превръща в течност и след това в газ (сублимация на йод). Точките на топене и кипене на веществата, състоящи се от молекули, се увеличават с увеличаване на молекулното тегло. ДА СЕ молекулярни веществавключват вещества с атомна структура (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), сред тях има метали и неметали. Към вещества немолекулна структуравключват йонни съединения. Повечето съединения на метали с неметали имат тази структура: всички соли (NaCl, K 2 SO 4), някои хидриди (LiH) и оксиди (CaO, MgO, FeO), основи (NaOH, KOH). Йонни (немолекулни) веществаимат високи точки на топене и кипене.
Твърдите вещества се делят на кристален и аморфен.
Аморфни веществаТе нямат ясна точка на топене - при нагряване те постепенно омекват и преминават в течно състояние. Например пластилинът и различните смоли са в аморфно състояние.
Кристални веществахарактеризиращи се с правилното разположение на частиците, от които се състоят: атоми, молекули и йони – в строго определени точки в пространството. Когато тези точки са свързани с прави линии, се образува пространствена рамка, наречена кристална решетка. Точките, в които са разположени кристалните частици, се наричат възли на решетката. В зависимост от вида на частиците, разположени във възлите на кристалната решетка и естеството на връзката между тях, се разграничават четири вида кристални решетки: йонни, атомни, молекулярни и метални.
Кристалните решетки се наричат йонни, във възлите на които има йони. Те се образуват от вещества с йонни връзки, които могат да свързват както прости йони Na+, Cl -, така и сложни SO 4 2-, OH -. Следователно солите и някои оксиди и хидроксиди на метали имат йонни кристални решетки. Например, кристал на натриев хлорид е изграден от редуващи се положителни Na + и отрицателни Cl - йони, образувайки решетка с форма на куб. Връзките между йони в такъв кристал са много стабилни. Следователно веществата с йонна решетка се характеризират с относително висока твърдост и якост, те са огнеупорни и нелетливи.
Кристална решетка – а) и аморфна решетка – б).
Кристална решетка – а) и аморфна решетка – б). Атоменсе наричат кристални решетки, в чиито възли има отделни атоми. В такива решетки атомите са свързани помежду си много силни ковалентни връзки. Пример за вещества с този тип кристална решетка е диамантът, една от алотропните модификации на въглерода. Повечето вещества с атомна кристална решетка имат много високи точки на топене (например за диаманта е над 3500 ° C), те са здрави и твърди и практически неразтворими.
Молекулярнасе наричат кристални решетки, в чиито възли са разположени молекули. Химичните връзки в тези молекули могат да бъдат както полярни (HCl, H 2 O), така и неполярни (N 2, O 2). Въпреки факта, че атомите вътре в молекулите са свързани с много силни ковалентни връзки, между самите молекули действат слаби сили на междумолекулно привличане. Следователно веществата с молекулярни кристални решетки имат ниска твърдост, ниски точки на топене и са летливи. Повечето твърди органични съединения имат молекулни кристални решетки (нафталин, глюкоза, захар).
Молекулярна кристална решетка (въглероден диоксид) Вещества със метална връзкаимат метални кристални решетки. Във възлите на такива решетки има атоми и йони(атоми или йони, в които металните атоми лесно се трансформират, предавайки своите външни електрони „за обща употреба“). Тази вътрешна структура на металите определя техните характерни физични свойства: ковкост, пластичност, електрическа и топлопроводимост, характерен метален блясък.
Теми на кодификатора на Единния държавен изпит:Вещества с молекулярна и немолекулна структура. Тип кристална решетка. Зависимост на свойствата на веществата от техния състав и структура.
Всички молекули са изградени от малки частици, наречени атоми. Всички открити в момента атоми са събрани в периодичната таблица.
атоме най-малката, химически неделима частица от вещество, която запазва своите химични свойства. Атомите се свързват един с друг химически връзки. Вече разгледахме a. Не пропускайте да изучавате теорията по темата: Видове химични връзки, преди да изучавате тази статия!
Сега нека да разгледаме как частиците в материята могат да се свързват.
В зависимост от разположението на частиците една спрямо друга, свойствата на образуваните от тях вещества могат да варират значително. Така че, ако частиците са разположени на разстояние една от друга далеч(разстоянието между частиците е много по-голямо от размера на самите частици), практически не взаимодействат помежду си, движат се в пространството хаотично и непрекъснато, тогава имаме работа с газ .
Ако частиците се намират близоедин към друг, но хаотичен, Повече ▼ взаимодействат помежду си, правят интензивни осцилаторни движения в една позиция, но могат да скочат в друга позиция, тогава това е модел на структурата течности .
Ако частиците се намират близоедин към друг, но повече по подреден начин, И взаимодействайте повечепомежду си, но се движат само в рамките на едно равновесно положение, практически без да се преместват в други ситуация, с която се занимаваме твърдо .
Повечето известни химически вещества и смеси могат да съществуват в твърдо, течно и газообразно състояние. Най-простият пример е вода. При нормални условия то течност, при 0 o C замръзва - преминава от течно състояние в твърд, а при 100 o C кипи - превръща се в газова фаза- водна пара. Освен това много вещества при нормални условия са газове, течности или твърди вещества. Например въздухът - смес от азот и кислород - е газ при нормални условия. Но при високо налягане и ниска температура азотът и кислородът кондензират и преминават в течна фаза. Течният азот се използва активно в промишлеността. Понякога изолиран плазма, и течни кристали,като отделни фази.
Обясняват се много свойства на отделните вещества и смеси взаимно разположение на частиците в пространството една спрямо друга!
Тази статия разглежда свойства на твърдите тела, в зависимост от тяхната структура. Основни физични свойства на твърдите тела: точка на топене, електропроводимост, топлопроводимост, механична якост, пластичност и др.
Температура на топене - това е температурата, при която веществото преминава от твърда фаза в течна фаза и обратно.
е способността на веществото да се деформира без разрушаване.
Електропроводимост е способността на веществото да провежда ток.
Токът е подреденото движение на заредени частици. По този начин токът може да се извършва само от вещества, които съдържат подвижни заредени частици. Въз основа на способността си да провеждат ток, веществата се делят на проводници и диелектрици. Проводниците са вещества, които могат да провеждат ток (т.е. съдържат подвижни заредени частици). Диелектриците са вещества, които практически не провеждат ток.
В твърдо вещество могат да се намират частици от вещество хаотичен, или по-подреденО. Ако частиците на твърдо вещество са разположени в пространството хаотичен, веществото се нарича аморфен. Примери за аморфни вещества – въглища, слюдено стъкло.
Ако частиците на твърдо вещество са подредени в пространството по подреден начин, т.е. образуват повтарящи се триизмерни геометрични структури, такова вещество се нарича кристал, а самата конструкция – кристална решетка . Повечето от познатите ни вещества са кристали. Самите частици се намират в възликристална решетка.
Кристалните вещества се отличават по-специално с тип химична връзка между частиците в кристал – атомен, молекулен, метален, йонен; според геометричната форма на най-простата клетка на кристална решетка - кубична, шестоъгълна и др.
Зависи от тип частици, които образуват кристална решетка , различавам атомна, молекулярна, йонна и метална кристална структура .
Когато възлите на кристала са разположени, се образува атомна кристална решетка атоми. Атомите са силно свързани помежду си ковалентни химични връзки. Съответно, такава кристална решетка ще бъде много издръжлив, не е лесно да го унищожиш. Атомна кристална решетка може да се образува от атоми с висока валентност, т.е. с голям брой връзки със съседни атоми (4 или повече). Като правило това са неметали: прости вещества - силиций, бор, въглерод (алотропни модификации диамант, графит) и техните съединения (бор въглерод, силициев оксид (IV) и др..). Тъй като между неметалите възникват предимно ковалентни химични връзки, свободни електрони(като други заредени частици) във вещества с атомна кристална решетка в повечето случаи не. Следователно, такива вещества обикновено са провеждат електричество много лошо, т.е. са диелектрици. Това са общи модели, от които има редица изключения.
Комуникация между частици в атомни кристали: .
Във възлите на кристала с разположена атомна кристална структура атоми.
Фазово състояние атомни кристали при нормални условия: като правило, твърди вещества.
вещества, образуващи атомни кристали в твърдо състояние:
Физични свойства на веществата с атомна кристална решетка:
— сила;
— огнеупорност (висока точка на топене);
— ниска електропроводимост;
— ниска топлопроводимост;
— химическа инертност (неактивни вещества);
- неразтворимост в разтворители.
Молекулярна кристална решетка- това е решетка, в чиито възли има молекули. Задържа молекули в кристал слаби сили на междумолекулно привличане (сили на Ван дер Ваалс, водородни връзки или електростатично привличане). Съответно, такава кристална решетка, като правило, доста лесен за унищожаване. Вещества с молекулярна кристална решетка – топим, крехък. Колкото по-голяма е силата на привличане между молекулите, толкова по-висока е точката на топене на веществото. По правило температурите на топене на вещества с молекулярна кристална решетка не са по-високи от 200-300 К. Следователно при нормални условия повечето вещества с молекулярна кристална решетка съществуват във формата газове или течности. Молекулярната кристална решетка, като правило, се образува в твърда форма от киселини, неметални оксиди, други бинарни съединения на неметали, прости вещества, които образуват стабилни молекули (кислород O 2, азот N 2, вода H 2 O, и др.), органични вещества. По правило това са вещества с ковалентна полярна (по-рядко неполярна) връзка. защото електроните участват в химични връзки, вещества с молекулярна кристална решетка - диелектрици, не провеждат топлина добре.
Комуникация между частици в молекулни кристали: m междумолекулни, електростатични или междумолекулни сили на привличане.
Във възлите на кристала с разположена молекулярна кристална структура молекули.
Фазово състояние молекулярни кристали при нормални условия: газове, течности и твърди вещества.
вещества, образуващи се в твърдо състояние молекулярни кристали:
Физични свойства вещества с молекулярна кристална решетка:
— стопяемост (ниска точка на топене):
— висока свиваемост;
— молекулните кристали в твърдо състояние, както и в разтвори и стопилки, не провеждат ток;
- фазово състояние при нормални условия - газове, течности, твърди вещества;
— висока волатилност;
- ниска твърдост.
Ако има заредени частици в кристалните възли – йони, можем да говорим за йонна кристална решетка . Обикновено йонните кристали се редуват положителни йони(катиони) и отрицателни йони(аниони), така че частиците се задържат в кристала сили на електростатично привличане . В зависимост от вида на кристала и вида на йоните, образуващи кристала, такива вещества могат да бъдат доста издръжлив и огнеупорен. В твърдо състояние в йонните кристали обикновено няма подвижни заредени частици. Но когато кристалът се разтвори или стопи, йоните се освобождават и могат да се движат под въздействието на външно електрическо поле. Тези. Само разтвори или стопилки провеждат токйонни кристали. Йонната кристална решетка е характерна за веществата с йонна химична връзка. Примеритакива вещества - сол NaCl, калциев карбонат– CaCO 3 и др. Йонна кристална решетка, като правило, се образува в твърдата фаза соли, основи, както и метални оксиди и бинарни съединения на метали и неметали.
Комуникация между частици в йонни кристали: .
Във възлите на кристала с разположена йонна решетка йони.
Фазово състояние йонни кристали при нормални условия: като правило, твърди вещества.
Химически вещества с йонна кристална решетка:
Физични свойства на вещества с йонна кристална структура:
— висока точка на топене (огнеупорност);
— разтвори и стопилки на йонни кристали са проводници на ток;
— повечето съединения са разтворими в полярни разтворители (вода);
- състояние на твърда фаза за повечето съединения при нормални условия.
И накрая, металите се характеризират със специален тип пространствена структура - метална кристална решетка, което се дължи метална химична връзка . Металните атоми държат валентни електрони доста слабо. В кристал, образуван от метал, следните процеси протичат едновременно: Някои атоми се отказват от електрони и се превръщат в положително заредени йони; тези електроните се движат произволно в кристала; някои електрони се привличат от йони. Тези процеси протичат едновременно и хаотично. По този начин, възникват йони , както при образуването на йонна връзка, и се образуват споделени електрони , както при образуването на ковалентна връзка. Свободните електрони се движат произволно и непрекъснато в целия обем на кристала, подобно на газ. Затова понякога ги наричат " електронен газ " Поради наличието на голям брой подвижни заредени частици, метали провеждат ток и топлина. Точката на топене на металите варира значително. Характеризират се и металите особен метален блясък, ковкост, т.е. способността да променя формата си без разрушаване при силен механичен стрес, т.к химическите връзки не се разрушават.
Комуникация между частици : .
Във възлите на кристала с разположена метална решетка метални йони и атоми.
Фазово състояние метали при нормални условия: обикновено твърди вещества(изключение прави живак, течност при нормални условия).
Химически вещества с метална кристална решетка - прости вещества - метали.
Физични свойства на веществата с метална кристална решетка:
— висока топло- и електропроводимост;
— ковкост и пластичност;
- метален блясък;
- металите обикновено са неразтворими в разтворители;
- Повечето метали са твърди вещества при нормални условия.
Видът на кристалната решетка (или липсата на кристална решетка) позволява да се оценят основните физични свойства на веществото. За грубо сравняване на типичните физични свойства на съединения с различни кристални решетки е много удобно да се използват химикали с характерни свойства. За молекулна решетка това е, например, въглероден двуокис, за атомна кристална решетка - диамант, за метал - мед, а за йонната кристална решетка - сол, натриев хлорид NaCl.
Обобщена таблица за структурите на прости вещества, образувани от химични елементи от основните подгрупи на периодичната таблица (елементите от вторичните подгрупи са метали, следователно имат метална кристална решетка).
Последната таблица на връзката между свойствата на веществата и тяхната структура:
Както знаем, всички материални вещества могат да съществуват в три основни състояния: течно, твърдо и газообразно. Вярно е, че има и състояние на плазмата, което учените смятат за не по-малко от четвъртото състояние на материята, но нашата статия не е за плазмата. Следователно твърдото състояние на дадено вещество е твърдо, защото има специална кристална структура, чиито частици са в определен и ясно определен ред, като по този начин създават кристална решетка. Структурата на кристалната решетка се състои от повтарящи се идентични елементарни клетки: атоми, молекули, йони и други елементарни частици, свързани с различни възли.
В зависимост от частиците на кристалната решетка има четиринадесет вида, ето най-популярните от тях:
Основната характеристика на структурата на кристалната решетка на йони са противоположните електрически заряди на самите йони, в резултат на което се образува електромагнитно поле, което определя свойствата на веществата с йонна кристална решетка. А това са огнеупорност, твърдост, плътност и способност за провеждане на електрически ток. Типичен пример за йонна кристална решетка е готварската сол.
Веществата с атомна кристална решетка, като правило, имат силни атоми в своите възли. Ковалентна връзка възниква, когато два идентични атома споделят братски електрони един с друг, като по този начин образуват обща двойка електрони за съседни атоми. Поради това ковалентните връзки свързват атомите плътно и равномерно в строг ред - може би това е най-характерната черта на структурата на атомната кристална решетка. Химическите елементи с подобни връзки могат да се похвалят със своята твърдост и висока точка на топене. Химически елементи като диамант, силиций, германий и бор имат атомна кристална решетка.
Молекулният тип кристална решетка се характеризира с наличието на стабилни и плътно опаковани молекули. Те са разположени във възлите на кристалната решетка. В тези възли те се държат от сили на Ван дер Валц, които са десет пъти по-слаби от силите на йонното взаимодействие. Ярък пример за молекулярна кристална решетка е ледът - твърдо вещество, което обаче има свойството да се превръща в течност - връзките между молекулите на кристалната решетка са много слаби.
Видът на свързване на метална кристална решетка е по-гъвкав и пластичен от йонния, въпреки че на външен вид те са много сходни. Неговата отличителна черта е наличието на положително заредени катиони (метални йони) в местата на решетката. Между възлите живеят електрони, които участват в създаването на електрическо поле; тези електрони се наричат още електрически газ. Наличието на такава структура на метална кристална решетка обяснява нейните свойства: механична якост, топло- и електропроводимост, плавимост.
