Supstance koje imaju ionsku kristalnu rešetku formiraju niz. Atomska, molekularna, jonska i metalna kristalna rešetka

Struktura materije.

U hemijske interakcije ne ulaze pojedinačni atomi ili molekuli, već supstance.
Naš zadatak je da se upoznamo sa strukturom materije.

At niske temperature Za supstance, stabilno čvrsto stanje je stabilno.

☼ Najčvršća supstanca u prirodi je dijamant. Smatra se kraljem svih dragulja i drago kamenje. I samo njegovo ime na grčkom znači „neuništivo“. Na dijamante se dugo gledalo kao na čudesno kamenje. Vjerovalo se da osoba koja nosi dijamante ne poznaje želučane bolesti, nije pod utjecajem otrova, zadržava pamćenje i veselo raspoloženje do starosti i uživa kraljevsku naklonost.

☼ Dijamant koji je podvrgnut obradi nakita - rezanju, poliranju - naziva se dijamant.

Prilikom topljenja kao rezultat termičkih vibracija, redosled čestica se poremeti, one postaju pokretne, a priroda hemijske veze nije narušena. Dakle, ne postoje fundamentalne razlike između čvrstog i tečnog stanja.
Tečnost dobija tečnost (tj. sposobnost da poprimi oblik posude).

Tečni kristali.

Tečni kristali su otvoreni kasno XIX stoljeća, ali su proučavani u posljednjih 20-25 godina. Mnogi uređaji za prikaz moderna tehnologija, na primjer, neki elektronski satovi, mini-računari, rade na tečnim kristalima.

Općenito, riječi "tečni kristali" ne zvuče ništa manje neobično od "vrućeg leda". Međutim, u stvarnosti, led može biti i vruć, jer... pri pritisku većem od 10.000 atm. vodeni led se topi na temperaturama iznad 2000 C. Neobičnost kombinacije "tečni kristali" je u tome što tečno stanje ukazuje na pokretljivost strukture, a kristal implicira strogi red.

Ako se tvar sastoji od poliatomskih molekula izduženog ili lamelarnog oblika i asimetrične strukture, onda kada se topi, ovi molekuli su orijentirani na određeni način u odnosu jedan prema drugom (njihove dugačke osi su paralelne). U tom slučaju, molekuli se mogu slobodno kretati paralelno sa sobom, tj. sistem dobija svojstvo fluidnosti karakteristično za tečnost. Istovremeno, sistem zadržava uređenu strukturu, koja određuje svojstva karakteristična za kristale.

Velika pokretljivost takve konstrukcije omogućava njeno upravljanje kroz vrlo slabe utjecaje (toplinske, električne, itd.), tj. namjerno mijenjati svojstva tvari, uključujući i optička, uz vrlo malu potrošnju energije, što se koristi u modernoj tehnologiji.

Vrste kristalnih rešetki.

Bilo koji hemijska supstanca obrazovan veliki broj identične čestice koje su međusobno povezane.
Na niskim temperaturama, kada termičko kretanje teško, čestice su striktno orijentisane u prostoru i formiraju kristalnu rešetku.

Kristalna rešetka je struktura sa geometrijskim ispravna lokacijačestice u svemiru.

U samoj kristalnoj rešetki razlikuju se čvorovi i internodalni prostor.
Ista supstanca, zavisno od uslova (p, t,...), postoji u različitim kristalnim oblicima (tj. imaju različite kristalne rešetke) - alotropske modifikacije koje se razlikuju po svojstvima.
Na primjer, poznate su četiri modifikacije ugljika: grafit, dijamant, karbin i lonsdaleit.

☼ Četvrta vrsta kristalnog ugljika, "lonsdaleite", malo je poznata. Otkriven je u meteoritima i dobijen umjetno, a njegova struktura se još uvijek proučava.

☼ čađ, koksa, drveni ugalj klasificirani kao amorfni ugljični polimeri. Međutim, sada je postalo poznato da su to i kristalne supstance.

☼ Inače, u čađi su pronađene sjajne crne čestice koje su nazvane "ogledalasti ugljenik". Ugljik ogledala je hemijski inertan, otporan na toplotu, nepropustan za gasove i tečnosti, ima glatku površinu i apsolutno je kompatibilan sa živim tkivima.

☼ Naziv grafit dolazi od italijanskog “graffito” - pišem, crtam. Grafit je tamno sivi kristal sa slabim metalnim sjajem i ima slojevitu rešetku. Pojedinačni slojevi atoma u kristalu grafita, međusobno relativno slabo povezani, lako se odvajaju jedan od drugog.

VRSTE KRISTALNIH REŠETKI

Svojstva tvari s različitim kristalnim rešetkama (tabela)

Ako je stopa rasta kristala niska nakon hlađenja, formira se staklasto stanje (amorfno).

Odnos između položaja elementa u Periodni sistem i kristalnu rešetku njegove jednostavne supstance.

Postoji bliska veza između položaja elementa u periodnom sistemu i kristalne rešetke njegove odgovarajuće elementarne supstance.

Jednostavne supstance preostalih elemenata imaju metalnu kristalnu rešetku.

FIXING

Proučite materijal sa predavanja i pismeno odgovorite na sljedeća pitanja u svojoj bilježnici:
- Šta je kristalna rešetka?
- Koje vrste kristalnih rešetki postoje?
- Opišite svaku vrstu kristalne rešetke prema planu:

Šta se nalazi u čvorovima kristalne rešetke, strukturna jedinica → Vrsta hemijske veze između čestica čvora → Sile interakcije između čestica kristala → Fizička svojstva, uzrokovano kristalnom rešetkom → Fizičko stanje supstance na normalnim uslovima→ Primjeri

Izvršite zadatke na ovu temu:

- Koju vrstu kristalne rešetke imaju sledeće supstance koje se široko koriste u svakodnevnom životu: voda, sirćetna kiselina (CH3 COOH), šećer (C12 H22 O11), kalijumovo đubrivo (KCl), rečni pesak (SiO2) - tačka topljenja 1710 0C, amonijak (NH3), kuhinjska so? Donesite opći zaključak: po kojim svojstvima tvari se može odrediti tip njene kristalne rešetke?
Koristeći formule datih supstanci: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - odredite vrstu kristalne rešetke (jonske, molekularne) svakog jedinjenja i na osnovu toga opišite fizička svojstva svake od četiri supstance.
Trener br. 1. "kristalne rešetke"
Trener br. 2. "Probni zadaci"
Test (samokontrola):

1) Supstance koje imaju molekularnu kristalnu rešetku, po pravilu:
a). vatrostalna i vrlo topljiva u vodi
b). topljiv i hlapljiv
V). Čvrsta i električno provodljiva
G). Toplotno provodljiv i plastičan

2) Koncept "molekula" nije primenljiv na strukturnu jedinicu supstance:

b). kiseonik

V). dijamant

3) Atomska kristalna rešetka je karakteristična za:

a). aluminijum i grafit

b). sumpora i joda

V). silicijum oksid i natrijum hlorid

G). dijamant i bor

4) Ako je supstanca jako rastvorljiva u vodi, jeste visoka temperatura topljenje, električno provodljivo, zatim njegova kristalna rešetka:

A). molekularni

b). atomski

V). jonski

G). metal

Čvrste tvari postoje u kristalnim i amorfnim stanjima i uglavnom ih imaju kristalna struktura. Odlikuje se pravilnom lokacijom čestica na tačno određenim tačkama, koje karakteriše periodično ponavljanje u volumenu. Koncept "kristalne rešetke" odnosi se na geometrijski obrazac koji opisuje trodimenzionalnu periodičnost u rasporedu molekula (atoma, jona) u kristalnom prostoru.

Lokacije čestica nazivaju se čvorovi rešetke. Unutar okvira postoje internodalne veze. Tip čestica i priroda veze između njih: molekule, atomi, ioni određuju ukupno četiri tipa: jonske, atomske, molekularne i metalne.

Ako ioni (čestice sa negativnim ili pozitivan naboj), onda je ovo ionska kristalna rešetka koju karakteriziraju istoimene veze.

Ove veze su veoma jake i stabilne. Stoga tvari s ovom vrstom strukture imaju prilično visoku tvrdoću i gustoću, neisparljive su i vatrostalne. Na niskim temperaturama djeluju kao dielektrici. Međutim, kada se takva jedinjenja tope, geometrijski ispravna ionska kristalna rešetka (raspored jona) se poremeti i jačina veza se smanjuje.

Na temperaturama blizu tačke topljenja, kristali sa jonskim vezama već su sposobni da provode električnu struju. Ovakva jedinjenja su lako rastvorljiva u vodi i drugim tečnostima koje se sastoje od polarnih molekula.

Jonska kristalna rešetka je karakteristična za sve supstance sa ionskim tipom veze - soli, metalni hidroksidi, binarna jedinjenja metala sa nemetalima. nema usmjerenost u prostoru, jer je svaki ion povezan s nekoliko protujona odjednom, čija snaga interakcije ovisi o udaljenosti između njih (Coulombov zakon). Jedinjenja sa jonskim vezama imaju nemolekularnu strukturu; jonske rešetke, visokog polariteta, visoke tačke topljenja i ključanja, in vodeni rastvori biti električno provodljiv. Jedinjenja sa jonskim vezama u čista forma praktično se nikada ne javlja.

Jonska kristalna rešetka je svojstvena nekim hidroksidima i oksidima tipičnih metala, soli, tj. supstance sa jonskim

Osim ionskih, u kristalima postoje metalne, molekularne i kovalentne veze.

Kristali koji imaju kovalentnu vezu su poluvodiči ili dielektrici. Tipični primjeri atomskih kristala su dijamant, silicijum i germanijum.

Dijamant je mineral, alotropska kubična modifikacija (oblik) ugljika. Kristalna rešetka dijamanta je atomska i vrlo složena. U čvorovima takve rešetke nalaze se atomi međusobno povezani izuzetno jakim kovalentnim vezama. Dijamant se sastoji od pojedinačnih atoma ugljika, raspoređenih jedan po jedan u središtu tetraedra, čiji su vrhovi četiri najbliža atoma. Ovu rešetku karakterizira kubična struktura usmjerena na lice, koja određuje maksimalnu tvrdoću dijamanta i prilično visoku tačku topljenja. U dijamantskoj rešetki nema molekula - i kristal se može posmatrati kao jedan impresivan molekul.

Osim toga, karakterističan je za silicijum, čvrsti bor, germanijum i spojeve pojedinih elemenata sa silicijumom i ugljenikom (silicijum, kvarc, liskun, rečni pesak, karborund). Generalno, predstavnici iz atomska rešetka relativno malo.

Stranica 1

Molekularne kristalne rešetke i odgovarajuće molekularne veze formiraju se pretežno u kristalima onih supstanci u čijim molekulima su veze kovalentne. Kada se zagrije, veze između molekula se lako uništavaju, zbog čega tvari s molekularnom rešetkom imaju niske točke topljenja.  

Molekularne kristalne rešetke formiraju se od polarnih molekula, između kojih nastaju sile interakcije, takozvane van der Waalsove sile, koje imaju elektricne prirode. U molekularnoj rešetki formiraju prilično slabu vezu. Led, prirodni sumpor i mnoga organska jedinjenja imaju molekularnu kristalnu rešetku.  

Molekularna kristalna rešetka joda prikazana je na Sl. 3.17. Najkristalniji organska jedinjenja imaju molekularnu rešetku.  

Čvorovi molekularne kristalne rešetke formirani su od molekula. Na primjer, kristali vodonika, kisika, dušika, plemenitih plinova, ugljičnog dioksida, organske materije.  

Prisustvo molekularne kristalne rešetke čvrste faze razlog je neznatne adsorpcije jona iz matične tečnosti, a samim tim i mnogo veće čistoće precipitata u odnosu na precipitate koje karakteriše jonski kristal. Budući da se taloženje u ovom slučaju dešava u području optimalne kiselosti, koje je različito za jone precipitirane ovim reagensom, to zavisi od vrijednosti odgovarajućih konstanti stabilnosti kompleksa. Ova činjenica omogućava da se podešavanjem kiselosti otopine postigne selektivna, a ponekad čak i specifična precipitacija određenih iona. Slični rezultati se često mogu dobiti odgovarajućom modifikacijom donorskih grupa u organskim reagensima, uzimajući u obzir karakteristike kompleksirajućih katjona koji se precipitiraju.  

U molekularnim kristalnim rešetkama uočava se lokalna anizotropija veza, odnosno: unutarmolekulske sile su vrlo velike u odnosu na intermolekularne.  

U molekularnim kristalnim rešetkama, molekuli se nalaze na mjestima rešetke. Većina tvari s kovalentnim vezama formira kristale ovog tipa. Molekularne rešetke formiraju čvrsti vodik, hlor, ugljični dioksid i druge tvari koje su plinovite na uobičajenim temperaturama. Ovoj vrsti pripadaju i kristali većine organskih supstanci. Dakle, poznato je mnogo tvari s molekularnom kristalnom rešetkom.  

U molekularnim kristalnim rešetkama, sastavni molekuli su međusobno povezani pomoću relativno slabih van der Waalsovih sila, dok su atomi unutar molekula povezani mnogo jačim kovalentnim vezama. Stoga, u takvim rešetkama molekuli zadržavaju svoju individualnost i zauzimaju jedno mjesto u kristalnoj rešetki. Zamjena je ovdje moguća ako su molekule slične po obliku i veličini. Budući da su sile koje povezuju molekule relativno slabe, granice supstitucije su ovdje mnogo šire. Kako je Nikitin pokazao, atomi plemenitih plinova mogu izomorfno zamijeniti molekule CO2, SO2, CH3COCH3 i druge u rešetkama ovih supstanci. Sličnosti hemijska formula ovdje se ispostavilo da nije obavezno.  

U molekularnim kristalnim rešetkama, molekuli se nalaze na mjestima rešetke. Većina tvari s kovalentnim vezama formira kristale ovog tipa. Molekularne rešetke formiraju čvrsti vodik, hlor, ugljični dioksid i druge tvari koje su plinovite na uobičajenim temperaturama. Ovoj vrsti pripadaju i kristali većine organskih supstanci. Dakle, poznato je mnogo tvari s molekularnom kristalnom rešetkom. Molekuli smješteni na mjestima rešetke međusobno su povezani intermolekularnim silama (priroda ovih sila je razmotrena gore; vidi stranicu. Budući da su međumolekulske sile mnogo slabije od sila kemijske veze, molekularni kristali su niskog taljenja, karakterizirani su značajnom hlapljivošću i Njihova tvrdoća je posebno niska kod onih supstanci čiji su molekuli nepolarni. S-S konekcije u molekulima ugljovodonika koji čine ove kristale jake su kao i veze u dijamantu. Kristale formirane plemenitim plinovima također treba klasificirati kao molekularne, koje se sastoje od jednoatomskih molekula, budući da valentne sile ne igraju ulogu u formiranju ovih kristala, a veze između čestica ovdje su iste prirode kao i u drugim molekularnim kristalima; ovo određuje relativno velike međuatomske udaljenosti u ovim kristalima.  

Na molekularnim čvorovima kristalne rešetke Postoje molekuli koji su međusobno povezani slabim intermolekularnim silama. Takvi kristali formiraju tvari s kovalentnim vezama u molekulima. Poznato je mnogo tvari s molekularnom kristalnom rešetkom. Molekularne rešetke sadrže čvrsti vodik, hlor, ugljični dioksid i druge tvari koje su plinovite na uobičajenim temperaturama. Ovoj vrsti pripadaju i kristali većine organskih supstanci.  

U hemijske interakcije ne ulaze pojedinačni atomi ili molekuli, već supstance.

Naš zadatak je da se upoznamo sa strukturom materije.

Na niskim temperaturama tvari su u stabilnom čvrstom stanju.

☼ Najčvršća supstanca u prirodi je dijamant. Smatra se kraljem svih dragulja i dragog kamenja. I samo njegovo ime na grčkom znači „neuništivo“. Na dijamante se dugo gledalo kao na čudesno kamenje. Vjerovalo se da osoba koja nosi dijamante ne poznaje želučane bolesti, nije pod utjecajem otrova, zadržava pamćenje i veselo raspoloženje do starosti i uživa kraljevsku naklonost.

☼ Dijamant koji je podvrgnut obradi nakita - rezanju, poliranju - naziva se dijamant.

Prilikom topljenja kao rezultat termičkih vibracija, redosled čestica se poremeti, one postaju pokretne, a priroda hemijske veze nije narušena. Dakle, ne postoje fundamentalne razlike između čvrstog i tečnog stanja.

Tečnost dobija tečnost (tj. sposobnost da poprimi oblik posude).

Tečni kristali su otkriveni krajem 19. veka, ali su proučavani u poslednjih 20-25 godina. Mnogi uređaji za prikaz moderne tehnologije, na primjer, neki elektronski satovi i mini-računari, rade na tekućim kristalima.

Općenito, riječi "tečni kristali" ne zvuče ništa manje neobično od "vrućeg leda". Međutim, u stvarnosti, led može biti i vruć, jer... pri pritisku većem od 10.000 atm. vodeni led se topi na temperaturama iznad 200 0 C. Neobičnost kombinacije "tečni kristali" je u tome što tečno stanje ukazuje na pokretljivost strukture, a kristal na strogo uređenost.

Ako se tvar sastoji od poliatomskih molekula izduženog ili lamelarnog oblika i asimetrične strukture, onda kada se topi, ovi molekuli su orijentirani na određeni način u odnosu jedan prema drugom (njihove dugačke osi su paralelne). U tom slučaju, molekuli se mogu slobodno kretati paralelno sa sobom, tj. sistem dobija svojstvo fluidnosti karakteristično za tečnost. Istovremeno, sistem zadržava uređenu strukturu, koja određuje svojstva karakteristična za kristale.

Velika pokretljivost takve konstrukcije omogućava njeno upravljanje kroz vrlo slabe utjecaje (toplinske, električne, itd.), tj. namjerno mijenjati svojstva tvari, uključujući i optička, uz vrlo malu potrošnju energije, što se koristi u modernoj tehnologiji.

Bilo koja hemijska supstanca je formirana od velikog broja identičnih čestica koje su međusobno povezane.

Na niskim temperaturama, kada je toplotno kretanje teško, čestice su striktno orijentisane u prostoru i obliku kristalna rešetka.

Kristalna rešetka - Ovo struktura sa geometrijski ispravnim rasporedom čestica u prostoru.

U samoj kristalnoj rešetki razlikuju se čvorovi i internodalni prostor.

Ista supstanca u zavisnosti od uslova (str, t,...)postoje u različitim kristalnim oblicima (tj. imaju različite kristalne rešetke) - alotropske modifikacije koje se razlikuju po svojstvima.

Na primjer, poznate su četiri modifikacije ugljika: grafit, dijamant, karbin i lonsdaleit.

☼ Četvrta vrsta kristalnog ugljika, "lonsdaleit", malo je poznata. Otkriven je u meteoritima i dobijen umjetno, a njegova struktura se još uvijek proučava.

☼ Čađ, koks i drveni ugalj klasifikovani su kao amorfni ugljenični polimeri. Međutim, sada je postalo poznato da su to i kristalne supstance.

☼ Inače, u čađi su pronađene sjajne crne čestice, koje su nazvane "ugljikom ogledala". Ugljik ogledala je hemijski inertan, otporan na toplotu, nepropustan za gasove i tečnosti, ima glatku površinu i apsolutno je kompatibilan sa živim tkivima.

☼ Naziv grafit dolazi od italijanskog "graffito" - pišem, crtam. Grafit je tamno sivi kristal sa slabim metalnim sjajem i ima slojevitu rešetku. Pojedinačni slojevi atoma u kristalu grafita, međusobno relativno slabo povezani, lako se odvajaju jedan od drugog.

VRSTE KRISTALNIH REŠETKI

Ako je stopa rasta kristala niska nakon hlađenja, formira se staklasto stanje (amorfno).

1. Odnos između položaja elementa u periodnom sistemu i kristalne rešetke njegove jednostavne supstance.

Postoji bliska veza između položaja elementa u periodnom sistemu i kristalne rešetke njegove odgovarajuće elementarne supstance.

Jednostavne supstance preostalih elemenata imaju metalnu kristalnu rešetku.

FIXING

Proučite materijal sa predavanja i pismeno odgovorite na sljedeća pitanja u svojoj bilježnici:

1. Šta je kristalna rešetka?
2. Koje vrste kristalnih rešetki postoje?
3. 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

Izvršite zadatke na ovu temu:

1. Koju vrstu kristalne rešetke imaju sledeće supstance koje se široko koriste u svakodnevnom životu: voda, sirćetna kiselina (CH 3 COOH), šećer (C 12 H 22 O 11), kalijumovo đubrivo (KCl), rečni pesak (SiO 2) - topljenje tačka 1710 0 C , amonijak (NH 3), kuhinjska so? Donesite opći zaključak: po kojim svojstvima tvari se može odrediti tip njene kristalne rešetke?
2. 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 fizička svojstva svake od četiri supstance .
   
3. Trener br. 1. "kristalne rešetke"
   
4. Trener br. 2. "Probni zadaci"
   
5. Test (samokontrola):

1) Supstance koje imaju molekularnu kristalnu rešetku, po pravilu:

2) Koncept "molekula" nije primjenjivo u odnosu na strukturnu jedinicu supstance:

a). vode

b). kiseonik

V). dijamant

G). ozona

3) Atomska kristalna rešetka je karakteristična za:

a). aluminijum i grafit

b). sumpora i joda

V). silicijum oksid i natrijum hlorid

G). dijamant i bor

4) Ako je supstanca visoko rastvorljiva u vodi, ima visoku tačku topljenja i električno provodljiva, tada je njena kristalna rešetka:

A). molekularni

b). atomski

V). jonski

G). metal