Ained, millel on ioonne kristallvõre, moodustavad rea. Aatomi-, molekulaar-, ioon- ja metallikristallvõre

Aine struktuur.

Keemilistesse vastasmõjudesse ei astu mitte üksikud aatomid ega molekulid, vaid ained.
Meie ülesanne on tutvuda aine ehitusega.

Kell madalad temperatuurid ainete puhul stabiilne tahke olek.

☼ Kõige kõvem aine looduses on teemant. Teda peetakse kõigi kalliskivide kuningaks ja vääriskivid. Ja selle nimi tähendab kreeka keeles "hävimatut". Teemante on pikka aega peetud imelisteks kivideks. Usuti, et teemante kandev inimene ei tunne kõhuhaigusi, mürk teda ei mõjuta, ta säilitab oma mälu ja rõõmsa tuju kõrge eani, naudib kuninglikku soosingut.

☼ Teemanti, mis on läbinud ehete töötlemise – lõikamise, poleerimise, nimetatakse teemantiks.

Sulamisel rikutakse termiliste vibratsioonide tagajärjel osakeste järjekorda, need muutuvad liikuvaks, samas kui keemilise sideme olemus ei rikuta. Seega pole tahke ja vedela oleku vahel põhimõttelisi erinevusi.
Vedelikus ilmneb voolavus (st võime võtta anuma kuju).

vedelkristallid.

Vedelkristallid on sisse avatud XIX lõpus sajandil, kuid õppinud viimase 20-25 aasta jooksul. Paljud kuvamisseadmed moodne tehnoloogia, näiteks mõned elektroonilised kellad, miniarvutid, töötavad vedelkristallidel.

Üldiselt kõlavad sõnad "vedelkristallid" mitte vähem ebatavaliselt kui "kuum jää". Kuid tegelikult võib jää olla ka kuum, sest. rõhul üle 10 000 atm. vesijää sulab temperatuuril üle 2000 C. Ebatavaline "vedelkristallide" kombinatsioon seisneb selles, et vedel olek näitab struktuuri liikuvust ja kristall võtab endale range korra.

Kui aine koosneb pikliku või lamellse kujuga ja asümmeetrilise struktuuriga polüaatomilistest molekulidest, siis sulamisel on need molekulid üksteise suhtes teatud viisil orienteeritud (nende pikad teljed on paralleelsed). Sel juhul saavad molekulid vabalt liikuda iseendaga paralleelselt, s.t. süsteem omandab vedelikule iseloomuliku voolavuse. Samas säilitab süsteem korrastatud struktuuri, mis määrab kristallidele iseloomulikud omadused.

Sellise konstruktsiooni suur liikuvus võimaldab seda juhtida väga nõrkade mõjutustega (termilised, elektrilised jne), s.t. sihikindlalt muuta aine omadusi, sealhulgas optilisi, väga vähese energiaga, mida tänapäeva tehnoloogias kasutatakse.

Kristallvõrede tüübid.

Ükskõik milline Keemiline aine haritud suur hulk identsed osakesed, mis on omavahel seotud.
Madalatel temperatuuridel, kui termiline liikumine raske, on osakesed ruumis rangelt orienteeritud ja moodustavad kristallvõre.

Kristallrakk on struktuur, millel on geomeetriline õige asukoht osakesed ruumis.

Kristallvõres endas eristuvad sõlmed ja sõlmedevaheline ruum.
Sama aine, olenevalt tingimustest (p, t, ...) eksisteerib erinevates kristallivormides (st neil on erinevad kristallvõred) - allotroopsete modifikatsioonidena, mis erinevad omaduste poolest.
Näiteks on teada neli süsiniku modifikatsiooni – grafiit, teemant, karbüün ja lonsdaleiit.

☼ Kristallilise süsiniku neljas sort "lonsdaleiit" on vähetuntud. Seda leiti meteoriitidest ja saadi kunstlikult ning selle ehitust uuritakse siiani.

☼ tahm, koks, süsi omistatud süsiniku amorfsetele polümeeridele. Nüüdseks on aga teada, et see kristalsed ained.

☼ Muide, tahmast leiti läikivaid musti osakesi, mida nad nimetasid "peegelsüsinikuks". Peegelsüsinik on keemiliselt inertne, kuumakindel, gaase ja vedelikke mitteläbilaskev, sileda pinnaga ja absoluutselt eluskudedega ühilduv.

☼ Grafiidi nimi tuleb itaaliakeelsest "grafitost" – kirjutan, joonistan. Grafiit on tumehallid, kerge metallilise läikega kristallid, millel on kihiline võre. Grafiidikristalli eraldiseisvad aatomikihid, mis on üksteisega suhteliselt nõrgalt seotud, on üksteisest kergesti eraldatavad.

KRISTALVÕRETE LIIGID

Erinevate kristallvõredega ainete omadused (tabel)

Kui kristallide kasvukiirus on jahutamisel madal, tekib klaasjas olek (amorfne).

Seos elemendi asukoha vahel Perioodiline süsteem ja selle lihtaine kristallvõre.

Elemendi positsiooni perioodilisustabelis ja sellele vastava elementaaraine kristallvõre vahel on tihe seos.

Ülejäänud elementide lihtainetel on metallist kristallvõre.

KINNITAMINE

Tutvu loengumaterjaliga, vasta oma vihikusse kirjalikult järgmistele küsimustele:
- Mis on kristallvõre?
- Mis tüüpi kristallvõred eksisteerivad?
- Kirjeldage iga kristallvõre tüüpi vastavalt plaanile:

Mis on kristallvõre sõlmedes, struktuuriüksus → Keemilise sideme tüüp sõlme osakeste vahel → Kristalli osakeste vastasmõju jõud → Füüsikalised omadused, tänu kristallvõrele → Koondamisseisund ained juures normaalsetes tingimustes→ Näited

Täitke selle teema ülesanded:

- Mis tüüpi kristallvõre on järgmistel igapäevaelus tavaliselt kasutatavatel ainetel: vesi, äädikhape (CH3COOH), suhkur (C12H22O11), kaaliumkloriidväetis (KCl), jõeliiv (SiO2) – sulamistemperatuur 1710 0C, ammoniaak (NH3), sool? Tehke üldistatud järeldus: millised aine omadused võivad määrata selle kristallvõre tüübi?
Vastavalt antud ainete valemitele: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - määrake iga ühendi kristallvõre tüüp (ioonne, molekulaarne) ja kirjeldage sellest lähtuvalt kõigi nelja aine füüsikalisi omadusi.
Treener number 1. "Kristallvõrgud"
Treener number 2. "Testi ülesanded"
Test (enesekontroll):

1) Ained, millel on reeglina molekulaarne kristallvõre:
a). tulekindel ja vees hästi lahustuv
b). sulav ja lenduv
sisse). Tahke ja elektrit juhtiv
G). Soojust juhtiv ja plastiline

2) Mõiste "molekul" ei ole kohaldatav aine struktuuriüksuse suhtes:

b). hapnikku

sisse). teemant

3) Aatomkristallvõre on iseloomulik:

a). alumiinium ja grafiit

b). väävel ja jood

sisse). ränioksiid ja naatriumkloriid

G). teemant ja boor

4) Kui aine on vees hästi lahustuv, on kõrge temperatuur sulav, elektrit juhtiv, siis selle kristallvõre:

AGA). molekulaarne

b). tuumaenergia

sisse). iooniline

G). metallist

Tahked ained eksisteerivad kristalses ja amorfses olekus ning valdavalt on kristallstruktuur. Seda eristab osakeste õige asukoht täpselt määratletud punktides, iseloomustab perioodiline ruumala kordumine Kui need punktid mõtteliselt sirgjoontega ühendada, saame ruumilise raami, mida nimetatakse kristallvõreks. Mõiste "kristallvõre" viitab geomeetrilisele kujutisele, mis kirjeldab kolmemõõtmelist perioodilisust molekulide (aatomite, ioonide) paigutuses kristalliruumis.

Punkte, kus osakesed paiknevad, nimetatakse võresõlmedeks. Sõlmesisesed ühendused toimivad raami sees. Osakeste tüüp ja nendevahelise seose olemus: molekulid, aatomid, ioonid - määravad Kokku eristatakse nelja sellist tüüpi: iooniline, aatom-, molekulaarne ja metalliline.

Kui võrekohtades asuvad ioonid (osakesed negatiivse või positiivne laeng), siis on see ioonne kristallvõre, mida iseloomustavad samanimelised sidemed.

Need sidemed on väga tugevad ja stabiilsed. Seetõttu on seda tüüpi struktuuriga ained piisavalt kõrge kõvaduse ja tihedusega, mittelenduvad ja tulekindlad. Madalatel temperatuuridel käituvad nad dielektrikutena. Selliste ühendite sulamisel aga rikutakse geomeetriliselt õiget ioonkristallvõre (ioonide paigutust) ja tugevussidemed vähenevad.

Sulamistemperatuuri lähedasel temperatuuril on ioonse sidemega kristallid juba võimelised juhtima elektrivoolu. Sellised ühendid lahustuvad kergesti vees ja muudes polaarsetest molekulidest koosnevates vedelikes.

Ioonkristallvõre on iseloomulik kõigile ioonse sidemega ainetele - sooladele, metallihüdroksiididele, metallide binaarsetele ühenditele mittemetallidega. ei oma suunda ruumis, sest iga ioon on seotud korraga mitme vastasiooniga, mille vastastikmõju tugevus sõltub nendevahelisest kaugusest (Coulombi seadus). Iooniliselt seotud ühenditel on mittemolekulaarne struktuur, need on tahked ained, millel on ioonvõre, kõrge polaarsus, kõrge sulamis- ja keemistemperatuur. vesilahused olles elektrit juhtiv. Ioonsete sidemetega ühendid puhtal kujul praktiliselt ei esine.

Ioonkristallvõre on omane mõnele tüüpiliste metallide hüdroksiididele ja oksiididele, sooladele, s.t. ioonilisi aineid

Lisaks ioonsidemetele kristallides on olemas metallilised, molekulaarsed ja kovalentsed sidemed.

Kristallid, millel on kovalentne side, on pooljuhid või dielektrikud. Aatomikristallide tüüpilised näited on teemant, räni ja germaanium.

Teemant on mineraal, süsiniku allotroopne kuupmodifikatsioon (vorm). Teemandi kristallvõre on aatomiline, väga keeruline. Sellise võre sõlmedes on aatomid, mis on omavahel ühendatud ülitugevate kovalentsete sidemetega. Teemant koosneb üksikutest süsinikuaatomitest, ükshaaval tetraeedri keskel, mille tipud on neli lähimat aatomit. Sellist võret iseloomustab näokeskne kuup, mis määrab teemandi maksimaalse kõvaduse ja üsna kõrge sulamistemperatuuri. Teemantvõres pole molekule – ja kristalli võib vaadelda kui üht imposantset molekuli.

Lisaks on see iseloomulik ränile, tahkele boorile, germaaniumile ning üksikute elementide ühenditele räni ja süsinikuga (ränidioksiid, kvarts, vilgukivi, jõeliiv, karborund). Üldiselt esindajad alates aatomvõre suhteliselt vähe.

1. lehekülg

Molekulaarkristallvõred ja neile vastavad molekulaarsed sidemed tekivad peamiselt nende ainete kristallides, mille molekulides on sidemed kovalentsed. Kuumutamisel hävivad molekulidevahelised sidemed kergesti, mistõttu on molekulaarvõrega ainetel madal sulamistemperatuur.

Polaarsetest molekulidest tekivad molekulaarkristallvõred, mille vahel tekivad vastasmõjujõud, nn van der Waalsi jõud, mis on oma olemuselt elektrilised. Molekulaarvõres viivad nad läbi üsna nõrga sideme. Jääl, looduslikul väävlil ja paljudel orgaanilistel ühenditel on molekulaarne kristallvõre.

Joodi molekulaarne kristallvõre on näidatud joonisel fig. 3.17. Kõige kristallilisem orgaanilised ühendid neil on molekulaarne struktuur.

Molekulaarse kristallvõre sõlmed moodustavad molekulid. Molekulaarvõres on näiteks vesiniku, hapniku, lämmastiku, väärisgaaside, süsinikdioksiidi kristallid, orgaaniline aine.  

Tahke faasi molekulaarkristallvõre olemasolu on põhjuseks ioonide ebaolulisele adsorptsioonile emalahusest ja sellest tulenevalt sademete palju kõrgemale puhtusastmele võrreldes sademetega, mida iseloomustab ioonkristall. Kuna sadestumine toimub sel juhul optimaalses happesuse vahemikus, mis on selle reagendiga sadestatud ioonide puhul erinev, siis sõltub see komplekside vastavate stabiilsuskonstantide väärtusest. See asjaolu võimaldab lahuse happesust reguleerides saavutada teatud ioonide selektiivset ja mõnikord isegi spetsiifilist sadenemist. Sarnaseid tulemusi võib sageli saada sobivalt modifitseerides doonorrühmi orgaanilistes reagentides, võttes arvesse sadestavate kompleksi moodustavate katioonide omadusi.

Molekulaarsetes kristallvõredes täheldatakse sidemete lokaalset anisotroopiat, nimelt on molekulidevahelised jõud võrreldes molekulidevahelistega väga suured.

Molekulaarsetes kristallvõredes paiknevad molekulid võrekohtades. Enamik kovalentse sidemega aineid moodustavad seda tüüpi kristalle. Molekulaarvõred moodustavad tahket vesinikku, kloori, süsinikdioksiidi ja muid aineid, mis on tavatemperatuuril gaasilised. Seda tüüpi on ka enamiku orgaaniliste ainete kristallid. Seega on teada palju molekulaarse kristallvõrega aineid.

Molekulaarsetes kristallvõredes on nende koostisosad molekulid omavahel seotud suhteliselt nõrkade van der Waalsi jõududega, samas kui molekulis olevad aatomid on seotud palju tugevama kovalentse sidemega. Seetõttu säilitavad molekulid sellistes võredes oma individuaalsuse ja hõivavad kristallvõre ühe koha. Siin on asendamine võimalik, kui molekulid on kuju ja suurusega sarnased. Kuna molekule siduvad jõud on suhteliselt nõrgad, on siinkohal asenduspiirid palju laiemad. Nagu Nikitin näitas, võivad väärisgaaside aatomid isomorfselt asendada nende ainete võres olevaid CO2, SO2, CH3COCH3 ja teisi molekule. sarnasus keemiline valem siin ei nõuta.

Molekulaarsetes kristallvõredes paiknevad molekulid võrekohtades. Enamik kovalentse sidemega aineid moodustavad seda tüüpi kristalle. Molekulaarvõred moodustavad tahket vesinikku, kloori, süsinikdioksiidi ja muid aineid, mis on tavatemperatuuril gaasilised. Seda tüüpi on ka enamiku orgaaniliste ainete kristallid. Seega on teada palju molekulaarse kristallvõrega aineid. Võrekohtades paiknevad molekulid on omavahel seotud molekulidevaheliste jõududega (nende jõudude olemusest oli juttu eespool; vt lk. Kuna molekulidevahelised jõud on keemilisest sidemejõust palju nõrgemad, iseloomustab madala sulamistemperatuuriga molekulaarseid kristalle märkimisväärne lenduvus, mis on seotud molekulidevahelise sidemega). nende kõvadus on madal.Eriti madalad sulamis- ja keemistemperatuurid nendel ainetel, mille molekulid on mittepolaarsed.Näiteks parafiinikristallid on väga pehmed, kuigi kovalentsed C-C ühendused neid kristalle moodustavad süsivesiniku molekulid on sama tugevad kui teemandi sidemed. Väärisgaasidest moodustunud kristallid tuleks omistada ka molekulaarsetele, mis koosnevad monoatomilistest molekulidest, kuna valentsjõud ei mängi nende kristallide moodustumisel rolli ning osakeste vahelised sidemed on siin samasuguse iseloomuga kui teistel molekulaarsetel kristallidel; see on vastutav nende kristallide suhteliselt suurte aatomitevaheliste kauguste eest.

Molekulaarsete ristmikel kristallvõred On molekule, mis on omavahel ühendatud nõrkade molekulidevaheliste jõududega. Sellised kristallid moodustavad molekulides kovalentse sidemega aineid. Tuntud on palju molekulaarse kristallvõrega aineid. Molekulaarvõredes on tahket vesinikku, kloori, süsinikdioksiidi ja muid aineid, mis on tavalisel temperatuuril gaasilised. Seda tüüpi on ka enamiku orgaaniliste ainete kristallid.

Keemilistesse vastasmõjudesse ei astu mitte üksikud aatomid ega molekulid, vaid ained.

Meie ülesanne on tutvuda aine ehitusega.

Madalatel temperatuuridel on ained stabiilses tahkes olekus.

☼ Kõige kõvem aine looduses on teemant. Teda peetakse kõigi kalliskivide ja vääriskivide kuningaks. Ja selle nimi tähendab kreeka keeles "hävimatut". Teemante on pikka aega peetud imelisteks kivideks. Usuti, et teemante kandev inimene ei tunne kõhuhaigusi, mürk teda ei mõjuta, ta säilitab oma mälu ja rõõmsa tuju kõrge eani, naudib kuninglikku soosingut.

☼ Teemanti, mida ehteid töödeldakse – lõigatakse, poleeritakse, nimetatakse teemandiks.

Sulamisel rikutakse termiliste vibratsioonide tagajärjel osakeste järjekorda, need muutuvad liikuvaks, samas kui keemilise sideme olemus ei rikuta. Seega pole tahke ja vedela oleku vahel põhimõttelisi erinevusi.

Vedelikus ilmneb voolavus (st võime võtta anuma kuju).

Vedelkristallid avastati 19. sajandi lõpus, kuid neid on uuritud viimase 20-25 aasta jooksul. Paljud kaasaegse tehnoloogia kuvaseadmed, näiteks mõned elektroonilised kellad, miniarvutid, töötavad vedelkristallidel.

Üldiselt kõlavad sõnad "vedelkristallid" mitte vähem ebatavaliselt kui "kuum jää". Kuid tegelikult võib jää olla ka kuum, sest. rõhul üle 10 000 atm. vesijää sulab temperatuuril üle 200 0 C. Ebatavaline "vedelkristallide" kombinatsioon seisneb selles, et vedel olek näitab struktuuri liikuvust ja kristall võtab endale range korra.

Kui aine koosneb pikliku või lamellse kujuga ja asümmeetrilise struktuuriga polüaatomilistest molekulidest, siis sulamisel on need molekulid üksteise suhtes teatud viisil orienteeritud (nende pikad teljed on paralleelsed). Sel juhul saavad molekulid vabalt liikuda iseendaga paralleelselt, s.t. süsteem omandab vedelikule iseloomuliku voolavuse. Samas säilitab süsteem korrastatud struktuuri, mis määrab kristallidele iseloomulikud omadused.

Sellise konstruktsiooni suur liikuvus võimaldab seda juhtida väga nõrkade mõjutustega (termilised, elektrilised jne), s.t. sihikindlalt muuta aine omadusi, sealhulgas optilisi, väga vähese energiaga, mida tänapäeva tehnoloogias kasutatakse.

Iga keemiline aine moodustub suurest hulgast identsetest osakestest, mis on omavahel seotud.

Madalatel temperatuuridel, kui termiline liikumine on takistatud, on osakesed ruumis ja vormis rangelt orienteeritud kristallvõre.

Kristallelement - see on geomeetriliselt õige osakeste paigutusega struktuur ruumis.

Kristallvõres endas eristuvad sõlmed ja sõlmedevaheline ruum.

Sama aine olenevalt tingimustest (lk, t,…) esineb erinevates kristallvormides (st neil on erinevad kristallvõred) - allotroopsete modifikatsioonidena, mis erinevad omaduste poolest.

Näiteks on teada neli süsiniku modifikatsiooni – grafiit, teemant, karbüün ja lonsdaleiit.

☼ Neljas kristalse süsiniku sort "lonsdaleite" on vähe tuntud. Seda leiti meteoriitidest ja saadi kunstlikult ning selle ehitust uuritakse siiani.

☼ Tahm, koks, puusüsi klassifitseeriti süsiniku amorfseteks polümeerideks. Nüüdseks on aga teatavaks saanud, et need on ka kristalsed ained.

☼ Muide, tahmast leiti läikivaid musti osakesi, mida nad nimetasid "peegelsüsinikuks". Peegelsüsinik on keemiliselt inertne, kuumakindel, gaase ja vedelikke mitteläbilaskev, sileda pinnaga ja absoluutselt eluskudedega ühilduv.

☼ Nimi grafiit tuleb itaaliakeelsest sõnast "graffito" – kirjutan, joonistan. Grafiit on tumehallid, kerge metallilise läikega kristallid, millel on kihiline võre. Grafiidikristalli eraldiseisvad aatomikihid, mis on üksteisega suhteliselt nõrgalt seotud, on üksteisest kergesti eraldatavad.

KRISTALVÕRETE LIIGID

Kui kristallide kasvukiirus on jahutamisel madal, tekib klaasjas olek (amorfne).

1. Perioodilises süsteemis oleva elemendi asukoha ja selle lihtaine kristallvõre seos.

Elemendi positsiooni perioodilisustabelis ja sellele vastava elementaaraine kristallvõre vahel on tihe seos.

Ülejäänud elementide lihtainetel on metallist kristallvõre.

KINNITAMINE

Tutvu loengumaterjaliga, vasta oma vihikusse kirjalikult järgmistele küsimustele:

1. Mis on kristallvõre?
2. Mis tüüpi kristallvõred eksisteerivad?
3. Kirjeldage igat tüüpi kristallvõre vastavalt plaanile: Mis on kristallvõre sõlmedes, struktuuriüksus → Keemilise sideme tüüp sõlme osakeste vahel → Kristalli osakeste vastasmõju jõud → Kristalli füüsikalised omadused võre → Aine agregaatolek normaaltingimustes → Näited

Täitke selle teema ülesanded:

1. Mis tüüpi kristallvõre on järgmistel igapäevaelus laialdaselt kasutatavatel ainetel: vesi, äädikhape (CH 3 COOH), suhkur (C 12 H 22 O 11), kaaliumkloriidväetis (KCl), jõeliiv (SiO 2) - sulamine punkt 1710 0 C , ammoniaak (NH 3), lauasool? Tehke üldistatud järeldus: millised aine omadused võivad määrata selle kristallvõre tüübi?
2. Vastavalt antud ainete valemitele: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - määrake iga ühendi kristallvõre tüüp (ioonne, molekulaarne) ja kirjeldage sellest lähtuvalt nende nelja füüsikalisi omadusi. ained.
   
3. Treener number 1. "Kristallvõrgud"
   
4. Treener number 2. "Testi ülesanded"
   
5. Test (enesekontroll):

1) Ained, millel on reeglina molekulaarne kristallvõre:

2) mõiste "molekul" ei ole kohaldatav seoses aine struktuuriüksusega:

a). vesi

b). hapnikku

sisse). teemant

G). osoon

3) Aatomkristallvõre on iseloomulik:

a). alumiinium ja grafiit

b). väävel ja jood

sisse). ränioksiid ja naatriumkloriid

G). teemant ja boor

4) Kui aine on vees hästi lahustuv, kõrge sulamistemperatuuriga ja elektrit juhtiv, siis selle kristallvõre:

a). molekulaarne

b). tuumaenergia

sisse). iooniline

G). metallist