Réseaux cristallins en chimie. Types de réseaux cristallins

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Type de cours: Combiné.

L'objectif principal de la leçon : Donner aux élèves des idées spécifiques sur les substances amorphes et cristallines, les types réseaux cristallins, établir la relation entre la structure et les propriétés des substances.

Objectifs de la leçon.

Pédagogique : former des concepts sur l'état cristallin et amorphe des solides, familiariser les étudiants avec différents types de réseaux cristallins, établir la dépendance des propriétés physiques d'un cristal sur la nature de la liaison chimique dans le cristal et le type de cristal réseau, pour donner aux étudiants des idées de base sur l'influence de la nature des liaisons chimiques et des types de réseaux cristallins sur les propriétés de la matière, donner aux étudiants une idée de la loi de constance de la composition.

Éducatif : continuer à former la vision du monde des étudiants, considérer l'influence mutuelle des composants des particules structurelles entières de substances, à la suite de laquelle de nouvelles propriétés apparaissent, développer la capacité d'organiser leur travail éducatif et observer les règles de travail dans une équipe.

Développemental : développer l'intérêt cognitif des écoliers à partir de situations problématiques ; améliorer la capacité des élèves à établir la dépendance de cause à effet des propriétés physiques des substances sur les liaisons chimiques et le type de réseau cristallin, à prédire le type de réseau cristallin en fonction des propriétés physiques de la substance.

Matériel : Tableau périodique de D.I. Mendeleev, collection « Métaux », non-métaux : soufre, graphite, phosphore rouge, oxygène ; Présentation « Réseaux cristallins », modèles de réseaux cristallins de différents types (sel de table, diamant et graphite, dioxyde de carbone et iode, métaux), échantillons de plastiques et produits fabriqués à partir de ceux-ci, verre, pâte à modeler, résines, cire, chewing-gum, chocolat , ordinateur, installation multimédia, expérience vidéo « Sublimation de l'acide benzoïque ».

Pendant les cours

1. Moment organisationnel.

L'enseignant accueille les élèves et enregistre les absents.

Puis il raconte le sujet de la leçon et le but de la leçon. Les élèves notent le sujet de la leçon dans leur cahier. (Diapositive 1, 2).

2. Vérifier les devoirs

(2 élèves au tableau : Déterminer le type de liaison chimique des substances avec les formules :

1) NaCl, CO 2, I 2 ; 2) Na, NaOH, H 2 S (écrivez la réponse au tableau et incluez-la dans l'enquête).

3. Analyse de la situation.

Prof : Qu'étudie la chimie ? Réponse : La chimie est la science des substances, de leurs propriétés et de leurs transformations.

Enseignant : Qu'est-ce qu'une substance ? Réponse : La matière est la matière dont est constitué le corps physique. (Diapositive 3).

Enseignant : Quels états de la matière connaissez-vous ?

Réponse : Il existe trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux. (Diapositive 4).

Enseignant : Donnez des exemples de substances qui peuvent exister dans les trois états d'agrégation à différentes températures.

Réponse : L'eau. À conditions normales l'eau est à l'état liquide, lorsque la température descend en dessous de 0 0 C, l'eau se transforme en un état solide - glace, et lorsque la température monte à 100 0 C, nous obtenons de la vapeur d'eau (état gazeux).

Enseignant (ajout) : Toute substance peut être obtenue sous forme solide, liquide et gazeuse. En plus de l'eau, ce sont des métaux qui, dans des conditions normales, sont à l'état solide, lorsqu'ils sont chauffés, ils commencent à se ramollir et à une certaine température (t pl) ils se transforment en état liquide - ils fondent. Avec un chauffage supplémentaire, jusqu'au point d'ébullition, les métaux commencent à s'évaporer, c'est-à-dire passer à l'état gazeux. Tout gaz peut être transformé en état liquide ou solide en abaissant la température : par exemple, l'oxygène, qui à une température (-194 0 C) se transforme en liquide couleur bleue, et à une température (-218,8 0 C), il durcit en une masse semblable à de la neige constituée de cristaux de couleur bleue. Aujourd’hui, en classe, nous examinerons l’état solide de la matière.

Enseignant : Nommez quelles substances solides se trouvent sur vos tables.

Réponse : Métaux, pâte à modeler, sel de table : NaCl, graphite.

Enseignant : Qu'en pensez-vous ? Laquelle de ces substances est en excès ?

Réponse : pâte à modeler.

Enseignant : Pourquoi ?

Des hypothèses sont faites. Si les élèves ont des difficultés, alors avec l'aide de l'enseignant, ils arrivent à la conclusion que la pâte à modeler, contrairement aux métaux et au chlorure de sodium, n'a pas un certain point de fusion - elle (la pâte à modeler) se ramollit progressivement et se transforme en un état fluide. Tel est par exemple le chocolat qui fond dans la bouche, ou le chewing-gum, ainsi que le verre, les plastiques, les résines, la cire (en expliquant, l'enseignant montre à la classe des échantillons de ces substances). Ces substances sont appelées amorphes. (diapositive 5), et les métaux et le chlorure de sodium sont cristallins. (Diapositive 6).

On distingue ainsi deux types de solides : amorphe et cristalline. (diapositive 7).

1) Les substances amorphes n'ont pas de point de fusion spécifique et la disposition des particules n'est pas strictement ordonnée.

Les substances cristallines ont un point de fusion strictement défini et, surtout, sont caractérisées emplacement correct particules à partir desquelles ils sont construits : atomes, molécules et ions. Ces particules sont situées à des points strictement définis dans l'espace, et si ces nœuds sont reliés par des lignes droites, alors un cadre spatial se forme - cellule de cristal.

Le professeur demande problèmes problématiques

Comment expliquer l’existence de solides aux propriétés si différentes ?

2) Pourquoi les substances cristallines se brisent-elles dans certains plans lors d'un impact, alors que les substances amorphes n'ont pas cette propriété ?

Écoutez les réponses des élèves et amenez-les à conclusion:

Les propriétés des substances à l'état solide dépendent du type de réseau cristallin (principalement des particules contenues dans ses nœuds), qui, à son tour, est déterminé par le type de liaison chimique dans une substance donnée.

Vérification des devoirs :

1) NaCl – liaison ionique,

CO 2 – liaison polaire covalente

I 2 – liaison covalente non polaire

2) Na – liaison métallique

NaOH - liaison ionique entre Na + ion - (O et H covalents)

H 2 S - polaire covalente

Enquête frontale.

• Quelle liaison est dite ionique ?
• Quel type de liaison est appelé covalent ?
• Quelle liaison est appelée liaison covalente polaire ? non polaire ?
• Comment s’appelle l’électronégativité ?

Conclusion : Il existe une séquence logique, la relation des phénomènes dans la nature : Structure de l'atome -> EO -> Types de liaisons chimiques -> Type de réseau cristallin -> Propriétés des substances . (diapositive 10).

Enseignant : Selon le type de particules et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins: ionique, moléculaire, atomique et métallique. (Diapositive 11).

Les résultats sont présentés dans le tableau suivant – un exemple de tableau aux pupitres des étudiants. (voir Annexe 1). (Diapositive 12).

Enseignant : Qu'en pensez-vous ? Les substances avec quel type de liaison chimique seront caractérisées par ce type de réseau ?

Réponse : Les substances possédant des liaisons chimiques ioniques seront caractérisées par un réseau ionique.

Enseignant : Quelles particules seront aux nœuds du réseau ?

Réponse : Jonas.

Enseignant : Quelles particules sont appelées ions ?

Réponse : Les ions sont des particules qui ont une charge positive ou négative.

Enseignant : Quelles sont les compositions des ions ?

Réponse : Simple et complexe.

Démonstration - modèle de réseau cristallin de chlorure de sodium (NaCl).

Explication de l'enseignant : Aux nœuds du réseau cristallin de chlorure de sodium se trouvent des ions sodium et chlore.

Dans les cristaux de NaCl, il n'y a pas de molécules individuelles de chlorure de sodium. Le cristal entier doit être considéré comme une macromolécule géante constituée d'un nombre égal d'ions Na + et Cl -, Na n Cl n, où n est un grand nombre.

Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très fortes. Par conséquent, les substances possédant un réseau ionique ont une dureté relativement élevée. Ils sont réfractaires, non volatils et fragiles. Leurs matières fondues conduisent le courant électrique (Pourquoi ?) et se dissolvent facilement dans l’eau.

Les composés ioniques sont des composés binaires de métaux (IA et II A), de sels et d'alcalis.

Démonstration de réseaux cristallins de diamant et de graphite.

Les élèves ont des échantillons de graphite sur la table.

Enseignant : Quelles particules seront situées aux nœuds du réseau cristallin atomique ?

Réponse : Aux nœuds du réseau cristallin atomique se trouvent des atomes individuels.

Enseignant : Quelle liaison chimique naîtra entre les atomes ?

Réponse : Liaison chimique covalente.

Explications du professeur.

En effet, sur les sites des réseaux cristallins atomiques se trouvent des atomes individuels reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes. Étant donné que les atomes, comme les ions, peuvent être situés différemment dans l’espace, des cristaux de formes différentes se forment.

Réseau cristallin atomique de diamant

Il n'y a aucune molécule dans ces réseaux. Le cristal entier doit être considéré comme une molécule géante. Un exemple de substances avec ce type de réseaux cristallins sont les modifications allotropiques du carbone : diamant, graphite ; ainsi que du bore, du silicium, du phosphore rouge, du germanium. Question : De quelle composition sont ces substances ? Réponse : Simple dans sa composition.

Les réseaux cristallins atomiques ont non seulement des réseaux simples, mais aussi complexes. Par exemple, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de silicium. Toutes ces substances ont très hautes températures point de fusion (pour le diamant supérieur à 3500 0 C), solide et dur, non volatil, pratiquement insoluble dans les liquides.

Prof : Les gars, vous avez une collection de métaux sur vos tables, regardons ces échantillons.

Question : Quelle liaison chimique est caractéristique des métaux ?

Réponse : Le métal. Liaison dans les métaux entre ions positifs via des électrons partagés.

Question : Quelles sont les caractéristiques communes propriétés physiques Sont-ils typiques des métaux ?

Réponse : Lustre, conductivité électrique, conductivité thermique, ductilité.

Question : Expliquez quelle est la raison pour laquelle tant de substances différentes ont les mêmes propriétés physiques ?

Réponse : Les métaux ont une structure unique.

Démonstration de modèles de réseaux cristallins métalliques.

Explication du professeur.

Les substances ayant des liaisons métalliques ont des réseaux cristallins métalliques

Sur les sites de ces réseaux se trouvent des atomes et des ions métalliques positifs, et les électrons de valence se déplacent librement dans le volume du cristal. Les électrons attirent électrostatiquement les ions métalliques positifs. Ceci explique la stabilité du réseau.

L'enseignant démontre et nomme les substances : iode, soufre.

Question : Quel est le point commun entre ces substances ?

Réponse : Ces substances ne sont pas des métaux. Simple en composition.

Question : Quelle est la liaison chimique à l’intérieur des molécules ?

Réponse : La liaison chimique à l’intérieur des molécules est covalente non polaire.

Question : Quelles propriétés physiques en sont caractéristiques ?

Réponse : Volatil, fusible, légèrement soluble dans l’eau.

Enseignant : Comparons les propriétés des métaux et des non-métaux. Les élèves répondent que les propriétés sont fondamentalement différentes.

Question : Pourquoi les propriétés des non-métaux sont-elles très différentes de celles des métaux ?

Réponse : Les métaux ont des liaisons métalliques, tandis que les non-métaux ont des liaisons covalentes et non polaires.

Enseignant : Par conséquent, le type de treillis est différent. Moléculaire.

Question : Quelles particules se trouvent aux points du réseau ?

Réponse : Molécules.

Démonstration de réseaux cristallins de dioxyde de carbone et d'iode.

Explication du professeur.

Réseau cristallin moléculaire

Comme nous le voyons, les solides ne sont pas les seuls à pouvoir posséder un réseau cristallin moléculaire. simple substances : gaz rares, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, phosphore blanc P 4, mais aussi complexe: eau solide, chlorure d'hydrogène solide et sulfure d'hydrogène. La plupart des composés organiques solides possèdent des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

Les sites du réseau contiennent des molécules non polaires ou polaires. Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par de fortes liaisons covalentes, de faibles forces intermoléculaires agissent entre les molécules elles-mêmes.

Conclusion: Les substances sont fragiles, ont une faible dureté, un faible point de fusion, sont volatiles et capables de sublimation.

Question : Quel processus est appelé sublimation ou sublimation ?

Répondre : La transition d'une substance d'un état d'agrégation solide directement à un état gazeux, en contournant l'état liquide, est appelée sublimation ou sublimation.

Démonstration de l'expérience : sublimation de l'acide benzoïque (expérience vidéo).

Travailler avec un tableau terminé.

Annexe 1. (Diapositive 17)

Réseaux cristallins, type de liaison et propriétés des substances

Question : Quel type de réseau cristallin parmi ceux évoqués ci-dessus ne se trouve pas dans les substances simples ?

Réponse : Les réseaux cristallins ioniques.

Question : Quels réseaux cristallins sont caractéristiques des substances simples ?

Réponse : Pour les substances simples - les métaux - un réseau cristallin métallique ; pour les non-métaux - atomiques ou moléculaires.

Travailler avec le tableau périodique de D.I. Mendeleev.

Question : Où dans Tableau périodique trouve-t-on des éléments métalliques et pourquoi ? Éléments non métalliques et pourquoi ?

Réponse : Si vous dessinez une diagonale du bore à l'astatine, alors dans le coin inférieur gauche de cette diagonale il y aura des éléments métalliques, car au dernier niveau d'énergie, ils contiennent de un à trois électrons. Il s'agit des éléments I A, II A, III A (sauf le bore), ainsi que l'étain et le plomb, l'antimoine et tous les éléments des sous-groupes secondaires.

Les éléments non métalliques sont situés dans le coin supérieur droit de cette diagonale, car au dernier niveau d'énergie, ils contiennent de quatre à huit électrons. Ce sont les éléments IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A et le bore.

Enseignant : Trouvons les éléments non métalliques qui ont substances simples avoir un réseau cristallin atomique (Réponse : C, B, Si) et moléculaire ( Réponse : N, S, O , halogènes et gaz rares ).

Enseignant : Formulez une conclusion sur la façon dont vous pouvez déterminer le type de réseau cristallin d'une substance simple en fonction de la position des éléments dans le tableau périodique de D.I. Mendeleïev.

Réponse : Pour les éléments métalliques appartenant aux groupes I A, II A, IIIA (à l'exception du bore), ainsi que pour l'étain et le plomb, et pour tous les éléments des sous-groupes secondaires d'une substance simple, le type de réseau est le métal.

Pour les éléments non métalliques IY A et le bore dans une substance simple, le réseau cristallin est atomique ; et les éléments Y A, YI A, YII A, YIII A dans les substances simples ont un réseau cristallin moléculaire.

Nous continuons à travailler avec le tableau complété.

Enseignant : Regardez attentivement la table. Quel modèle peut-on observer ?

Nous écoutons attentivement les réponses des élèves, puis, avec la classe, nous tirons la conclusion suivante :

Il existe le schéma suivant : si la structure des substances est connue, alors leurs propriétés peuvent être prédites, ou vice versa : si les propriétés des substances sont connues, alors la structure peut être déterminée. (Diapositive 18).

Enseignant : Regardez attentivement la table. Quelle autre classification de substances pouvez-vous suggérer ?

Si les élèves trouvent cela difficile, l'enseignant explique que les substances peuvent être divisées en substances de structure moléculaire et non moléculaire. (Diapositive 19).

Les substances ayant une structure moléculaire sont constituées de molécules.

Les substances de structure non moléculaire sont constituées d'atomes et d'ions.

Enseignant : Aujourd'hui, nous allons nous familiariser avec l'une des lois fondamentales de la chimie. C'est la loi de constance de la composition, découverte par le chimiste français J.L. Proust. La loi n'est valable que pour les substances de structure moléculaire. Actuellement, la loi se lit comme suit : « Les composés chimiques moléculaires, quelle que soit la méthode de préparation, ont une composition et des propriétés constantes. » Mais pour les substances ayant une structure non moléculaire, cette loi n'est pas toujours vraie.

Théorique et importance pratique La loi est que, sur cette base, la composition des substances peut être exprimée à l'aide de formules chimiques (pour de nombreuses substances de structure non moléculaire formule chimique montre la composition d'une molécule non pas réellement existante, mais conditionnelle).

Conclusion: La formule chimique d'une substance contient de nombreuses informations.(Diapositive 21)

Par exemple, SO 3 :

1. La substance spécifique est le dioxyde de soufre ou oxyde de soufre (YI).

2.Type de substance - complexe ; classe - oxyde.

3. Composition qualitative - se compose de deux éléments : le soufre et l'oxygène.

4. Composition quantitative- la molécule est constituée de 1 atome de soufre et de 3 atomes d'oxygène.

5.Relatif masse moléculaire- M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.

6. Masse molaire- M(SO 3) = 80 g/mol.

7. Beaucoup d'autres informations.

Consolidation et application des connaissances acquises

(Diapositive 22, 23).

Jeu de morpion : rayez les substances qui ont le même réseau cristallin verticalement, horizontalement, en diagonale.

Réflexion.

L'enseignant pose la question : « Les gars, qu'avez-vous appris de nouveau en classe ?

Résumer la leçon

Enseignant : Les gars, résumons les principaux résultats de notre leçon - répondez aux questions.

1. Quelles classifications de substances avez-vous apprises ?

2. Comment comprenez-vous le terme réseau cristallin ?

3. Quels types de réseaux cristallins connaissez-vous maintenant ?

4. Quelles régularités dans la structure et les propriétés des substances avez-vous découvert ?

5. Dans quoi état d'agrégation Les substances ont-elles des réseaux cristallins ?

6. Quelle loi fondamentale de la chimie avez-vous apprise en classe ?

Devoir : §22, notes.

1. Composez les formules des substances : chlorure de calcium, oxyde de silicium (IY), azote, sulfure d'hydrogène.

Déterminez le type de réseau cristallin et essayez de prédire quels devraient être les points de fusion de ces substances.

2. Tâche créative -> inventez des questions pour le paragraphe.

Le professeur vous remercie pour la leçon. Donne des notes aux étudiants.

Comme nous le savons déjà, une substance peut exister dans trois états d’agrégation : gazeux, dur Et liquide. L'oxygène, qui dans des conditions normales est à l'état gazeux, à une température de -194°C se transforme en un liquide bleuâtre, et à une température de -218,8°C il se transforme en une masse semblable à de la neige avec des cristaux bleus.

La plage de température d'existence d'une substance à l'état solide est déterminée par les points d'ébullition et de fusion. Les solides sont cristalline Et amorphe.

U substances amorphes il n'y a pas de point de fusion fixe - lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Dans cet état, par exemple, on trouve diverses résines et pâte à modeler.

Substances cristallines Ils se distinguent par la disposition régulière des particules qui les composent : atomes, molécules et ions, en des points strictement définis de l'espace. Lorsque ces points sont reliés par des lignes droites, un cadre spatial est créé, on l'appelle un réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds du réseau.

Les nœuds du réseau que nous imaginons peuvent contenir des ions, des atomes et des molécules. Ces particules effectuent des mouvements oscillatoires. Lorsque la température augmente, la plage de ces oscillations augmente également, ce qui entraîne une dilatation thermique des corps.

Selon le type de particules situées aux nœuds du réseau cristallin et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, atomique, moléculaire Et métal.

Ionique On les appelle des réseaux cristallins dans lesquels les ions sont situés aux nœuds. Ils sont formés de substances possédant des liaisons ioniques, qui peuvent lier à la fois les ions simples Na+, Cl- et les complexes SO24-, OH-. Ainsi, les réseaux cristallins ioniques contiennent des sels, certains oxydes et hydroxyles de métaux, c'est-à-dire les substances dans lesquelles une liaison chimique ionique existe. Prenons un cristal de chlorure de sodium : il consiste en une alternance positive d’ions Na+ et négatifs CL-, qui forment ensemble un réseau en forme de cube. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont extrêmement stables. Pour cette raison, les substances possédant un réseau ionique ont une résistance et une dureté relativement élevées ; elles sont réfractaires et non volatiles.

Atomique Les réseaux cristallins sont les réseaux cristallins dont les nœuds contiennent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes très fortes. Par exemple, le diamant est l’une des modifications allotropiques du carbone.

Les substances possédant un réseau cristallin atomique ne sont pas très courantes dans la nature. Il s'agit notamment du bore cristallin, du silicium et du germanium, ainsi que des substances complexes, par exemple celles contenant de l'oxyde de silicium (IV) - SiO 2 : silice, quartz, sable, cristal de roche.

La grande majorité des substances ayant un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (pour le diamant, il dépasse 3500°C), ces substances sont solides et dures, pratiquement insolubles.

Moléculaire On les appelle des réseaux cristallins dans lesquels les molécules sont situées aux nœuds. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent également être polaires (HCl, H 2 0) ou non polaires (N 2, O 3). Et bien que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes. C'est pourquoi les substances dotées de réseaux cristallins moléculaires se caractérisent par une faible dureté, un faible point de fusion et une volatilité.

Des exemples de telles substances comprennent l'eau solide - glace, le monoxyde de carbone solide (IV) - «neige carbonique», le chlorure d'hydrogène solide et le sulfure d'hydrogène, les substances solides simples formées par un - (gaz rares), deux - (H 2, O 2, CL 2 , N 2 , I 2), trois - (O 3), quatre - (P 4), huit molécules atomiques (S 8). La grande majorité des solides composés organiques avoir des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

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La matière, comme vous le savez, peut exister sous trois états d'agrégation : gazeux, liquide et solide (Fig. 70). Par exemple, l'oxygène, qui dans des conditions normales est un gaz, se transforme à une température de -194°C en un liquide bleu et à une température de -218,8°C il se solidifie en une masse semblable à de la neige constituée de cristaux bleus.

Riz. 70.
États physiques de l'eau

Les solides sont divisés en cristallins et amorphes.

Les substances amorphes n'ont pas de point de fusion clair - lorsqu'elles sont chauffées, elles se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Les substances amorphes comprennent la plupart des plastiques (par exemple le polyéthylène), la cire, le chocolat, la pâte à modeler, diverses résines et les chewing-gums (Fig. 71).

Riz. 71.
Substances et matériaux amorphes

Les substances cristallines se caractérisent par la disposition correcte de leurs particules constitutives en des points strictement définis de l'espace. Lorsque ces points sont reliés par des lignes droites, un cadre spatial se forme, appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds du réseau.

Les nœuds d’un réseau cristallin imaginaire peuvent contenir des ions, des atomes et des molécules monoatomiques. Ces particules effectuent des mouvements oscillatoires. Avec l'augmentation de la température, la plage de ces oscillations augmente, ce qui conduit généralement à une dilatation thermique des corps.

Selon le type de particules situées aux nœuds du réseau cristallin et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, atomique, moléculaire et métallique (tableau 6).

Tableau 6
Position des éléments dans le tableau périodique de D. I. Mendeleev et types de réseaux cristallins de leurs substances simples

Les substances simples formées d'éléments non représentés dans le tableau ont un réseau métallique.

Les réseaux ioniques sont appelés réseaux cristallins dont les nœuds contiennent des ions. Ils sont formés de substances possédant des liaisons ioniques, qui peuvent lier à la fois les ions simples Na +, Cl - et les ions complexes OH -. Par conséquent, les réseaux cristallins ioniques contiennent des sels, des bases (alcalis) et certains oxydes. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium est construit à partir d'une alternance d'ions positifs Na + et négatifs Cl -, formant un réseau en forme de cube (Fig. 72). Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très fortes. Par conséquent, les substances dotées d'un réseau ionique ont une dureté et une résistance relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.

Riz. 72.
Réseau cristallin ionique (chlorure de sodium)

Les réseaux atomiques sont appelés réseaux cristallins dont les nœuds contiennent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes très fortes.

Riz. 73.
Réseau cristallin atomique (diamant)

Le diamant possède ce type de réseau cristallin (Fig. 73) - l'une des modifications allotropiques du carbone. Les diamants taillés et polis sont appelés brillants. Ils sont largement utilisés en bijouterie (Fig. 74).

Riz. 74.
Deux couronnes impériales ornées de diamants :
une couronne Empire britannique; b - Grande couronne impériale de l'Empire russe

Les substances ayant un réseau cristallin atomique comprennent le bore cristallin, le silicium et le germanium, ainsi que les substances complexes, par exemple la silice, le quartz, le sable, le cristal de roche, qui comprennent l'oxyde de silicium (IV) SiO 2 (Fig. 75).

Riz. 75.
Réseau cristallin atomique (oxyde de silicium (IV))

La plupart des substances ayant un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (par exemple, pour le diamant, il est supérieur à 3 500 °C, pour le silicium - 1 415 °C, pour la silice - 1 728 °C), elles sont solides et dures, pratiquement insolubles.

Les molécules sont des réseaux cristallins dans lesquels les molécules sont situées aux nœuds. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent être à la fois polaires covalentes (chlorure d'hydrogène HCl, eau H20) et non polaires covalentes (azote N2, ozone 03). Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaires agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les substances dotées de réseaux cristallins moléculaires ont une faible dureté, basses températures fondant, volatil.

Des exemples de substances avec des réseaux cristallins moléculaires sont l'eau solide - glace, le monoxyde de carbone solide (IV) C) 2 - « glace carbonique » (Fig. 76), le chlorure d'hydrogène solide HCl et le sulfure d'hydrogène H 2 S, les substances solides simples formées par mono - (gaz rares : hélium, néon, argon, krypton), deux- (hydrogène H 2, oxygène O 2, chlore Cl 2, azote N 2, iode 1 2), trois- (ozone O 3), quatre- (blanc phosphore P 4 ), molécules à huit atomes (soufre S 7). La plupart des composés organiques solides possèdent des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

Riz. 76.
Réseau cristallin moléculaire (dioxyde de carbone)

Les substances ayant une liaison métallique ont des réseaux cristallins métalliques (Fig. 77). Sur les sites de ces réseaux se trouvent des atomes et des ions (soit des atomes, soit des ions, dans lesquels les atomes métalliques se transforment facilement, abandonnant leurs électrons externes pour un usage commun). Ce structure interne Les métaux déterminent leurs propriétés physiques caractéristiques : malléabilité, ductilité, conductivité électrique et thermique, éclat métallique.

Riz. 77.
Treillis cristallin métallique (fer)

Expérience de laboratoire n°13
Familiarisation avec un ensemble de substances avec différents types de réseau cristallin. Réaliser des modèles de réseaux cristallins

Examinez la collection d’échantillons de substances qui vous a été remise. Notez leurs formules, caractérisez les propriétés physiques et, sur cette base, déterminez le type de réseau cristallin.

Construisez un modèle de l’un des réseaux cristallins.

Pour les substances à structure moléculaire, la loi de constance de composition découverte par le chimiste français J. L. Proust (1799-1803) est valable. Actuellement cette loi est formulée comme suit :

La loi de Proust est l'une des lois fondamentales de la chimie. Cependant, pour les substances de structure non moléculaire, telles que les substances ioniques, cette loi n'est pas toujours vraie.

Mots et expressions clés

1. États solides, liquides et gazeux de la matière.
2. Solides : amorphes et cristallins.
3. Réseaux cristallins : ioniques, atomiques, moléculaires et métalliques.
4. Propriétés physiques des substances avec différents types de réseaux cristallins.
5. Loi de constance de composition.

Travailler avec un ordinateur

1. Référez-vous à la demande électronique. Étudiez le matériel de cours et effectuez les tâches assignées.
2. Recherchez des adresses e-mail sur Internet qui peuvent servir de sources supplémentaires révélant le contenu des mots-clés et des expressions dans le paragraphe. Proposez votre aide à l'enseignant pour préparer une nouvelle leçon - faites un rapport sur les mots et expressions clés du paragraphe suivant.

Questions et tâches

1. Dans quel état d’agrégation se trouvera l’oxygène à -205 °C ?
2. Rappelez-vous le travail de A. Belyaev «The Air Seller» et caractérisez les propriétés de l'oxygène solide à l'aide de sa description donnée dans le livre.
3. Quels types de substances (cristallines ou amorphes) sont les plastiques ? Quelles propriétés des plastiques sont à la base de leurs applications industrielles ?
4. De quel type de réseau cristallin de diamant s’agit-il ? Énumérez les propriétés physiques caractéristiques du diamant.
5. De quel type de réseau cristallin d’iode s’agit-il ? Énumérez les propriétés physiques caractéristiques de l’iode.
6. Pourquoi le point de fusion des métaux varie-t-il dans une très large mesure ? Pour préparer une réponse à cette question, utilisez de la littérature supplémentaire.
7. Pourquoi un produit en silicone se brise-t-il en morceaux lors d'un impact, alors qu'un produit en plomb ne fait que s'aplatir ? Dans lequel de ces cas la liaison chimique se rompt-elle et dans lequel ne se rompt-elle pas ? Pourquoi?

Il existe deux types de solides dans la nature, qui diffèrent sensiblement par leurs propriétés. Ce sont des corps amorphes et cristallins. Et les corps amorphes n'ont pas de point de fusion exact : lors du chauffage, ils se ramollissent progressivement puis passent à l'état fluide. Un exemple de telles substances est la résine ou la pâte à modeler ordinaire. Mais la situation est complètement différente avec substances cristallines. Ils restent à l'état solide jusqu'à une certaine température, et ce n'est qu'après l'avoir atteinte que ces substances fondent.

Tout dépend de la structure de ces substances. Dans les solides cristallins, les particules qui les composent sont localisées en certains points. Et si vous les connectez avec des lignes droites, vous obtenez une sorte de cadre imaginaire, appelé réseau cristallin. Et les types de réseaux cristallins peuvent être très différents. Et selon le type de particules à partir desquelles ils sont « construits », les réseaux sont divisés en quatre types. Ce sont des éléments ioniques, atomiques, moléculaires et

Et aux nœuds, en conséquence, les ions sont localisés et il existe une liaison ionique entre eux. peut être simple (Cl-, Na+) ou complexe (OH-, SO2-). Et ces types de réseaux cristallins peuvent contenir des hydroxydes et oxydes métalliques, des sels et d’autres substances similaires. Prenez, par exemple, le chlorure de sodium ordinaire. Il alterne ions négatifs le chlore et les ions sodium positifs, qui forment un réseau cristallin cubique. Les liaisons ioniques dans un tel réseau sont très stables et les substances « construites » selon ce principe ont une résistance et une dureté assez élevées.

Il existe également des types de réseaux cristallins appelés atomiques. Ici, les nœuds contiennent des atomes entre lesquels il existe une forte liaison covalente. Réseau atomique ne contiennent pas beaucoup de substances. Ceux-ci comprennent le diamant, ainsi que le germanium cristallin, le silicium et le bore. Il existe également des substances complexes qui contiennent et possèdent, par conséquent, un réseau cristallin atomique. Ce sont le cristal de roche et la silice. Et dans la plupart des cas, ces substances sont très résistantes, dures et réfractaires. Ils sont également pratiquement insolubles.

Et les types moléculaires de réseaux cristallins ont le plus différentes substances. Il s'agit notamment de l'eau gelée, c'est-à-dire de la glace ordinaire, de la « glace carbonique » - du monoxyde de carbone solidifié, ainsi que du sulfure d'hydrogène solide et du chlorure d'hydrogène. Les réseaux moléculaires contiennent également de nombreux composés organiques solides. Il s'agit notamment du sucre, du glucose, du naphtalène et d'autres substances similaires. Et les molécules situées aux nœuds d'un tel réseau sont reliées entre elles par des liaisons chimiques polaires et non polaires. Et malgré le fait qu'à l'intérieur des molécules il existe de fortes liaisons covalentes entre les atomes, ces molécules elles-mêmes sont retenues dans le réseau en raison de liaisons intermoléculaires très faibles. Par conséquent, ces substances sont assez volatiles, fondent facilement et n’ont pas une grande dureté.

Eh bien, ce sont les métaux qui ont le plus différents types réseaux cristallins. Et leurs nœuds peuvent contenir à la fois des atomes et des ions. Dans ce cas, les atomes peuvent facilement se transformer en ions, abandonnant leurs électrons pour un « usage commun ». De la même manière, les ions, ayant « capturé » un électron libre, peuvent devenir des atomes. Et ce réseau détermine les propriétés des métaux telles que la plasticité, la malléabilité, la conductivité thermique et électrique.

En outre, les types de réseaux cristallins de métaux et d'autres substances sont divisés en sept systèmes principaux en fonction de la forme des cellules élémentaires du réseau. La plus simple est la cellule cubique. Il existe également des cellules unitaires rhombiques, tétragonales, hexagonales, rhomboédriques, monocliniques et tricliniques qui déterminent la forme de l'ensemble du réseau cristallin. Mais dans la plupart des cas, les réseaux cristallins sont plus complexes que ceux énumérés ci-dessus. Cela est dû au fait que particules élémentaires peut être localisé non seulement dans les nœuds du réseau eux-mêmes, mais également en son centre ou sur ses bords. Et parmi les métaux, les plus courants sont les trois réseaux cristallins complexes suivants : cubique à faces centrées, cubique à corps centré et hexagonal compact. Plus caractéristiques physiques les métaux dépendent non seulement de la forme de leur réseau cristallin, mais également de la distance interatomique et d'autres paramètres.

Les solides ont généralement une structure cristalline. Il se caractérise par la disposition correcte des particules en des points strictement définis de l'espace. Lorsque ces points sont mentalement reliés par des lignes droites qui se croisent, un cadre spatial se forme, appelé réseau cristallin.

Les points où se trouvent les particules sont appelés nœuds du réseau cristallin. Les nœuds d'un réseau imaginaire peuvent contenir des ions, des atomes ou des molécules. Ils effectuent des mouvements oscillatoires. Avec l'augmentation de la température, l'amplitude des oscillations augmente, ce qui se manifeste par dilatation thermique tél.

Selon le type de particules et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, atomique, moléculaire et métallique.

Les réseaux cristallins constitués d'ions sont appelés ioniques. Ils sont formés de substances possédant des liaisons ioniques. Un exemple est un cristal de chlorure de sodium dans lequel, comme déjà indiqué, chaque ion sodium est entouré de six ions chlorure et chaque ion chlorure de six ions sodium. Cet arrangement correspond au tassement le plus dense si les ions sont représentés comme des sphères situées dans le cristal. Très souvent, les réseaux cristallins sont représentés comme le montre la figure, où seules les positions relatives des particules sont indiquées, mais pas leurs tailles.

Le nombre de particules voisines les plus proches et étroitement adjacentes à une particule donnée dans un cristal ou dans une molécule individuelle est appelé numéro de coordination.

Dans le réseau de chlorure de sodium, les numéros de coordination des deux ions sont 6. Ainsi, dans un cristal de chlorure de sodium, il est impossible d'isoler des molécules de sel individuelles. Il n’y en a aucun. Le cristal entier doit être considéré comme une macromolécule géante constituée d'un nombre égal d'ions Na + et Cl -, Na n Cl n, où n est un grand nombre. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très fortes. Par conséquent, les substances possédant un réseau ionique ont une dureté relativement élevée. Ils sont réfractaires et volent à basse altitude.

La fusion des cristaux ioniques entraîne une perturbation de l'orientation géométriquement correcte des ions les uns par rapport aux autres et une diminution de la force de la liaison entre eux. Par conséquent, leurs masses fondues conduisent le courant électrique. Les composés ioniques se dissolvent généralement facilement dans les liquides constitués de molécules polaires, comme l'eau.

Les réseaux cristallins, dans les nœuds desquels se trouvent des atomes individuels, sont appelés atomiques. Les atomes de ces réseaux sont reliés les uns aux autres par de fortes liaisons covalentes. Un exemple est le diamant, une des modifications du carbone. Le diamant est constitué d’atomes de carbone dont chacun est lié à quatre atomes voisins. Le nombre de coordination du carbone dans le diamant est 4 . Dans le réseau de diamant, comme dans le réseau de chlorure de sodium, il n'y a pas de molécules. Le cristal entier doit être considéré comme une molécule géante. Le réseau cristallin atomique est caractéristique du bore solide, du silicium, du germanium et des composés de certains éléments avec le carbone et le silicium.

Les réseaux cristallins constitués de molécules (polaires et non polaires) sont appelés moléculaires.

Les molécules de ces réseaux sont reliées les unes aux autres par des forces intermoléculaires relativement faibles. Par conséquent, les substances avec réseau moléculaire Ils ont une faible dureté et un point de fusion bas, sont insolubles ou légèrement solubles dans l'eau et leurs solutions ne conduisent presque pas le courant électrique. Nombre substances inorganiques avec un réseau moléculaire est petit.

Des exemples en sont la glace, le monoxyde de carbone solide (IV) (« glace carbonique »), les halogénures d'hydrogène solides, les substances simples solides formées par un- (gaz rares), deux- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2 , O 2 , N 2), trois (O 3), quatre (P 4), huit (S 8) molécules atomiques. Le réseau cristallin moléculaire de l'iode est représenté sur la figure. . La plupart des composés organiques cristallins possèdent un réseau moléculaire.