Kaj ima kristalno mrežo. Kristalne mreže

Kot vemo, lahko vse materialne snovi obstajajo v treh osnovna stanja: tekoče, trdno in plinasto. Res je, obstaja tudi stanje plazme, ki ga znanstveniki štejejo za nič manj kot četrto agregatno stanje, vendar naš članek ni o plazmi. Trdno stanje snovi je torej trdno, ker ima posebno kristalna struktura, katerega delci so v določenem in jasno določenem vrstnem redu in tako tvorijo kristalno mrežo. Struktura kristalne mreže je sestavljena iz ponavljajočih se enakih elementarnih celic: atomov, molekul, ionov itd. elementarni delci, ki so med seboj povezani z različnimi vozlišči.

Vrste kristalnih mrež

Odvisno od delcev kristalne mreže je štirinajst vrst, tukaj so najbolj priljubljene med njimi:

• Ionska kristalna mreža.
• Atomska kristalna mreža.
• Molekularna kristalna mreža.
• kristalna mreža.

Ionska kristalna mreža

Glavna značilnost strukture kristalne mreže ionov je nasprotna električni naboji, pravzaprav ioni, zaradi česar nastane elektromagnetno polje, ki določa lastnosti snovi z ionsko kristalno mrežo. In to je ognjevzdržnost, trdota, gostota in sposobnost vodenja električni tok. Tipičen primer ionske kristalne mreže je lahko kuhinjska sol.

Atomska kristalna mreža

Snovi z atomsko kristalno mrežo imajo praviloma močne atome v svojih vozliščih. Kovalentna vez nastane, ko si dva enaka atoma med seboj delita bratske elektrone in tako tvorita skupni par elektronov za sosednja atoma. Zaradi tega kovalentne vezi vežejo atome tesno in enakomerno v strogem vrstnem redu – morda je to najbolj značilna lastnost struktura atomske kristalne mreže. Kemijski elementi s podobnimi vezmi se lahko pohvalijo s trdoto in visokim tališčem. Takšno ima atomska kristalna mreža kemični elementi kot so diamant, silicij, germanij, bor.

Molekularna kristalna mreža

Za molekularni tip kristalne mreže je značilna prisotnost stabilnih in tesno zapakiranih molekul. Nahajajo se na vozliščih kristalne mreže. V teh vozliščih jih držijo takšne van der Waltzeve sile, ki so desetkrat večje šibkejša moč ionska interakcija. Osupljiv primer Molekularna kristalna mreža je led - trdna snov, ki pa ima lastnost, da se spremeni v tekočino - vezi med molekulami kristalne mreže so zelo šibke.

Kovinska kristalna mreža

Vrsta vezi kovinske kristalne mreže je bolj prožna in duktilna od ionske, čeprav sta si po videzu zelo podobna. Posebnost to je prisotnost pozitivno nabitih kationov (kovinskih ionov) na mrežnih mestih. Med vozlišči živijo elektroni, ki sodelujejo pri ustvarjanju električnega polja; te elektrone imenujemo tudi električni plin. Prisotnost takšne strukture kovinske kristalne mreže pojasnjuje njene lastnosti: mehansko trdnost, toplotno in električno prevodnost, taljivost.

Kristalne mreže, video

In za zaključek podroben video razlage o lastnostih kristalnih mrež.

Zgradba snovi.

IN kemične interakcije ne vstopi posamezne atome ali molekule, temveč snovi.
Naša naloga je, da se seznanimo z zgradbo snovi.

Pri nizkih temperaturah so snovi v stabilnem trdnem stanju.

☼ Najtrša snov v naravi je diamant. Velja za kralja vseh draguljev in dragih kamnov. In samo ime v grščini pomeni "neuničljiv". Na diamante so že dolgo gledali kot na čudežne kamne. Veljalo je, da oseba, ki nosi diamante, ne pozna želodčnih bolezni, ni prizadeta zaradi strupa, ohrani spomin in veselo razpoloženje do starosti in uživa kraljevo naklonjenost.

☼ Diamant, ki je bil podvržen nakitni obdelavi - brušenju, poliranju - se imenuje diamant.

Pri taljenju zaradi toplotnih vibracij se poruši vrstni red delcev, postanejo gibljivi in ​​značaj kemična vez ni kršen. Tako ni bistvenih razlik med trdnim in tekočim stanjem.
Tekočina pridobi fluidnost (tj. sposobnost, da prevzame obliko posode).

Tekoči kristali.

Tekoči kristali so odprti konec XIX stoletja, vendar so jih preučevali v zadnjih 20-25 letih. Številne prikazovalne naprave sodobne tehnologije, na primer nekatere elektronske ure in mini računalniki, delujejo na tekočih kristalih.

Na splošno so besede " tekoči kristali"zveni nič manj nenavadno kot "vroč led". Vendar pa je v resnici led lahko tudi vroč, saj... pri tlaku nad 10.000 atm. vodni led se tali pri temperaturah nad 2000 C. Nenavadnost kombinacije "tekoči kristali" je v tem, da tekoče stanje nakazuje mobilnost strukture, kristal pa nakazuje strogo urejenost.

Če je snov sestavljena iz poliatomskih molekul podolgovate ali lamelne oblike in ima asimetrično strukturo, potem ko se tali, so te molekule usmerjene na določen način drug glede na drugega (njuni dolgi osi sta vzporedni). V tem primeru se lahko molekule prosto gibljejo vzporedno same s seboj, tj. sistem pridobi lastnost fluidnosti, značilno za tekočino. Hkrati sistem ohranja urejeno strukturo, ki določa lastnosti, značilne za kristale.

Visoka mobilnost takšne strukture omogoča nadzor z zelo šibkimi vplivi (toplotni, električni itd.), T.j. namensko spreminjajo lastnosti snovi, tudi optične, z zelo malo porabe energije, kar uporablja sodobna tehnologija.

Vrste kristalnih mrež.

katera koli kemična snov izobražen veliko število enaki delci, ki so med seboj povezani.
Pri nizkih temperaturah, ko toplotno gibanje težko, so delci strogo orientirani v prostoru in tvorijo kristalno mrežo.

Kristalna mreža je struktura z geometrijsko pravilno razporeditvijo delcev v prostoru.

V sami kristalni mreži ločimo vozlišča in internodalni prostor.
Ista snov, odvisno od pogojev (p, t,...) obstaja v različnih kristalne oblike(tj. imajo različne kristalne rešetke) - alotropske modifikacije, ki se razlikujejo po lastnostih.
Znane so na primer štiri modifikacije ogljika: grafit, diamant, karbin in lonsdaleit.

☼ Četrta različica kristalnega ogljika, "lonsdaleit", je malo znana. Odkrili so ga v meteoritih in pridobili umetno, njegovo strukturo pa še proučujejo.

☼ Saje, kokakola, oglje razvrščeni kot amorfni ogljikovi polimeri. Zdaj pa se je izvedelo, da je tudi to kristalne snovi.

☼ Mimogrede, v sajah so našli sijoče črne delce, ki so jih poimenovali "zrcalni ogljik". Zrcalni ogljik je kemično inerten, odporen na vročino, neprepusten za pline in tekočine, ima gladka površina in absolutna združljivost z živimi tkivi.

☼ Ime grafit izhaja iz italijanskega “graffito” - pišem, rišem. Grafit je temno siv kristal s šibkim kovinskim leskom in ima večplastno mrežo. Posamezne plasti atomov v kristalu grafita, ki so med seboj razmeroma šibko povezane, se zlahka ločijo med seboj.

VRSTE KRISTALNIH MREŽ

Lastnosti snovi z različnimi kristalnimi mrežami (tabela)

Če je hitrost rasti kristalov pri ohlajanju majhna, stekleno stanje(amorfen).

Razmerje med položajem elementa v periodnem sistemu in kristalno mrežo njegove preproste snovi.

Med položajem elementa v periodni sistem in kristalna mreža njegove ustrezne preproste snovi obstaja tesna povezava.

Preproste snovi preostalih elementov imajo kovinsko kristalno mrežo.

PRITRDITEV

Preučite gradivo predavanja in odgovorite na naslednja vprašanja pisno v zvezek:
- Kaj je kristalna mreža?
- Katere vrste kristalnih mrež obstajajo?
- Opišite vsako vrsto kristalne mreže po načrtu:

Kaj je v vozliščih kristalne mreže, strukturna enota → Vrsta kemijske vezi med delci vozlišča → Interakcijske sile med delci kristala → Fizikalne lastnosti zaradi kristalne mreže → Fizično stanje snovi pri normalnih pogojih → Primeri

Izpolnite naloge na to temo:

- Kakšno vrsto kristalne mreže imajo naslednje snovi, ki se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju: voda, ocetna kislina (CH3 COOH), sladkor (C12 H22 O11), kalijevo gnojilo (KCl), rečni pesek (SiO2) - tališče 1710 0C, amoniak (NH3) , kuhinjska sol? Naredite splošen zaključek: s katerimi lastnostmi snovi lahko določite vrsto njene kristalne mreže?
S pomočjo formul podanih snovi: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - določite vrsto kristalne mreže (ionsko, molekularno) posamezne spojine in na podlagi tega opišite. fizikalne lastnosti vsak od štiri snovi.
Trener št. 1. "Kristalne mreže"
Trener št. 2. "Testne naloge"
Test (samokontrola):

1) Snovi, ki imajo praviloma molekularno kristalno mrežo:
a). ognjevzdržen in zelo topen v vodi
b). taljive in hlapne
V). Trden in električno prevoden
G). Toplotno prevoden in plastičen

2) Pojem "molekula" se ne uporablja za strukturno enoto snovi:

b). kisik

V). diamant

3) Atomska kristalna mreža je značilna za:

a). aluminij in grafit

b). žveplo in jod

V). silicijev oksid in natrijev klorid

G). diamant in bor

4) Če je snov dobro topna v vodi, ima visoko tališče in je električno prevodna, potem je njena kristalna mreža:

A). molekularni

b). atomski

V). ionski

G). kovina

Pogovorimo se o trdnih snoveh. Trdne snovi lahko razdelimo na dvoje velike skupine: amorfen in kristalni. Ločili jih bomo po principu, ali je red ali ne.

IN amorfne snovi molekule so razporejene naključno. V njihovi prostorski razporeditvi ni vzorcev. V bistvu so amorfne snovi zelo viskozne tekočine, tako viskozne, da so trdne.

Od tod tudi ime: "a-" - negativni delec, “morphe” – oblika. TO amorfne snovi vključujejo: steklo, smole, vosek, parafin, milo.

Pomanjkanje reda v razporeditvi delcev določa fizikalne lastnosti amorfna telesa: Oni nimajo fiksnih tališč. S segrevanjem se jim postopoma zmanjšuje viskoznost, prav tako postopoma prehajajo v tekoče stanje.

V nasprotju z amorfnimi snovmi obstajajo kristalne snovi. Delci kristalne snovi so prostorsko urejeni. Ta pravilna struktura prostorske razporeditve delcev v kristalni snovi se imenuje kristalna mreža.

Za razliko od amorfnih teles, kristalne snovi imajo fiksna tališča.

Odvisno od tega, kateri delci so v vozlišča mreže, in katere povezave jih držijo skupaj, jih razlikujejo: molekularni, atomski, ionski in kovina rešetke.

Zakaj je bistveno pomembno vedeti, kakšno kristalno mrežo ima snov? Kaj opredeljuje? Vse. Struktura določa, kako kemijske in fizikalne lastnosti snovi.

Najenostavnejši primer: DNK. V vseh organizmih na zemlji je zgrajen iz istega niza strukturne komponente: štiri vrste nukleotidov. In kako pestro življenje. Vse to določa struktura: vrstni red, v katerem so ti nukleotidi razporejeni.

Molekularna kristalna mreža.

Tipičen primer je voda v trdnem stanju (led). Celotne molekule se nahajajo na mrežnih mestih. In jih obdrži skupaj medmolekularne interakcije: vodikove vezi, van der Waalsove sile.

Te vezi so šibke, zato je molekularna mreža šibka najbolj krhka, je tališče takih snovi nizko.

Dober diagnostični znak: če ima snov normalne razmere tekoče ali plinasto stanje in/ali ima vonj - potem ima najverjetneje ta snov molekularno kristalno mrežo. Konec koncev, tekočina in plinasto stanje- to je posledica dejstva, da se molekule na površini kristala slabo sprijemajo (vezi so šibke). In so "odpihnjeni". Ta lastnost se imenuje volatilnost. In izpraznjene molekule, ki se razpršijo v zraku, dosežejo naše vohalne organe, kar subjektivno občutimo kot vonj.

Imajo molekularno kristalno mrežo:

1. Nekaj ​​preprostih snovi nekovin: I 2, P, S (to je vse nekovine, ki nimajo atomske mreže).
2. Skoraj vse organske snovi ( razen soli).
3. In kot smo že omenili, so snovi v normalnih pogojih tekoče ali plinaste (zmrznjene) in/ali brez vonja (NH 3, O 2, H 2 O, kisline, CO 2).

Atomska kristalna mreža.

V vozliščih atomske kristalne mreže, za razliko od molekularne, obstajajo posamezne atome. Izkazalo se je, da mrežo držijo skupaj kovalentne vezi (navsezadnje so te tiste, ki vežejo nevtralne atome).

Klasičen primer je standard trdnosti in trdote - diamant (po kemična narava je enostavna snov ogljik). Kontakti: kovalentna nepolarna, saj mrežo tvorijo samo ogljikovi atomi.

Toda na primer v kristalu kremena ( kemijska formula od tega SiO 2) so atomi Si in O. Zato so vezi kovalentno polarni.

Fizikalne lastnosti snovi z atomsko kristalno mrežo:

1. moč, trdota
2. visoke temperature taljenje (ognjevarnost)
3. nehlapne snovi
4. netopen (niti v vodi niti v drugih topilih)

Vse te lastnosti so posledica moči kovalentnih vezi.

V atomski kristalni mreži je malo snovi. Ni posebnega vzorca, zato si jih morate le zapomniti:

1. Alotropske modifikacije ogljika (C): diamant, grafit.
2. Bor (B), silicij (Si), germanij (Ge).
3. Samo dve alotropni modifikaciji fosforja imata atomsko kristalno mrežo: rdeči fosfor in črni fosfor. (l beli fosfor– molekularna kristalna mreža).
4. SiC – karborund (silicijev karbid).
5. BN – borov nitrid.
6. Kremen, kamniti kristal, kremen, rečni pesek - vse te snovi imajo sestavo SiO 2.
7. Korund, rubin, safir - te snovi imajo sestavo Al 2 O 3.

Zagotovo se postavlja vprašanje: C je hkrati diamant in grafit. Vendar sta si popolnoma različna: grafit je neprozoren, madeži in prevaja elektriko, diamant pa je prozoren, ne obarva in ne prevaja elektrike. Razlikujejo se po strukturi.

Oba sta atomska mreža, vendar različna. Zato so lastnosti različne.

Ionska kristalna mreža.

Klasičen primer: kuhinjska sol: NaCl. Na vozliščih rešetke so posamezne ione: Na + in Cl – . Mrežo držijo na mestu elektrostatične sile privlačnosti med ioni ("plus" privlači "minus"), tj. ionska vez.

Ionske kristalne mreže so precej močne, vendar krhke; temperature taljenja takšnih snovi so precej visoke (višje kot pri predstavnikih kovinskih mrež, vendar nižje kot pri snoveh z atomsko mrežo). Mnogi so topni v vodi.

Z določitvijo ionske kristalne mreže praviloma ni težav: kjer je ionska vez, je ionska kristalna mreža. To: vse soli, kovinski oksidi, alkalije(in drugi bazični hidroksidi).

Kovinska kristalna mreža.

Kovinska rešetka se prodaja v enostavne snovi kovine. Prej smo rekli, da lahko ves sijaj kovinske vezi razumemo le v povezavi s kovinsko kristalno mrežo. Prišla je ura.

Glavna lastnost kovin: elektroni na zunanji raven energije Slabo se držijo, zato jih zlahka podarimo. Po izgubi elektrona se kovina spremeni v pozitivno nabit ion - kation:

Na 0 – 1e → Na +

V kovinski kristalni mreži se nenehno dogajajo procesi sproščanja in pridobivanja elektronov: elektron se odtrga od kovinskega atoma na enem mestu rešetke. Nastane kation. Odtrgani elektron pritegne drug kation (ali isti): ponovno nastane nevtralni atom.

Vozlišča kovinske kristalne mreže vsebujejo nevtralne atome in kovinske katione. In prosti elektroni potujejo med vozlišči:

Te proste elektrone imenujemo elektronski plin. Določajo fizikalne lastnosti enostavnih kovinskih snovi:

1. toplotna in električna prevodnost
2. kovinski sijaj
3. kovnost, duktilnost

To je to kovinska povezava: kovinske katione privlačijo nevtralni atomi in prosti elektroni vse skupaj »zlepijo«.

Kako določiti vrsto kristalne mreže.

p.S. Nekaj ​​je notri šolski kurikulum in Program enotnega državnega izpita na to temo nekaj, s čimer se ne strinjamo povsem. Namreč: posplošitev, da je vsaka vez med kovino in nekovino ionska vez. Ta predpostavka je bila narejena namerno, očitno za poenostavitev programa. Toda to vodi v izkrivljanje. Meja med ionskimi in kovalentnimi vezmi je poljubna. Vsaka vez ima svoj odstotek "ionskosti" in "kovalentnosti". Vez z nizko aktivno kovino ima majhen odstotek "ionskosti", bolj je podobna kovalentni. Toda po programu enotnega državnega izpita je "zaokrožen" proti ionskemu. To povzroča včasih absurdne stvari. Na primer, Al 2 O 3 je snov z atomsko kristalno mrežo. O kakšni ionskosti govorimo tukaj? Samo kovalentna vez lahko drži atome skupaj na ta način. Toda po standardu kovina-nekovina to vez uvrščamo med ionske. In dobimo protislovje: mreža je atomska, vez pa ionska. To je tisto, do česar vodi pretirano poenostavljanje.

Navodila

Kot lahko zlahka uganite iz samega imena, kovinski tip rešetke najdemo v kovinah. Za te snovi je običajno značilno visoko tališče, kovinski lesk, trdota in so dobri prevodniki električnega toka. Ne pozabite, da ta vrsta mrežnih mest vsebuje nevtralne atome ali pozitivno nabite ione. V prostorih med vozlišči so elektroni, katerih migracija zagotavlja visoko električno prevodnost takih snovi.

Ionski tip kristalne mreže. Ne smemo pozabiti, da je neločljivo povezana tudi s solmi. Značilnost - kristali dobro znane kuhinjske soli, natrijevega klorida. Na mestih takih mrež se izmenjujejo pozitivno in negativno nabiti ioni. Takšne snovi so običajno ognjevzdržne in imajo nizko hlapnost. Kot morda ugibate, so ionskega tipa.

Atomski tip kristalne mreže je inherenten preproste snovi– nekovine, ki so v normalnih pogojih trdne snovi. Na primer žveplo, fosfor,... Na mestih takih mrež so nevtralni atomi, ki so med seboj povezani s kovalentnimi kemičnimi vezmi. Za takšne snovi je značilna ognjevzdržnost in netopnost v vodi. Nekateri (na primer ogljik v obliki) imajo izjemno visoko trdoto.

Nazadnje, zadnja vrsta mreže je molekularna. Najdemo ga v snoveh, ki so v normalnih pogojih v tekoči ali plinasti obliki. Kot je spet mogoče zlahka razumeti, so na vozliščih takih mrež molekule. Lahko so nepolarni (za preproste pline, kot sta Cl2, O2) ali polarni (najbolj znan primer– voda H2O). Snovi s to vrsto rešetke ne prevajajo toka, so hlapne in imajo nizke temperature taljenje.

Viri:

• vrsta rešetke

Temperatura taljenje trdne snovi se meri, da se določi njena čistost. Nečistoče v čista snov običajno zniža temperaturo taljenje ali povečajte interval, v katerem se spojina tali. Kapilarna metoda je klasična metoda za nadzor nečistoč.

Potrebovali boste

• - preskusna snov;
• - steklena kapilara, zaprta na enem koncu (premer 1 mm);
• - steklena cev s premerom 6-8 mm in dolžino najmanj 50 cm;
• - ogrevan blok.

Navodila

Predhodno posušeno preskusno snov zdrobite v možnarju, dokler ni fina. Previdno primemo kapilaro in potopimo odprti konec v snov, pri tem pa naj nekaj pade v kapilaro.

Stekleno cevko postavite navpično na trdo podlago in skozenj večkrat spustite kapilaro z zaprtim koncem navzdol. To pomaga kompaktirati snov. Za določitev temperature mora biti stolpec snovi v kapilari približno 2-5 mm.

Kapilarni termometer postavite v segret blok in opazujte spremembe v preskusni snovi z naraščanjem temperature. Pred in med segrevanjem se termometer ne sme dotikati sten bloka ali drugih močno segretih površin, sicer lahko poči.

Upoštevajte temperaturo, pri kateri se v kapilari pojavijo prve kapljice (začetek taljenje), in temperatura, pri kateri izginejo zadnje snovi (konec taljenje). V tem intervalu se snov začne zmanjševati, dokler popolnoma ne preide v tekoče stanje. Pri izvedbi analize bodite pozorni tudi na spremembe ali razgradnjo snovi.

Meritve ponovite še 1-2 krat. Rezultate vsake meritve predstavite v obliki ustreznega temperaturnega intervala, iz katerega prehaja snov trdno stanje v tekočino. Na koncu analize naredite sklep o čistosti preskusne snovi.

Video na temo

V kristalih so kemični delci (molekule, atomi in ioni) razporejeni v v določenem vrstnem redu, pod nekaterimi pogoji tvorijo pravilne simetrične poliedre. Obstajajo štiri vrste kristalnih mrež - ionske, atomske, molekularne in kovinske.

Kristali

Za kristalno stanje je značilna prisotnost dolgega reda v razporeditvi delcev, pa tudi simetrija kristalne mreže. Trdni kristali so tridimenzionalne tvorbe, v katerih se isti strukturni element ponavlja v vse smeri.

Pravilna oblika kristali zaradi njih notranja struktura. Če zamenjate molekule, atome in ione v njih s točkami namesto s težišči teh delcev, dobite tridimenzionalno pravilno porazdelitev - . Ponavljajoče se elemente njegove strukture imenujemo elementarne celice, točke pa imenujemo vozlišča kristalne mreže. Obstaja več vrst kristalov, odvisno od delcev, ki jih tvorijo, kot tudi od narave kemične vezi med njimi.

Ionske kristalne mreže

Ionski kristali tvorijo anione in katione, med katerimi so. TO ta tip kristali vključujejo soli večine kovin. Vsak kation privlači anion, drugi kationi pa ga odbijajo, zato je nemogoče izolirati posamezne molekule v ionskem kristalu. Kristal je mogoče obravnavati kot enega ogromnega in njegova velikost ni omejena; sposoben je vezati nove ione.

Atomske kristalne mreže

V atomskih kristalih so posamezni atomi združeni kovalentne vezi. Tako kot ionske kristale si jih lahko predstavljamo tudi kot ogromne molekule. Hkrati so atomski kristali zelo trdi in vzdržljivi ter slabo prevajajo elektriko in toploto. So praktično netopni in zanje je značilna nizka reaktivnost. Snovi z atomsko mrežo se talijo pri zelo visokih temperaturah.

Molekularni kristali

Molekularne kristalne mreže so sestavljene iz molekul, katerih atomi so povezani s kovalentnimi vezmi. Zaradi tega med molekulami delujejo šibke molekularne sile. Za takšne kristale je značilna nizka trdota, nizko tališče in visoka fluidnost. Snovi, ki jih tvorijo, pa tudi njihove taline in raztopine slabo prevajajo električni tok.

Kovinske kristalne rešetke

V kristalnih mrežah kovin so atomi razporejeni z največja gostota, njihove povezave so delokalizirane, segajo po celotnem kristalu. Takšni kristali so neprozorni, imajo kovinski lesk, zlahka se deformirajo in so dobri prevodniki elektrike in toplote.

Ta klasifikacija opisuje samo omejene primere, večino kristalov anorganske snovi pripada vmesne vrste- molekularno-kovalentna, kovalentna itd. Na primer, kristal grafita ima kovalentno-kovinske vezi znotraj vsake plasti in molekularne vezi med plastmi.

Viri:

• alhimik.ru, Trdne snovi

Diamant je mineral, ki spada v eno od alotropske modifikacije ogljik. Posebnost visoka trdota, ki ji upravičeno prisluži naziv najtrše snovi. Diamant je dokaj redek mineral, a hkrati najbolj razširjen. Njegova izjemna trdota najde svojo uporabo v strojništvu in industriji.

Navodila

Diamant ima atomsko kristalno mrežo. Atomi ogljika, ki tvorijo osnovo molekule, so razporejeni v obliki tetraedra, zato ima diamant tako visoko trdnost. Vsi atomi so povezani z močnimi kovalentnimi vezmi, ki nastanejo na podlagi elektronska struktura molekule.

Ogljikov atom ima sp3 hibridizirane orbitale, ki so pod kotom 109 stopinj in 28 minut. Prekrivanje hibridnih orbital poteka v ravni črti v vodoravni ravnini.

Torej, ko se orbitali prekrivata pod takšnim kotom, je središče

Večina trdnih snovi ima kristalno strukturo. Kristalna mreža zgrajena iz ponavljajočih se enakih strukturnih enot, individualnih za vsak kristal. Ta strukturna enota se imenuje "enotna celica". Z drugimi besedami, kristalna mreža služi kot refleksija prostorska struktura trdna snov.

Kristalne mreže lahko razvrstimo na različne načine.

jaz Glede na simetrijo kristalov rešetke delimo na kubične, tetragonalne, rombične, heksagonalne.

Ta razvrstitev je priročna pri ocenjevanju optične lastnosti kristalov, kot tudi njihovo katalitično aktivnost.

II. Po naravi delcev, ki se nahaja na vozliščih rešetke in glede na vrsto kemijske vezi obstaja razlika med njimi atomske, molekularne, ionske in kovinske kristalne mreže. Vrsta vezi v kristalu določa razliko v trdoti, topnosti v vodi, toploti raztopine in talilni toploti ter električni prevodnosti.

Pomembna lastnost kristala je energija kristalne mreže, kJ/mol – energija, ki jo je treba porabiti za uničenje danega kristala.

Molekularna mreža

Molekularni kristali sestavljajo molekule, ki jih na določenih položajih kristalne mreže držijo šibke medmolekulske vezi (van der Waalsove sile) ali vodikove vezi. Te mreže so značilne za snovi s kovalentnimi vezmi.

Obstaja veliko snovi z molekularno mrežo. to veliko število organske spojine(sladkor, naftalen itd.), kristalna voda (led), trdna ogljikov dioksid(»suhi led«), trdni vodikovi halogenidi, jod, trdni plini, vključno z žlahtnimi plini,

Energija kristalne mreže je minimalna za snovi z nepolarno in nizko polarne molekule(CH 4, CO 2 itd.).

Rešetke, ki jih tvorijo bolj polarne molekule, imajo tudi višjo energijo kristalne mreže. Največja energija imajo rešetke s snovmi, ki tvorijo vodikove vezi (H 2 O, NH 3).

zaradi šibka interakcija med molekulami so te snovi hlapne, taljive, imajo nizko trdoto, ne prevajajo električnega toka (dielektriki) in imajo nizko toplotno prevodnost.

Atomska mreža

V vozliščih atomska kristalna mreža obstajajo atomi enega ali različnih elementov, ki so med seboj povezani s kovalentnimi vezmi po vseh treh oseh. Takšna kristali ki se tudi imenujejo kovalentna, jih je relativno malo.

Primeri kristalov te vrste vključujejo diamant, silicij, germanij, kositer in tudi kristale kompleksne snovi, kot so borov nitrid, aluminijev nitrid, kremen, silicijev karbid. Vse te snovi imajo diamantu podobno mrežo.

Energija kristalne mreže v takih snoveh praktično sovpada z energijo kemične vezi (200 – 500 kJ/mol). To določa njihove fizikalne lastnosti: visoko trdoto, tališče in vrelišče.

Električno prevodne lastnosti teh kristalov so različne: diamant, kremen, borov nitrid so dielektriki; silicij, germanij – polprevodniki; kovina siva pločevina dobro prevaja elektriko.

V kristalih z atomsko kristalno mrežo je nemogoče ločiti ločeno strukturna enota. Celoten monokristal je ena velikanska molekula.

Ionska mreža

V vozliščih ionska mreža izmenjujejo se pozitivni in negativni ioni, med katerimi delujejo elektrostatične sile. Ionski kristali tvorijo spojine z ionskimi vezmi, na primer natrijev klorid NaCl, kalijev fluorid in KF itd. Ionske spojine lahko vključujejo tudi kompleksne ione, na primer NO 3 -, SO 4 2 -.

Ionski kristali so tudi velikanske molekule, v katerih na vsak ion pomembno vplivajo vsi drugi ioni.

Energija ionske kristalne mreže lahko doseže pomembne vrednosti. Torej, E (NaCl) = 770 kJ / mol in E (BeO) = 4530 kJ / mol.

Ionski kristali imajo visoka tališča in vrelišča ter visoko trdnost, vendar so krhki. Mnogi od njih slabo prevajajo elektriko pri sobni temperaturi (približno dvajset redov velikosti nižje od kovin), vendar z naraščajočo temperaturo opazimo povečanje električne prevodnosti.

Kovinska rešetka

Kovinski kristali navedite primere najpreprostejših kristalnih struktur.

Kovinske ione v rešetki kovinskega kristala lahko približno obravnavamo v obliki krogel. V trdnih kovinah so te kroglice zapakirane z največjo gostoto, kar je razvidno iz znatne gostote večine kovin (od 0,97 g/cm 3 za natrij, 8,92 g/cm 3 za baker do 19,30 g/cm 3 za volfram in zlato). Najbolj gosto pakiranje kroglic v eni plasti je šesterokotno pakiranje, pri katerem je vsaka kroglica obdana s šestimi drugimi kroglicami (v isti ravnini). Središča poljubnih treh sosednjih kroglic tvorijo enakostranični trikotnik.

Lastnosti kovin, kot sta visoka duktilnost in kovnost, kažejo na pomanjkanje togosti v kovinskih rešetkah: njihove ravnine se precej enostavno premikajo glede na drugo.

Valenčni elektroni sodelujejo pri nastajanju vezi z vsemi atomi in se prosto gibljejo po celotnem volumnu kosa kovine. To je označeno visoke vrednosti električna prevodnost in toplotna prevodnost.

Kar zadeva energijo kristalne mreže, kovine zasedajo vmesni položaj med molekularnimi in kovalentnimi kristali. Energija kristalne mreže je:

Tako so fizikalne lastnosti trdnih snovi bistveno odvisne od vrste kemijske vezi in strukture.

Zgradba in lastnosti trdnih snovi

(Vse definicije, formule, grafi in enačbe reakcij so zapisane.)