Chemické zlúčeniny s iónovými kryštálovými mriežkami sú rôzne. Štruktúra hmoty

Látka, ako viete, môže existovať v troch stavoch agregácie: plynnom, kvapalnom a tuhom (obr. 70). Napríklad kyslík, ktorý je za normálnych podmienok plyn, sa pri teplote -194 °C mení na modrú kvapalinu a pri teplote -218,8 °C tuhne na snehovú hmotu pozostávajúcu z modrých kryštálov.

Ryža. 70.
Súhrnné stavy vody

Pevné látky sa delia na kryštalické a amorfné.

Amorfné látky nemajú jasnú teplotu topenia – pri zahrievaní postupne mäknú a stávajú sa tekutými. Medzi amorfné látky patrí väčšina plastov (napríklad polyetylén), vosk, čokoláda, plastelína, rôzne živice a žuvačky (obr. 71).

Ryža. 71.
Amorfné látky a materiály

Kryštalické látky sa vyznačujú správnym usporiadaním ich základných častíc v presne definovaných bodoch v priestore. Keď sú tieto body spojené priamymi čiarami, vytvorí sa priestorový rámec, nazývaný kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálov, sa nazývajú uzly mriežky.

V uzloch pomyselnej kryštálovej mriežky môžu byť monatomické ióny, atómy, molekuly. Tieto častice oscilujú. So zvyšujúcou sa teplotou sa rozsah týchto kmitov zväčšuje, čo spravidla vedie k tepelnej rozťažnosti telies.

V závislosti od typu častíc nachádzajúcich sa v uzloch kryštálovej mriežky a od povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónové, atómové, molekulárne a kovové (tabuľka 6).

Tabuľka 6
Postavenie prvkov v periodickej sústave D. I. Mendelejeva a typy kryštálových mriežok ich jednoduchých látok

Jednoduché látky tvorené prvkami neuvedenými v tabuľke majú kovovú mriežku.

Nazývajú sa iónové kryštálové mriežky, v ktorých uzloch sú ióny. Sú tvorené látkami s iónovou väzbou, ktoré môžu byť spojené tak s jednoduchými iónmi Na +, Cl -, ako aj s komplexnými, OH -. V dôsledku toho majú iónové kryštálové mriežky soli, zásady (alkálie), niektoré oxidy. Napríklad kryštál chloridu sodného je vytvorený zo striedajúcich sa kladných iónov Na + a záporných iónov Cl -, čím sa vytvára mriežka v tvare kocky (obr. 72). Väzby medzi iónmi v takomto kryštáli sú veľmi silné. Preto majú látky s iónovou mriežkou pomerne vysokú tvrdosť a pevnosť, sú žiaruvzdorné a neprchavé.

Ryža. 72.
Iónová kryštálová mriežka (chlorid sodný)

Atómové mriežky sa nazývajú kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sú jednotlivé atómy. V takýchto mriežkach sú atómy prepojené veľmi silnými kovalentnými väzbami.

Ryža. 73.
Atómová kryštálová mriežka (diamant)

Tento typ kryštálovej mriežky má diamant (obr. 73) - jednu z alotropných modifikácií uhlíka. Brúsené a leštené diamanty sa nazývajú brilianty. Široké uplatnenie majú v šperkárstve (obr. 74).

Ryža. 74.
Dve cisárske koruny s diamantmi:
a - koruna Britského impéria; b - Veľká cisárska koruna Ruskej ríše

K látkam s atómovou kryštálovou mriežkou patrí kryštalický bór, kremík a germánium, ako aj komplexné látky, ako oxid kremičitý, kremeň, piesok, horský kryštál, medzi ktoré patrí oxid kremičitý (IV) SiO 2 (obr. 75).

Ryža. 75.
Atómová kryštálová mriežka (oxid kremičitý)

Väčšina látok s atómovou kryštálovou mriežkou má veľmi vysoké teploty topenia (napríklad pre diamant je to viac ako 3500 ° C, pre kremík - 1415 ° C, pre oxid kremičitý - 1728 ° C), sú pevné a tvrdé, prakticky nerozpustné.

Molekulové mriežky sa nazývajú kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sa nachádzajú molekuly. Chemické väzby v týchto molekulách môžu byť kovalentné polárne (hydrochlorid HCl, voda H 2 0), ako aj kovalentné nepolárne (dusík N 2, ozón 0 3). Napriek skutočnosti, že atómy v molekulách sú viazané veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi molekulami samotnými sú slabé sily intermolekulárnej príťažlivosti. Preto látky s molekulárnymi kryštálovými mriežkami majú nízku tvrdosť, nízke teploty topenia a sú prchavé.

Príkladmi látok s molekulovými kryštálovými mriežkami sú pevná voda - ľad, tuhý oxid uhoľnatý (IV) C) 2 - „suchý ľad“ (obr. 76), tuhý chlorovodík HCl a sírovodík H 2 S, pevné jednoduché látky tvorené jedným - (vzácne plyny: hélium, neón, argón, kryptón), dvoj- (vodík H 2, kyslík O 2, chlór Cl 2, dusík N 2, jód 1 2), troj- (ozón O 3), štvor- (biela fosfor P 4 ), osem-atómové (síry S 7) molekuly. Väčšina pevných organických zlúčenín má molekulárne kryštálové mriežky (naftalén, glukóza, cukor).

Ryža. 76.
Molekulárna kryštálová mriežka (oxid uhličitý)

Látky s kovovou väzbou majú kovové kryštálové mriežky (obr. 77). V uzloch takýchto mriežok sa nachádzajú atómy a ióny (buď atómy alebo ióny, na ktoré sa atómy kovov ľahko premenia, čím dávajú svoje vonkajšie elektróny na bežné použitie). Takáto vnútorná štruktúra kovov určuje ich charakteristické fyzikálne vlastnosti: kujnosť, plasticita, elektrická a tepelná vodivosť, kovový lesk.

Ryža. 77.
Kovová krištáľová mriežka (železo)

Laboratórny pokus č.13
Oboznámenie sa so zberom látok s rôznymi typmi kryštálovej mriežky. Vytváranie modelov kryštálových mriežok

Skontrolujte zbierku vzoriek látok, ktoré ste dostali. Zapíšte si ich vzorce, charakterizujte fyzikálne vlastnosti a na základe nich určte typ kryštálovej mriežky.

Zostavte model jednej z krištáľových mriežok.

Pre látky s molekulárnou štruktúrou platí zákon o stálosti zloženia, ktorý objavil francúzsky chemik J. L. Proust (1799-1803). Tento zákon je v súčasnosti formulovaný takto:

Proustov zákon je jedným zo základných zákonov chémie. Avšak pre látky s nemolekulovou štruktúrou, napríklad iónovou, tento zákon nie je vždy pravdivý.

Kľúčové slová a frázy

1. Pevné, kvapalné a plynné skupenstvo látok.
2. Pevné látky: amorfné a kryštalické.
3. Kryštálové mriežky: iónové, atómové, molekulárne a kovové.
4. Fyzikálne vlastnosti látok s rôznymi typmi kryštálových mriežok.
5. Zákon stálosti zloženia.

Práca s počítačom

1. Pozrite si elektronickú prihlášku. Preštudujte si látku lekcie a dokončite navrhované úlohy.
2. Vyhľadajte na internete e-mailové adresy, ktoré môžu slúžiť ako dodatočné zdroje, ktoré odhalia obsah kľúčových slov a fráz v odseku. Ponúknite učiteľovi svoju pomoc pri príprave novej hodiny – urobte správu o kľúčových slovách a frázach v nasledujúcom odseku.

Otázky a úlohy

1. V akom stave agregácie bude kyslík pri -205 °C?
2. Spomeňte si na prácu A. Belyaeva "Predavač vzduchu" a charakterizujte vlastnosti tuhého kyslíka pomocou jeho popisu uvedeného v knihe.
3. Aké látky (kryštalické alebo amorfné) sú plasty? Aké vlastnosti plastov sú základom ich priemyselného využitia?
4. O aký typ diamantovej kryštálovej mriežky ide? Uveďte fyzikálne vlastnosti diamantu.
5. Aký typ kryštálovej mriežky je jód? Uveďte fyzikálne vlastnosti jódu.
6. Prečo sa teplota topenia kovov mení vo veľmi širokom rozmedzí? Na prípravu odpovede na túto otázku použite ďalšiu literatúru.
7. Prečo sa výrobok vyrobený z kremíka pri náraze rozbije na kusy, zatiaľ čo výrobok vyrobený z olova sa iba sploští? V ktorom z týchto prípadov dochádza k deštrukcii chemickej väzby a v ktorom nie? prečo?

Väčšina pevných látok má kryštalickýštruktúra, ktorá sa vyznačuje presne definované usporiadanie častíc. Ak spojíte častice s podmienenými čiarami, dostanete priestorový rámec tzv kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálu, sa nazývajú uzly mriežky. Uzly imaginárnej mriežky môžu obsahovať atómy, ióny alebo molekuly.

V závislosti od povahy častíc nachádzajúcich sa v uzloch a od povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónové, kovové, atómové a molekulárne.

Iónový nazývané mriežky, v uzloch ktorých sú ióny.

Tvoria ich látky s iónovými väzbami. V uzloch takejto mriežky sa nachádzajú kladné a záporné ióny, ktoré sú vzájomne prepojené elektrostatickou interakciou.

Iónové kryštálové mriežky obsahujú soli, alkálie, aktívne oxidy kovov. Ióny môžu byť jednoduché alebo zložité. Napríklad na miestach kryštálovej mriežky chloridu sodného sú jednoduché sodné ióny Na a chlór Cl - a na miestach mriežky síranu draselného sa striedajú jednoduché draselné ióny K a komplexné síranové ióny S O 4 2 -.

Väzby medzi iónmi v takýchto kryštáloch sú silné. Preto sú iónové látky pevné, žiaruvzdorné, neprchavé. Takéto látky sú dobré rozpustiť vo vode.

Kryštalická mriežka chloridu sodného

Kryštál chloridu sodného

kov nazývané mriežky, ktoré pozostávajú z kladných iónov a atómov kovov a voľných elektrónov.

Sú tvorené látkami s kovovou väzbou. V uzloch kovovej mriežky sa nachádzajú atómy a ióny (buď atómy alebo ióny, na ktoré sa atómy ľahko premenia a dávajú svoje vonkajšie elektróny na bežné použitie).

Takéto kryštálové mriežky sú charakteristické pre jednoduché látky z kovov a zliatin.

Teploty topenia kovov môžu byť rôzne (od \ (-37 \) ° C pre ortuť do dvoch až troch tisíc stupňov). Ale všetky kovy majú vlastnosť kovový lesk kujnosť , ťažnosť , dobre viesť elektrinu a vrúcne.

kovová kryštálová mriežka

Hardvér

Nazývajú sa atómové kryštálové mriežky, v ktorých uzloch sú jednotlivé atómy spojené kovalentnými väzbami.

Tento typ mriežky má diamant - jednu z alotropných modifikácií uhlíka. Látky s atómovou kryštálovou mriežkou zahŕňajú grafit, kremík, bór a germánium ako aj komplexné látky, napríklad karborundum SiC a oxid kremičitý, kremeň, horský krištáľ, piesok, ktoré zahŕňajú oxid kremičitý (\ (IV \)) Si O 2.

Takéto látky sú charakterizované vysoká pevnosť a tvrdosť. Diamant je teda najtvrdšia prírodná látka. Látky s atómovou kryštálovou mriežkou majú veľmi vysoké teploty topenia a varením. Napríklad teplota topenia oxidu kremičitého je \(1728 \) ° C, zatiaľ čo pre grafit je vyššia - \ (4000 \) ° C. Atómové kryštály sú prakticky nerozpustné.

Diamantová kryštálová mriežka

diamant

Molekulárna nazývané mriežky, v uzloch ktorých sa nachádzajú molekuly viazané slabou medzimolekulovou interakciou.

Napriek tomu, že vo vnútri molekúl sú atómy spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi molekulami samotnými pôsobia slabé sily medzimolekulovej príťažlivosti. Preto molekulárne kryštály majú málo sily a tvrdosť nízke teploty topenia a varením. Mnohé molekulárne látky sú pri izbovej teplote kvapaliny a plyny. Takéto látky sú prchavé. Napríklad kryštalický jód a tuhý oxid uhoľnatý (\ (IV \)) („suchý ľad“) sa vyparujú bez toho, aby prešli do kvapalného stavu. Niektoré molekulárne látky sú vôňa .

Jednoduché látky v tuhom stave agregácie majú tento typ mriežky: vzácne plyny s monatomickými molekulami (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), ako aj nekovy s dvoj- a polyatomické molekuly (H2, O2, N2, Cl2, I2, O3, P4, S8).

Molekulárna kryštálová mriežka má aj látky s kovalentnými polárnymi väzbami: voda - ľad, tuhý amoniak, kyseliny, oxidy nekovov. Väčšina Organické zlúčeniny sú tiež molekulové kryštály (naftalén, cukor, glukóza).

Ako vieme, všetky hmotné látky môžu existovať v troch základných skupenstvách: kvapalné, pevné a plynné. Je pravda, že existuje aj stav plazmy, ktorý vedci považujú za nie menej ako štvrtý stav hmoty, ale náš článok nie je o plazme. Pevné skupenstvo hmoty je teda pevné, pretože má zvláštnu kryštalickú štruktúru, ktorej častice sú v určitom a presne definovanom poradí, čím vytvárajú kryštálovú mriežku. Štruktúra kryštálovej mriežky pozostáva z opakujúcich sa rovnakých elementárnych buniek: atómov, molekúl, iónov, iných elementárnych častíc prepojených rôznymi uzlami.

Typy kryštálových mriežok

V závislosti od častíc kryštálovej mriežky existuje štrnásť typov, uvedieme najobľúbenejšie z nich:

• Iónová kryštálová mriežka.
• Atómová kryštálová mriežka.
• Molekulárna kryštálová mriežka.
• krištáľová bunka.

Iónová kryštálová mriežka

Hlavným znakom štruktúry kryštálovej mriežky iónov sú opačné elektrické náboje, v skutočnosti ióny, v dôsledku čoho sa vytvára elektromagnetické pole, ktoré určuje vlastnosti látok, ktoré majú iónovú kryštálovú mriežku. A to je žiaruvzdornosť, tvrdosť, hustota a schopnosť viesť elektrický prúd. Soľ môže byť typickým príkladom iónovej kryštálovej mriežky.

Atómová kryštálová mriežka

Látky s atómovou kryštálovou mriežkou majú spravidla vo svojich uzloch silné uzly pozostávajúce z vlastných atómov. Kovalentná väzba nastáva, keď dva rovnaké atómy bratsky zdieľajú elektróny, čím vytvárajú spoločný pár elektrónov pre susedné atómy. Z tohto dôvodu kovalentné väzby silne a rovnomerne viažu atómy v prísnom poradí - možno je to najcharakteristickejšia vlastnosť štruktúry atómovej kryštálovej mriežky. Chemické prvky s podobnými väzbami sa môžu pochváliť svojou tvrdosťou, vysokým bodom topenia. Atómová kryštálová mriežka má také chemické prvky ako diamant, kremík, germánium, bór.

Molekulárna kryštálová mriežka

Molekulový typ kryštálovej mriežky je charakterizovaný prítomnosťou stabilných a tesne zbalených molekúl. Nachádzajú sa v uzloch kryštálovej mriežky. V týchto uzloch ich držia také van der Waalsove sily, ktoré sú desaťkrát slabšie ako sily iónovej interakcie. Nápadným príkladom molekulárnej kryštálovej mriežky je ľad - pevná látka, ktorá má však vlastnosť premeny na kvapalinu - väzby medzi molekulami kryštálovej mriežky sú veľmi slabé.

kovová kryštálová mriežka

Typ väzby kovovej kryštálovej mriežky je pružnejší a plastickejší ako iónový, hoci navonok sú veľmi podobné. Jeho charakteristickou črtou je prítomnosť kladne nabitých katiónov (kovových iónov) v miestach mriežky. Medzi uzlami žijú elektróny podieľajúce sa na vytváraní elektrického poľa, tieto elektróny sa tiež nazývajú elektrický plyn. Prítomnosť takejto štruktúry kovovej kryštálovej mriežky vysvetľuje jej vlastnosti: mechanickú pevnosť, tepelnú a elektrickú vodivosť, tavnosť.

Kryštálové mriežky, video

A na záver podrobné video vysvetlenie vlastností kryštálových mriežok.

Strana 1

Molekulové kryštálové mriežky a im zodpovedajúce molekulové väzby sa tvoria najmä v kryštáloch tých látok, v ktorých molekulách sú väzby kovalentné. Pri zahrievaní sa väzby medzi molekulami ľahko zničia, takže látky s molekulárnymi mriežkami majú nízke teploty topenia.

Molekulové kryštálové mriežky sú tvorené z polárnych molekúl, medzi ktorými vznikajú interakčné sily, takzvané van der Waalsove sily, ktoré majú elektrický charakter. V molekulárnej mriežke vytvárajú pomerne slabú väzbu. Ľad, prírodná síra a mnohé organické zlúčeniny majú molekulárnu kryštálovú mriežku.

Molekulárna kryštálová mriežka jódu je znázornená na obr. 3.17. Väčšina kryštalických organických zlúčenín má molekulárnu mriežku.

Uzly molekulovej kryštálovej mriežky sú tvorené molekulami. Molekulárna mriežka má napríklad kryštály vodíka, kyslíka, dusíka, vzácnych plynov, oxidu uhličitého, organických látok.

Prítomnosť molekulárnej kryštálovej mriežky tuhej fázy je dôvodom nevýznamnej adsorpcie iónov z matečného lúhu a následne oveľa vyššej čistoty precipitátov v porovnaní so zrazeninami, ktoré sa vyznačujú iónovým kryštálom. Keďže precipitácia v tomto prípade prebieha v optimálnom rozsahu kyslosti, ktorý je odlišný pre ióny vyzrážané týmto činidlom, závisí od hodnoty zodpovedajúcich konštánt stability komplexov. Táto skutočnosť umožňuje úpravou kyslosti roztoku dosiahnuť selektívne a niekedy až špecifické vyzrážanie určitých iónov. Podobné výsledky možno často získať vhodnou modifikáciou donorových skupín v organických činidlách, pričom sa vezmú do úvahy charakteristiky komplexotvorných katiónov, ktoré sa vyzrážajú.

V molekulárnych kryštálových mriežkach sa pozoruje lokálna anizotropia väzieb, konkrétne intramolekulárne sily sú veľmi veľké v porovnaní s intermolekulárnymi.

V molekulových kryštálových mriežkach sú molekuly umiestnené na miestach mriežky. Väčšina látok s kovalentnou väzbou tvorí kryštály tohto typu. Molekulové mriežky tvoria pevný vodík, chlór, oxid uhličitý a ďalšie látky, ktoré sú pri bežných teplotách plynné. Kryštály väčšiny organických látok sú tiež tohto typu. Je teda známych veľa látok s molekulárnou kryštálovou mriežkou.

V molekulových kryštálových mriežkach sú ich základné molekuly spojené relatívne slabými van der Waalsovými silami, zatiaľ čo atómy v molekule sú spojené oveľa silnejšou kovalentnou väzbou. Preto si v takýchto mriežkach molekuly zachovávajú svoju individualitu a zaberajú jedno miesto kryštálovej mriežky. Substitúcia je tu možná, ak majú molekuly podobný tvar a veľkosť. Pretože sily, ktoré viažu molekuly, sú relatívne slabé, hranice substitúcie sú tu oveľa širšie. Ako ukázal Nikitin, atómy vzácnych plynov môžu izomorfne nahradiť molekuly CO2, SO2, CH3COCH3 a iné v mriežkach týchto látok. Podobnosť chemického vzorca tu nie je potrebná.

V molekulových kryštálových mriežkach sú molekuly umiestnené na miestach mriežky. Väčšina látok s kovalentnou väzbou tvorí kryštály tohto typu. Molekulové mriežky tvoria pevný vodík, chlór, oxid uhličitý a ďalšie látky, ktoré sú pri bežných teplotách plynné. Kryštály väčšiny organických látok sú tiež tohto typu. Je teda známych veľa látok s molekulárnou kryštálovou mriežkou. Molekuly nachádzajúce sa v miestach mriežky sú navzájom viazané medzimolekulovými silami (o charaktere týchto síl sme hovorili vyššie; pozri str. Keďže medzimolekulové sily sú oveľa slabšie ako sily chemickej väzby, molekulárne kryštály s nízkou teplotou topenia sa vyznačujú výraznou prchavosťou, t.j. ich tvrdosť je nízka. Obzvlášť nízke teploty topenia a varu tých látok, ktorých molekuly sú nepolárne. Napríklad kryštály parafínu sú veľmi mäkké, hoci kovalentné väzby C-C v molekulách uhľovodíkov, ktoré tvoria tieto kryštály, sú také silné ako väzby v diamantových plynoch, treba pripísať aj molekulárnym plynom, ktoré pozostávajú z monatomických molekúl, pretože valenčné sily pri tvorbe týchto kryštálov nehrajú úlohu a väzby medzi časticami tu majú rovnaký charakter ako v iných molekulových kryštáloch; to spôsobuje relatívne veľkú hodnotu medziatómových vzdialeností v týchto kryštáloch.

V uzloch molekulárnych kryštálových mriežok sa nachádzajú molekuly, ktoré sú navzájom spojené slabými medzimolekulovými silami. Takéto kryštály tvoria látky s kovalentnou väzbou v molekulách. Je známych veľa látok s molekulárnou kryštálovou mriežkou. Molekulové mriežky majú pevný vodík, chlór, oxid uhličitý a ďalšie látky, ktoré sú pri bežnej teplote plynné. Kryštály väčšiny organických látok sú tiež tohto typu.