Les solides, en règle générale, ont une structure cristalline. Il se caractérise par l'arrangement correct des particules à des points strictement définis dans l'espace. Lorsque ces points sont mentalement reliés par des lignes droites qui se croisent, un cadre spatial est formé, appelé réseau cristallin.
Les points où les particules sont placées sont appelés nœuds de réseau. Les nœuds d'un réseau imaginaire peuvent contenir des ions, des atomes ou des molécules. Ils font des mouvements oscillatoires. Avec une augmentation de la température, l'amplitude des oscillations augmente, ce qui se manifeste par la dilatation thermique des corps.
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 dits ioniques. Ils sont formés de substances à liaisons ioniques. Un exemple est le cristal de chlorure de sodium, dans lequel, comme déjà noté, chaque ion sodium est entouré de six ions chlorure et chaque ion chlorure de six ions sodium. Cette disposition correspond au tassement le plus dense si les ions sont représentés sous forme de boules placées dans un cristal. Très souvent, les réseaux cristallins sont représentés comme indiqué sur la figure, où seul l'arrangement mutuel des particules est indiqué, mais pas leurs tailles.
Le nombre de particules voisines les plus proches étroitement adjacentes à une particule donnée dans un cristal ou dans une seule molécule est appelé numéro de coordination.
Dans le réseau de chlorure de sodium, les nombres de coordination des deux ions sont égaux à 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 à réseau ionique ont une dureté relativement élevée. Ils sont réfractaires et peu volatils.
La fusion des cristaux ioniques entraîne une violation 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 fontes conduisent le courant électrique. Les composés ioniques, en règle générale, sont facilement solubles dans les liquides constitués de molécules polaires, telles que l'eau.
Les réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels, sont appelés atomiques. Les atomes de ces réseaux sont interconnectés par de fortes liaisons covalentes. Un exemple est le diamant, l'une des modifications du carbone. Un diamant est composé d'atomes de carbone, chacun lié à quatre atomes voisins. Le nombre de coordination du carbone dans le diamant est 4 
. Dans le réseau du diamant, comme dans le réseau du 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 du carbone et du silicium.
Les réseaux cristallins constitués de molécules (polaires et non polaires) sont appelés moléculaires.
Les molécules de ces réseaux sont interconnectées par des forces intermoléculaires relativement faibles. Par conséquent, les substances à réseau moléculaire ont une faible dureté et des points de fusion bas, sont insolubles ou légèrement solubles dans l'eau, leurs solutions ne conduisent presque pas de courant électrique. Le nombre de substances inorganiques avec un réseau moléculaire est faible.
Des exemples en sont la glace, le monoxyde de carbone solide (IV) ("glace sèche"), les halogénures d'hydrogène solides, les substances simples solides formées par un- (gaz nobles), 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 illustré à la Fig. 
. Le plus cristallin composés organiques ont une structure moléculaire.
Comme nous le savons déjà, la matière peut exister dans trois états d'agrégation : gazeux, solide Et liquide. L'oxygène, qui dans des conditions normales est à l'état gazeux, à une température de -194 ° C est converti en un liquide bleuâtre, et à une température de -218,8 ° C, il se transforme en une masse neigeuse avec des cristaux bleus.
L'intervalle de température pour l'existence d'une substance à l'état solide est déterminé par les points d'ébullition et de fusion. Les solides sont cristalline Et amorphe.
À substances amorphes il n'y a pas de point de fusion fixe - lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent progressivement et deviennent fluides. Dans cet état, par exemple, il existe diverses résines, la pâte à modeler.
Substances cristallines diffèrent 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 de cristal sont appelés nœuds du réseau.
Aux nœuds du réseau que nous imaginons, il peut y avoir des ions, des atomes et des molécules. Ces particules oscillent. Lorsque la température augmente, l'ampleur de ces fluctuations augmente également, ce qui entraîne une dilatation thermique des corps.
Selon le type de particules situées dans les 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 appelés tels réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent les ions. Ils sont formés de substances à liaison ionique, qui peuvent être associées à la fois à des ions simples Na +, Cl- et à des complexes SO24-, OH-. Ainsi, les réseaux cristallins ioniques ont des sels, certains oxydes et hydroxyles de métaux, c'est-à-dire ces substances dans lesquelles il existe une liaison chimique ionique. Considérons un cristal de chlorure de sodium, il est constitué d'ions Na+ et CL- négatifs alternés positivement, ils forment ensemble un réseau en forme de cube. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont extrêmement stables. De ce fait, les substances à réseau ionique ont une résistance et une dureté relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.
nucléaire les réseaux cristallins sont appelés de tels réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés entre eux par des liaisons covalentes très fortes. Par exemple, le diamant est l'une des modifications allotropiques du carbone.
Les substances avec un réseau cristallin atomique ne sont pas très courantes dans la nature. Ceux-ci comprennent le bore cristallin, le silicium et le germanium, ainsi que des substances complexes, par exemple celles qui contiennent de l'oxyde de silicium (IV) - SiO 2 : silice, quartz, sable, cristal de roche.
La grande majorité des substances à réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (pour le diamant, il dépasse 3500 ° C), ces substances sont fortes et dures, pratiquement insolubles.
Moléculaire appelés tels réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent les molécules. 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 à réseaux cristallins moléculaires se caractérisent par une faible dureté, un bas point de fusion et une faible volatilité.
Des exemples de telles substances sont l'eau solide - la glace, le monoxyde de carbone solide (IV) - "glace sèche", le chlorure d'hydrogène solide et le sulfure d'hydrogène, les substances simples solides formées par un - (gaz nobles), deux - (H 2, O 2, CL 2 , N 2, I 2), trois - (O 3), quatre - (P 4), molécules à huit atomes (S 8). La grande majorité des composés organiques solides ont des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).
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Depuis l'Antiquité, les métaux ont joué un rôle énorme dans le développement de l'humanité. Les mettre en œuvre dans vie courante fait une véritable révolution à la fois dans les manières de traiter les matériaux, et dans la perception humaine de la réalité environnante. L'industrie et l'agriculture modernes, les transports et les infrastructures sont impossibles sans l'utilisation des métaux, l'utilisation de leurs qualités et propriétés utiles. Ces qualités, à leur tour, sont déterminées par la structure interne de cette classe de composés chimiques, qui est basée sur le réseau cristallin.
Le concept et l'essence du réseau cristallin
Du point de vue de la structure interne, toute substance peut être dans l'un des trois états - liquide, gazeux et solide. De plus, c'est ce dernier qui se caractérise par la plus grande stabilité, du fait que le réseau cristallin implique non seulement une disposition claire des atomes ou des molécules à des endroits strictement définis, mais aussi la nécessité d'appliquer une force suffisamment importante pour briser le liaisons entre ces particules élémentaires.
Caractéristiques du réseau ionique
La structure de toute substance à l'état solide implique nécessairement la répétition périodique de molécules et d'atomes en trois dimensions à la fois. Dans ce cas, selon ce qui se trouve aux points clés, le réseau cristallin peut être ionique, atomique, moléculaire et métallique. Quant à la première variété, ici les composants de base sont des ions chargés de polarité opposée, entre lesquels les forces dites de Coulomb apparaissent et agissent. Dans ce cas, la force d'interaction dépend directement des rayons des particules chargées.
Une telle grille est système complexe, constitué de cations métalliques, dans l'espace entre lequel se déplacent des électrons chargés négativement. C'est la présence de ces particules élémentaires qui donne la stabilité et la dureté du réseau, car elles servent en quelque sorte de compensateurs pour les cations chargés positivement.
Force et faiblesse du réseau atomique
Le réseau cristallin atomique est assez intéressant du point de vue de la structure. Déjà à partir du nom, nous pouvons conclure que les atomes sont situés dans ses nœuds, maintenus par des liaisons covalentes. De nombreux scientifiques de dernières années attribuent ce type d'interaction à la famille des polymères inorganiques, puisque la structure de cette molécule est largement déterminée par la valence de ses atomes constitutifs.
Principales caractéristiques du réseau moléculaire
Le réseau cristallin moléculaire est le moins stable de tous présentés. Le fait est que le niveau d'interaction des molécules situées dans ses nœuds est extrêmement faible et que le potentiel énergétique est déterminé par un certain nombre de facteurs, dans lesquels le rôle principal est joué par les forces de dispersion, d'induction et d'orientation.
Influence du réseau cristallin sur les propriétés des objets
Ainsi, le réseau cristallin détermine en grande partie les propriétés d'une substance. Par exemple, les cristaux atomiques fondent à des températures extrêmement élevées et ont une dureté accrue, tandis que les substances à réseau métallique sont d'excellents conducteurs.
Qui dans des conditions normales est un gaz, à une température de -194 ° C se transforme en liquide couleur bleue, i à une température de -218,8º C durcit en une masse ressemblant à de la neige, constituée de cristaux bleus.
Dans cette section, nous examinerons comment les caractéristiques des liaisons chimiques affectent les propriétés des solides. L'intervalle de température pour l'existence d'une substance à l'état solide est déterminé par ses points d'ébullition et de fusion. 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 deviennent fluides. A l'état amorphe, par exemple, il y a de la pâte à modeler ou diverses résines.
Les substances cristallines se caractérisent par la disposition correcte 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 se forme, appelé réseau cristallin. Les points où les particules du cristal sont placées sont appelés tracer le réseau.
Les nœuds d'un réseau imaginaire peuvent contenir des ions, des atomes et des molécules. Ces particules oscillent. Avec une augmentation de la température, la plage de ces oscillations augmente, ce qui, en règle générale, conduit à une dilatation thermique des corps.
Selon le type de particules situées aux nœuds du réseau cristallin et la nature de la liaison entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, atomique, moléculaire et métallique (tableau 6).
Les substances simples des éléments restants, non présentées dans le tableau 6, ont un réseau métallique.
Les réseaux cristallins ioniques sont appelés, dans les nœuds desquels il y a des ions. Ils sont formés de substances à liaison ionique, qui peuvent être associées à la fois à des ions simples Na +, Cl- et à des complexes SO 2- 4, OH-. Par conséquent, les réseaux cristallins ioniques contiennent des sels, certains oxydes et hydroxydes métalliques, c'est-à-dire les substances dans lesquelles existe une liaison chimique ionique. 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. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très stables. Par conséquent, les substances à structure de réseau ionique ont une dureté et une résistance relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.
Les cristaux atomiques sont versés dans des réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés entre eux par des liaisons covalentes très fortes. Un exemple de substances avec ce type de réseau cristallin est le diamant, l'une des modifications allotropiques du carbone.
Le nombre de substances avec un réseau cristallin atomique n'est pas très grand. Ceux-ci incluent le bore cristallin, le silicium et le germanium, ainsi que des substances complexes, par exemple celles qui incluent l'oxyde de silicium (IV) - SlO2 : silice, quartz, sable, cristal de roche.
La plupart des substances à réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (par exemple, dans le diamant, il est supérieur à 3500 ºС), elles sont fortes et dures, pratiquement insolubles.
Les réseaux moléculaires sont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent les molécules. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent être à la fois polaires et non polaires. Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules sont reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction moléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les substances avec des réseaux cristallins moléculaires ont une faible dureté, des points de fusion bas et sont volatiles.
Des exemples de substances avec des réseaux cristallins moléculaires sont l'eau solide - la glace, le monoxyde de carbone solide (IV) - la "glace sèche", le chlorure d'hydrogène solide et le sulfure d'hydrogène, les substances solides simples formées par un- (gaz nobles), deux-, trois- ( O3), quatre- (P4). molécules à huit atomes. La plupart des composés organiques solides ont des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).
Les substances avec une liaison métallique ont des réseaux cristallins métalliques. Aux nœuds de ces réseaux, il y a des atomes et des ions (soit des atomes, soit des ions, dans lesquels les atomes métalliques se transforment facilement, donnant leurs électrons externes pour un usage courant). Une telle structure interne des métaux détermine leurs propriétés physiques caractéristiques : malléabilité, plasticité, conductivité électrique et thermique, et un éclat métallique caractéristique.
Pour les substances ayant une structure moléculaire, la loi de constance de composition découverte par le chimiste français J. L. Proust (1799-1803) est valable. À l'heure actuelle, cette loi est formulée comme suit : « Les composés chimiques moléculaires, quelle que soit leur méthode de préparation, ont une composition et des propriétés constantes. La loi de Proust est l'une des lois fondamentales de la chimie. Cependant, pour les substances à structure non moléculaire, par exemple ionique, cette loi n'est pas toujours valable.
1. États solide, liquide et gazeux de la matière.
2. Solides : amorphes et cristallins.
3. Réseaux cristallins : atomique, ionique, métallique et moléculaire.
4. La loi de constance de la composition.
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La structure de la matière.
Ce ne sont pas des atomes ou des molécules individuels qui entrent dans les interactions chimiques, mais des substances.
Notre tâche est de se familiariser avec la structure de la matière.
À basses températures pour les substances à l'état solide stable.
☼ La substance la plus dure dans la nature est le diamant. Il est considéré comme le roi de toutes les gemmes et pierres précieuses. Et son nom même signifie en grec "indestructible". Les diamants ont longtemps été considérés comme des pierres miraculeuses. On croyait qu'une personne portant des diamants ne connaissait pas les maladies de l'estomac, le poison ne l'affectait pas, il conservait sa mémoire et sa bonne humeur jusqu'à un âge avancé, jouissait de la faveur royale.
☼ Un diamant soumis au traitement des bijoux - taille, polissage, s'appelle un diamant.
Lors de la fusion, à la suite de vibrations thermiques, l'ordre des particules est violé, elles deviennent mobiles, tandis que la nature de la liaison chimique n'est pas violée. Ainsi, il n'y a pas de différences fondamentales entre les états solide et liquide.
La fluidité apparaît dans le liquide (c'est-à-dire la capacité de prendre la forme d'un récipient).
cristaux liquides.
Les cristaux liquides sont ouverts dans fin XIX siècle, mais étudié au cours des 20-25 dernières années. De nombreux appareils d'affichage technologie moderne, par exemple, certaines horloges électroniques, mini-ordinateurs, fonctionnent avec des cristaux liquides.
En général, les mots "cristaux liquides" ne sonnent pas moins inhabituels que "glace chaude". Cependant, en fait, la glace peut aussi être chaude, car. à des pressions supérieures à 10 000 atm. la glace d'eau fond à des températures supérieures à 2000 C. La combinaison inhabituelle de "cristaux liquides" est que l'état liquide indique la mobilité de la structure et que le cristal assume un ordre strict.
Si une substance est constituée de molécules polyatomiques de forme allongée ou lamellaire et ayant une structure asymétrique, alors lorsqu'elle fond, ces molécules sont orientées d'une certaine manière les unes par rapport aux autres (leurs axes longs sont parallèles). Dans ce cas, les molécules peuvent se déplacer librement parallèlement à elles-mêmes, c'est-à-dire le système acquiert la fluidité caractéristique d'un liquide. Dans le même temps, le système conserve une structure ordonnée qui détermine les propriétés caractéristiques des cristaux.
La grande mobilité d'une telle structure permet de la contrôler par de très faibles influences (thermiques, électriques, etc.), c'est-à-dire modifier délibérément les propriétés d'une substance, y compris les propriétés optiques, avec très peu d'énergie, qui est utilisée dans la technologie moderne.
Types de réseaux cristallins.
Toute substance chimique est formée d'un grand nombre de particules identiques qui sont interconnectées.
Aux basses températures, lorsque le mouvement thermique est entravé, les particules sont strictement orientées dans l'espace et forment un réseau cristallin.
Cellule de cristal est une structure avec une disposition géométriquement correcte des particules dans l'espace.
Dans le réseau cristallin lui-même, les nœuds et l'espace internodal sont distingués.
La même substance, selon les conditions (p, t, ...) existe sous différentes formes cristallines (c'est-à-dire qu'elles ont des réseaux cristallins différents) - des modifications allotropiques qui diffèrent par leurs propriétés.
Par exemple, quatre modifications du carbone sont connues - graphite, diamant, carbyne et lonsdaleite.
☼ La quatrième variété de carbone cristallin « lonsdaleite » est peu connue. Il a été trouvé dans des météorites et obtenu artificiellement, et sa structure est toujours à l'étude.
☼ La suie, le coke, le charbon de bois ont été classés comme polymères amorphes du carbone. Cependant, on sait maintenant qu'il s'agit également de substances cristallines.
☼ Soit dit en passant, des particules noires brillantes ont été trouvées dans la suie, qu'ils ont appelées "carbone miroir". Le carbone miroir est chimiquement inerte, résistant à la chaleur, imperméable aux gaz et aux liquides, a surface lisse et une compatibilité absolue avec les tissus vivants.
☼ Le nom de graphite vient du "graffito" italien - j'écris, je dessine. Le graphite est un cristal gris foncé avec un léger éclat métallique, a un réseau en couches. Des couches séparées d'atomes dans un cristal de graphite, relativement faiblement liées les unes aux autres, sont facilement séparées les unes des autres.
TYPES DE TREILLIS DE CRISTAL
Propriétés des substances avec différents réseaux cristallins (tableau)
Si la vitesse de croissance des cristaux est faible lors du refroidissement, un état vitreux (amorphe) se forme.
La relation entre la position d'un élément dans le système périodique et le réseau cristallin de sa substance simple.
Il existe une relation étroite entre la position d'un élément dans le tableau périodique et le réseau cristallin de sa substance élémentaire correspondante.
Les substances simples des éléments restants ont un réseau cristallin métallique.
FIXATION
Étudiez le contenu du cours magistral, répondez aux questions suivantesécrit dans un cahier :
- Qu'est-ce qu'un réseau cristallin ?
- Quels types de réseaux cristallins existent ?
- Décrire chaque type de réseau cristallin selon le plan :
Qu'y a-t-il dans les nœuds du réseau cristallin, unité structurale → Type de liaison chimique entre les particules du nœud → Forces d'interaction entre les particules du cristal → Propriétés physiques dues au réseau cristallin → État agrégé de la matière dans des conditions normales → Exemples
Effectuez les tâches sur ce sujet :
- Quel type de réseau cristallin ont les substances suivantes couramment utilisées dans la vie quotidienne : eau, acide acétique (CH3 COOH), sucre (C12 H22 O11 ), engrais potassique (KCl), sable de rivière (SiO2 ) - point de fusion 1710 0C, ammoniac (NH3 ) , sel ? Faites une conclusion générale : quelles propriétés d'une substance peuvent déterminer le type de son réseau cristallin ?
Selon les formules des substances données: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - déterminez le type de réseau cristallin (ionique, moléculaire) de chaque composé et, sur cette base, décrivez les propriétés physiques de chacune des quatre substances.
Entraîneur numéro 1. "Grilles de cristal"
Entraîneur numéro 2. "Tâches de test"
Test (contrôle de soi):
1) Substances ayant un réseau cristallin moléculaire, en règle générale :
un). réfractaire et très soluble dans l'eau
b). fusible et volatil
V). Solide et électriquement conducteur
G). Thermoconducteur et plastique
2) La notion de "molécule" ne s'applique pas à l'unité structurale d'une substance :
b). oxygène
V). diamant
3) Le réseau cristallin atomique est caractéristique de :
un). aluminium et graphite
b). soufre et iode
V). oxyde de silicium et chlorure de sodium
G). diamant et bore
4) Si une substance est très soluble dans l'eau, a un point de fusion élevé, est électriquement conductrice, alors son réseau cristallin :
UN). moléculaire
b). nucléaire
V). ionique
G). métallique