Čvrste tvari u pravilu imaju kristalnu strukturu. Karakterizira ga ispravan raspored čestica na strogo određenim točkama u prostoru. Kada se te točke mentalno povežu ravnim linijama koje se sijeku, nastaje prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka.
Točke na kojima se nalaze čestice nazivaju se rešetkasti čvorovi. Čvorovi zamišljene rešetke mogu sadržavati ione, atome ili molekule. Ostvaruju oscilatorne pokrete. S porastom temperature povećava se amplituda oscilacija, što se očituje u toplinskom širenju tijela.
Ovisno o vrsti čestica i prirodi veze među njima, razlikuju se četiri tipa kristalnih rešetki: ionske, atomske, molekularne i metalne.
Kristalne rešetke koje se sastoje od iona nazivaju se ionske. Nastaju od tvari s ionskim vezama. Primjer je kristal natrijevog klorida, u kojem je, kao što je već navedeno, svaki natrijev ion okružen sa šest kloridnih iona, a svaki kloridni ion sa šest natrijevih iona. Ovaj raspored odgovara najgušćem pakiranju ako su ioni predstavljeni kao kuglice smještene u kristal. Vrlo često se kristalne rešetke prikazuju kao što je prikazano na Sl., gdje je naznačen samo međusobni raspored čestica, ali ne i njihove veličine.
Broj najbližih susjednih čestica u neposrednoj blizini dane čestice u kristalu ili u jednoj molekuli naziva se koordinacijski broj.
U rešetki natrijevog klorida koordinacijski brojevi oba iona jednaki su 6. Dakle, u kristalu natrijevog klorida nemoguće je izolirati pojedinačne molekule soli. Oni nisu ovdje. Cijeli kristal treba promatrati kao divovsku makromolekulu koja se sastoji od jednakog broja Na + i Cl - iona, Na n Cl n , gdje je n veliki broj. Veze između iona u takvom kristalu su vrlo jake. Stoga tvari s ionskom rešetkom imaju relativno visoku tvrdoću. Vatrostalni su i niske hlapljivosti.
Taljenje ionskih kristala dovodi do kršenja geometrijski ispravne orijentacije iona jedan prema drugom i smanjenja snage veze između njih. Stoga njihove taline provode električnu struju. Ionski spojevi su, u pravilu, lako topljivi u tekućinama koje se sastoje od polarnih molekula, kao što je voda.
Kristalne rešetke, na čijim se čvorovima nalaze pojedinačni atomi, nazivaju se atomske. Atomi u takvim rešetkama međusobno su povezani jakim kovalentnim vezama. Primjer je dijamant, jedna od modifikacija ugljika. Dijamant se sastoji od ugljikovih atoma, od kojih je svaki vezan za četiri susjedna atoma. Koordinacijski broj ugljika u dijamantu je 4 
. U rešetki dijamanta, kao i u rešetki natrijevog klorida, nema molekula. Cijeli kristal treba smatrati divovskom molekulom. Atomska kristalna rešetka je karakteristična za čvrsti bor, silicij, germanij i spojeve određenih elemenata s ugljikom i silicijem.
Kristalne rešetke koje se sastoje od molekula (polarnih i nepolarnih) nazivaju se molekularnim.
Molekule u takvim rešetkama međusobno su povezane relativno slabim međumolekularnim silama. Stoga tvari s molekularnom rešetkom imaju nisku tvrdoću i niske točke taljenja, netopive su ili slabo topive u vodi, njihove otopine gotovo ne provode električnu struju. Broj anorganskih tvari s molekularnom rešetkom je mali.
Primjeri za njih su led, čvrsti ugljični monoksid (IV) ("suhi led"), čvrsti vodikovi halogenidi, čvrste jednostavne tvari formirane od jednog- (plemeniti plinovi), dva- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2 , O 2, N 2), tri- (O 3), četiri- (P 4), osam- (S 8) atomskih molekula. Molekularna kristalna rešetka joda prikazana je na Sl. 
. Najkristalniji organski spojevi imaju molekularnu strukturu.
Kao što već znamo, materija može postojati u tri agregatna stanja: plinoviti, čvrsta I tekućina. Kisik, koji je u normalnim uvjetima u plinovitom stanju, na temperaturi od -194 °C pretvara se u plavkastu tekućinu, a na temperaturi od -218,8 °C pretvara se u snježnu masu s plavim kristalima.
Temperaturni interval za postojanje tvari u čvrstom stanju određen je točkama vrelišta i tališta. Čvrste tvari su kristalno I amorfna.
Na amorfne tvari nema fiksne točke taljenja – kada se zagrijavaju, postupno omekšaju i postaju tekući. U tom stanju, na primjer, postoje razne smole, plastelin.
Kristalne tvari razlikuju se po pravilnom rasporedu čestica od kojih se sastoje: atoma, molekula i iona, na strogo određenim točkama u prostoru. Kada su te točke povezane ravnim linijama, stvara se prostorni okvir, naziva se kristalna rešetka. Točke u kojima se nalaze kristalne čestice nazivaju se rešetkasti čvorovi.
Na čvorovima rešetke koje zamišljamo mogu biti ioni, atomi i molekule. Ove čestice osciliraju. S porastom temperature povećava se i opseg tih kolebanja, što dovodi do toplinskog širenja tijela.
Ovisno o vrsti čestica koje se nalaze u čvorovima kristalne rešetke i prirodi veze između njih, razlikuju se četiri vrste kristalnih rešetki: ionski, atomski, molekularni I metal.
ionski nazivaju takve kristalne rešetke, na čijim se čvorovima nalaze ioni. Tvore ih tvari s ionskom vezom, koje se mogu povezati s jednostavnim ionima Na +, Cl- i složenim SO24-, OH-. Dakle, ionske kristalne rešetke imaju soli, neke okside i hidroksile metala, t.j. one tvari u kojima postoji ionska kemijska veza. Razmotrimo kristal natrijevog klorida, sastoji se od pozitivno izmjeničnih Na+ i negativnih CL- iona, koji zajedno tvore rešetku u obliku kocke. Veze između iona u takvom kristalu su izuzetno stabilne. Zbog toga tvari s ionskom rešetkom imaju relativno visoku čvrstoću i tvrdoću, vatrostalne su i nehlapljive.
nuklearna kristalne rešetke nazivaju se takve kristalne rešetke, u čijim se čvorovima nalaze pojedinačni atomi. U takvim rešetkama atomi su međusobno povezani vrlo jakim kovalentnim vezama. Na primjer, dijamant je jedna od alotropnih modifikacija ugljika.
Tvari s atomskom kristalnom rešetkom nisu baš česte u prirodi. To uključuje kristalni bor, silicij i germanij, kao i složene tvari, na primjer, one koje sadrže silicij oksid (IV) - SiO 2: silicij, kvarc, pijesak, gorski kristal.
Velika većina tvari s atomskom kristalnom rešetkom ima vrlo visoke točke taljenja (za dijamant prelazi 3500 ° C), takve su tvari jake i tvrde, praktički netopive.
Molekularno nazivaju takve kristalne rešetke, na čijim se čvorovima nalaze molekule. Kemijske veze u tim molekulama također mogu biti polarne (HCl, H 2 0) ili nepolarne (N 2 , O 3). I premda su atomi unutar molekula povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, između samih molekula djeluju slabe sile međumolekularne privlačnosti. Zato tvari s molekularnim kristalnim rešetkama karakteriziraju niska tvrdoća, nisko talište i hlapljivost.
Primjeri takvih supstanci su čvrsta voda - led, čvrsti ugljični monoksid (IV) - "suhi led", čvrsti klorovodik i sumporovodik, čvrste jednostavne tvari koje formira jedan - (plemeniti plinovi), dva - (H 2, O 2, CL 2 , N 2, I 2), tri - (O 3), četiri - (P 4), osmoatomske (S 8) molekule. Velika većina čvrstih organskih spojeva ima molekularne kristalne rešetke (naftalen, glukoza, šećer).
blog.site, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, potrebna je poveznica na izvor.
Metali su od davnina igrali veliku ulogu u razvoju čovječanstva. Implementirajući ih u svakidašnjica napravio pravu revoluciju kako u načinu obrade materijala, tako iu ljudskoj percepciji okolne stvarnosti. Suvremena industrija i poljoprivreda, promet i infrastruktura nemogući su bez upotrebe metala, korištenja njihovih korisnih kvaliteta i svojstava. Te su kvalitete, pak, određene unutarnjom strukturom ove klase kemijskih spojeva, koja se temelji na kristalnoj rešetki.
Pojam i bit kristalne rešetke
S gledišta unutarnje strukture, svaka tvar može biti u jednom od tri stanja - tekućem, plinovitom i krutom. Štoviše, upravo potonje karakterizira najveća stabilnost, jer kristalna rešetka podrazumijeva ne samo jasan raspored atoma ili molekula na strogo određenim mjestima, već i potrebu primjene dovoljno velike sile za razbijanje veze između ovih elementarnih čestica.
Značajke ionske rešetke
Struktura bilo koje tvari u čvrstom stanju nužno podrazumijeva periodično ponavljanje molekula i atoma u tri dimenzije odjednom. U ovom slučaju, ovisno o tome što se nalazi na ključnim točkama, kristalna rešetka može biti ionska, atomska, molekularna i metalna. Što se tiče prve vrste, ovdje su osnovne komponente nabijeni ioni različitih polariteta, između kojih nastaju i djeluju takozvane Coulombove sile. U ovom slučaju sila interakcije izravno ovisi o radijusima nabijenih čestica.
Takva mreža je složeni sustav, koji se sastoji od metalnih kationa, u prostoru između kojih se kreću negativno nabijeni elektroni. Upravo prisutnost ovih elementarnih čestica daje rešetki stabilnost i tvrdoću, jer služe kao svojevrsni kompenzatori za pozitivno nabijene katione.
Snaga i slabost atomske rešetke
Sa stajališta strukture prilično je zanimljiva atomska kristalna rešetka. Već iz naziva možemo zaključiti da se atomi nalaze u njegovim čvorovima, drže ih kovalentne veze. Mnogi znanstvenici u posljednjih godina pripisati ovu vrstu interakcije obitelji anorganskih polimera, budući da je struktura ove molekule u velikoj mjeri određena valentnošću njenih sastavnih atoma.
Glavne karakteristike molekularne rešetke
Molekularna kristalna rešetka je najmanje stabilna od svih predstavljenih. Stvar je u tome što je razina interakcije molekula smještenih u njegovim čvorovima izuzetno niska, a energetski potencijal određen je brojnim čimbenicima, u kojima glavnu ulogu imaju disperzijske, indukcijske i orijentacijske sile.
Utjecaj kristalne rešetke na svojstva objekata
Dakle, kristalna rešetka u velikoj mjeri određuje svojstva tvari. Na primjer, atomski kristali se tope na ekstremno visokim temperaturama i imaju povećanu tvrdoću, dok su tvari s metalnom rešetkom izvrsni vodiči.
Koji je u normalnim uvjetima plin, na temperaturi od -194 °C prelazi u tekućinu plava boja, i na temperaturi od -218,8º C stvrdne u snijeg nalik masi, koja se sastoji od plavih kristala.
U ovom ćemo odjeljku razmotriti kako značajke kemijskih veza utječu na svojstva krutih tvari. Temperaturni interval za postojanje tvari u čvrstom stanju određen je njezinim točkama vrelišta i tališta. Čvrste tvari se dijele na kristalne i amorfne.
Amorfne tvari nemaju jasnu točku taljenja - kada se zagrijavaju, postupno omekšaju i postaju tekućine. U amorfnom stanju, na primjer, nalazi se plastelin ili razne smole.
Kristalne tvari karakterizira pravilan raspored čestica od kojih se sastoje: atoma, molekula i iona. - na strogo određenim točkama u prostoru. Kada se te točke spoje ravnim linijama, formira se prostorni okvir koji se naziva kristalna rešetka. Točke na kojima se nalaze čestice kristala nazivaju se rasporedom rešetke.
Čvorovi zamišljene rešetke mogu sadržavati ione, atome i molekule. Ove čestice osciliraju. S porastom temperature povećava se raspon tih oscilacija, što u pravilu dovodi do toplinskog širenja tijela.
Ovisno o vrsti čestica koje se nalaze na čvorovima kristalne rešetke i prirodi veze između njih, razlikuju se četiri tipa kristalnih rešetki: ionske, atomske, molekularne i metalne (tablica 6).
Jednostavne tvari preostalih elemenata, koje nisu prikazane u tablici 6, imaju metalnu rešetku.
Nazivaju se ionske kristalne rešetke u čijim se čvorovima nalaze ioni. Tvore ih tvari s ionskom vezom, koje se mogu povezati s jednostavnim ionima Na +, Cl- i složenim SO 2- 4, OH-. Stoga ionske kristalne rešetke imaju soli, neke metalne okside i hidrokside, odnosno one tvari u kojima postoji ionska kemijska veza. Na primjer, kristal natrijevog klorida izgrađen je od naizmjeničnih pozitivnih Na+ i negativnih Cl- iona, tvoreći rešetku u obliku kocke. Veze između iona u takvom kristalu su vrlo stabilne. Stoga tvari s ionskom rešetkastom strukturom imaju relativno visoku tvrdoću i čvrstoću, vatrostalne su i nehlapljive.
Atomski kristali se izlijevaju u kristalne rešetke, na čijim se čvorovima nalaze pojedinačni atomi. U takvim rešetkama atomi su međusobno povezani vrlo jakim kovalentnim vezama. Primjer tvari s ovom vrstom kristalne rešetke je dijamant, jedna od alotropnih modifikacija ugljika.
Broj tvari s atomskom kristalnom rešetkom nije jako velik. To uključuje kristalni bor, silicij i germanij, kao i složene tvari, na primjer, one koje uključuju silicij oksid (IV) - SlO2: silicij, kvarc, pijesak, gorski kristal.
Većina tvari s atomskom kristalnom rešetkom ima vrlo visoke točke taljenja (na primjer, u dijamantu je preko 3500 ºS), jake su i tvrde, praktički netopive.
Molekularne rešetke nazivaju se kristalne rešetke, na čijim se čvorovima nalaze molekule. Kemijske veze u tim molekulama mogu biti i polarne i nepolarne. Unatoč činjenici da su atomi unutar molekula povezani vrlo jakim kovalentnim vezama, slabe sile molekularne privlačnosti djeluju između samih molekula. Stoga tvari s molekularnim kristalnim rešetkama imaju nisku tvrdoću, niske točke taljenja i hlapljive.
Primjeri tvari s molekularnim kristalnim rešetkama su čvrsta voda - led, čvrsti ugljični monoksid (IV) - "suhi led", čvrsti klorovodik i sumporovodik, čvrste jednostavne tvari koje formiraju jedan- (plemeniti plinovi), dva-, tri- ( O3), četiri- (P4). molekule s osam atoma. Većina čvrstih organskih spojeva ima molekularne kristalne rešetke (naftalen, glukoza, šećer).
Tvari s metalnom vezom imaju metalne kristalne rešetke. Na čvorovima takvih rešetki nalaze se atomi i ioni (bilo atomi ili ioni, u koje se atomi metala lako pretvaraju, dajući svoje vanjske elektrone za uobičajenu upotrebu). Takva unutarnja struktura metala određuje njihova karakteristična fizikalna svojstva: savitljivost, plastičnost, električnu i toplinsku vodljivost te karakterističan metalni sjaj.
Za tvari koje imaju molekularnu strukturu vrijedi zakon o postojanosti sastava koji je otkrio francuski kemičar J. L. Proust (1799-1803). Trenutno je ovaj zakon formuliran na sljedeći način: „Molekularni kemijski spojevi, bez obzira na način njihove pripreme, imaju stalan sastav i svojstva. Proustov zakon jedan je od temeljnih zakona kemije. Međutim, za tvari s nemolekularnom strukturom, na primjer, ionske, ovaj zakon nije uvijek valjan.
1. Čvrsto, tekuće i plinovito stanje tvari.
2. Čvrste tvari: amorfne i kristalne.
3. Kristalne rešetke: atomske, ionske, metalne i molekularne.
4. Zakon postojanosti sastava.
Koja svojstva naftalena su temelj njegove uporabe za zaštitu vunenih proizvoda od moljaca?
Koje su kvalitete amorfnih tijela primjenjive na opis karakternih osobina pojedinih ljudi?
Zašto je aluminij koji je otkrio danski znanstvenik K. X. Oersted 1825. još dugo pripadao plemenitim metalima?
Sjetite se djela A. Belyaeva "Prodavač zraka" i okarakterizirajte svojstva krutog kisika koristeći njegov opis dat u knjizi.
Zašto talište metala varira u vrlo širokom rasponu? Za pripremu odgovora na ovo pitanje upotrijebite dodatnu literaturu.
Zašto se proizvod od silicija pri udaru raspadne, a olovni se samo spljošti? U kojem od ovih slučajeva dolazi do razaranja kemijske veze, a u kojem ne? Zašto?
Struktura materije.
U kemijske interakcije ne ulaze pojedinačni atomi ili molekule, već tvari.
Naš zadatak je upoznati se sa građom materije.
Na niske temperature za tvari stabilno čvrsto stanje.
☼ Najtvrđa tvar u prirodi je dijamant. Smatra se kraljem svih dragulja i dragog kamenja. I samo njegovo ime na grčkom znači "neuništivo". Dijamanti su dugo bili smatrani čudesnim kamenjem. Vjerovalo se da osoba koja nosi dijamante ne poznaje želučane bolesti, otrov ne utječe na njega, zadržava pamćenje i veselo raspoloženje do starosti, uživa kraljevsku naklonost.
☼ Dijamant podvrgnut obradi nakita – rezanju, poliranju, naziva se dijamant.
Tijekom taljenja, kao rezultat toplinskih vibracija, redoslijed čestica je narušen, one postaju pokretne, dok priroda kemijske veze nije narušena. Dakle, nema temeljnih razlika između čvrstog i tekućeg stanja.
U tekućini se pojavljuje fluidnost (tj. sposobnost da poprimi oblik posude).
tekući kristali.
Tekući kristali su otvoreni krajem XIX stoljeća, ali studirao u posljednjih 20-25 godina. Mnogi uređaji za prikaz Moderna tehnologija, na primjer, neki elektronički satovi, miniračunala, rade na tekućim kristalima.
Općenito, riječi "tekući kristali" ne zvuče ništa manje neobično od "vrućeg leda". Međutim, zapravo led može biti i vruć, jer. pri pritiscima preko 10.000 atm. vodeni led se topi na temperaturama iznad 2000 C. Neobična kombinacija "tekućih kristala" je da tekuće stanje ukazuje na pokretljivost strukture, a kristal sugerira strogi red.
Ako se tvar sastoji od poliatomskih molekula izduženog ili lamelarnog oblika i asimetrične strukture, onda kada se topi, te su molekule orijentirane na određeni način jedna u odnosu na drugu (njihove su dugačke osi paralelne). U tom slučaju, molekule se mogu slobodno kretati paralelno sa sobom, t.j. sustav poprima fluidnu karakteristiku tekućine. Istodobno, sustav zadržava uređenu strukturu koja određuje svojstva karakteristična za kristale.
Visoka pokretljivost takve strukture omogućuje upravljanje vrlo slabim utjecajima (toplinskim, električnim itd.), t.j. namjerno mijenjati svojstva tvari, uključujući i optička, s vrlo malo energije, koja se koristi u modernoj tehnologiji.
Vrste kristalnih rešetki.
Bilo koja kemijska tvar formirana je od velikog broja identičnih čestica koje su međusobno povezane.
Pri niskim temperaturama, kada je toplinsko gibanje otežano, čestice su strogo orijentirane u prostoru i tvore kristalnu rešetku.
Kristalna stanica je struktura s geometrijski ispravnim rasporedom čestica u prostoru.
U samoj kristalnoj rešetki razlikuju se čvorovi i internodalni prostor.
Ista tvar, ovisno o uvjetima (p, t, ...) postoji u različitim kristalnim oblicima (tj. imaju različite kristalne rešetke) - alotropske modifikacije koje se razlikuju po svojstvima.
Na primjer, poznate su četiri modifikacije ugljika - grafit, dijamant, karbin i lonsdaleit.
☼ Četvrta sorta kristalnog ugljika "lonsdaleite" malo je poznata. Pronađen je u meteoritima i dobiven umjetno, a njegova se struktura još uvijek proučava.
☼ Čađa, koks, drveni ugljen klasificirani su kao amorfni polimeri ugljika. No, sada se doznalo da su i to kristalne tvari.
☼ Inače, u čađi su pronađene sjajne crne čestice koje su nazvali "zrcalni ugljik". Zrcalni ugljik je kemijski inertan, otporan na toplinu, nepropusn za plinove i tekućine, ima glatka površina i apsolutnu kompatibilnost sa živim tkivima.
☼ Naziv grafita dolazi od talijanskog "graffito" - pišem, crtam. Grafit je tamno-sivi kristal s blagim metalnim sjajem, ima slojevitu rešetku. Odvojeni slojevi atoma u kristalu grafita, međusobno relativno slabo vezani, lako se odvajaju jedan od drugog.
VRSTE KRISTALNIH REŠETKI
Svojstva tvari s različitim kristalnim rešetkama (tablica)
Ako je stopa rasta kristala niska nakon hlađenja, nastaje staklasto stanje (amorfno).
Odnos između položaja elementa u periodnom sustavu i kristalne rešetke njegove jednostavne tvari.
Postoji bliska veza između položaja elementa u periodnom sustavu i kristalne rešetke njegove odgovarajuće elementarne tvari.
Jednostavne tvari preostalih elemenata imaju metalnu kristalnu rešetku.
FIKSIRANJE
Proučite gradivo predavanja, odgovorite na sljedeća pitanja zapisivanje u bilježnicu:
- Što je kristalna rešetka?
- Koje vrste kristalnih rešetki postoje?
- Opišite svaku vrstu kristalne rešetke prema planu:
Što se nalazi u čvorovima kristalne rešetke, strukturna jedinica → Vrsta kemijske veze između čestica čvora → Sile interakcije između čestica kristala → Fizička svojstva zbog kristalne rešetke → Agregatno stanje tvari u normalnim uvjetima → Primjeri
Dovršite zadatke na ovu temu:
- Koju vrstu kristalne rešetke imaju sljedeće tvari koje se najčešće koriste u svakodnevnom životu: voda, octena kiselina (CH3 COOH), šećer (C12 H22 O11 ), kalijevo gnojivo (KCl), riječni pijesak (SiO2 ) - talište 1710 0C, amonijak (NH3), sol? Napravite generalizirani zaključak: koja svojstva tvari mogu odrediti vrstu njezine kristalne rešetke?
Prema formulama zadanih tvari: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - odrediti vrstu kristalne rešetke (ionske, molekularne) svakog spoja i na temelju toga opisati fizikalna svojstva svake od četiri tvari.
Trener broj 1. "Kristalne rešetke"
Trener broj 2. "Probni zadaci"
Test (samokontrola):
1) Tvari koje imaju molekularnu kristalnu rešetku, u pravilu:
a). vatrostalna i vrlo topiva u vodi
b). topljiv i hlapljiv
u). Čvrsta i električno vodljiva
G). Toplinski vodljiv i plastičan
2) Koncept "molekula" nije primjenjiv u odnosu na strukturnu jedinicu tvari:
b). kisik
u). dijamant
3) Atomska kristalna rešetka je karakteristična za:
a). aluminij i grafit
b). sumpora i joda
u). silicij oksid i natrijev klorid
G). dijamant i bor
4) Ako je tvar vrlo topljiva u vodi, ima visoku točku taljenja, električno je vodljiva, tada je njena kristalna rešetka:
ALI). molekularni
b). nuklearna
u). ionski
G). metalik