Krystalgitter af sand. Typer af krystalgitre

Faste stoffer findes i krystallinske og amorfe tilstande og er overvejende krystallinske i struktur. Det er kendetegnet ved den korrekte placering af partikler på præcist definerede punkter, karakteriseret ved periodisk gentagelse i volumen. Hvis du mentalt forbinder disse punkter med lige linjer, får vi en rumlig ramme, som kaldes et krystalgitter. Begrebet "krystalgitter" refererer til et geometrisk mønster, der beskriver den tredimensionelle periodicitet i arrangementet af molekyler (atomer, ioner) i det krystallinske rum.

Placeringen af ​​partikler kaldes gitterknuder. Der er internodale forbindelser inde i rammen. Typen af ​​partikler og arten af ​​forbindelsen mellem dem: molekyler, atomer, ioner bestemmer i alt fire typer: ioniske, atomære, molekylære og metalliske.

Hvis ioner (partikler med en negativ eller positiv ladning) er placeret på gittersteder, så er dette et ionisk krystalgitter, karakteriseret ved bindinger af samme navn.

Disse forbindelser er meget stærke og stabile. Derfor har stoffer med denne type struktur en ret høj hårdhed og tæthed, er ikke-flygtige og ildfaste. Ved lave temperaturer fungerer de som dielektriske stoffer. Men når sådanne forbindelser smelter, bliver det geometrisk korrekte ionkrystalgitter (arrangementet af ioner) forstyrret, og styrkebindingerne falder.

Ved en temperatur tæt på smeltepunktet er krystaller med ionbindinger allerede i stand til at lede elektrisk strøm. Sådanne forbindelser er letopløselige i vand og andre væsker, der består af polære molekyler.

Et ionisk krystalgitter er karakteristisk for alle stoffer med en ionisk type binding - salte, metalhydroxider, binære forbindelser af metaller med ikke-metaller. har ingen retningsbestemthed i rummet, fordi hver ion er forbundet med flere modioner på én gang, hvis interaktionsstyrke afhænger af afstanden mellem dem (Coulombs lov). Ionbundne forbindelser har en ikke-molekylær struktur, de er faste stoffer med ioniske gitter, høj polaritet, høje smelte- og kogepunkter og er elektrisk ledende i vandige opløsninger. Forbindelser med ionbindinger i ren form forekommer praktisk talt aldrig.

Det ioniske krystalgitter er iboende i nogle hydroxider og oxider af typiske metaller, salte, dvs. stoffer med ionisk

Ud over ionbindinger indeholder krystaller metalliske, molekylære og kovalente bindinger.

Krystaller, der har en kovalent binding, er halvledere eller dielektriske stoffer. Typiske eksempler på atomkrystaller er diamant, silicium og germanium.

Diamant er et mineral, en allotropisk kubisk modifikation (form) af kulstof. Diamantkrystalgitteret er atomart og meget komplekst. Ved knuderne af et sådant gitter er der atomer forbundet med hinanden ved ekstremt stærke kovalente bindinger. Diamant består af individuelle carbonatomer, arrangeret et ad gangen i midten af ​​et tetraeder, hvis hjørner er de fire nærmeste atomer. Et sådant gitter er kendetegnet ved en ansigtscentreret kubisk struktur, som bestemmer diamantens maksimale hårdhed og er ret høj temperatur smeltning. Der er ingen molekyler i diamantgitteret - og krystallen kan ses som ét imponerende molekyle.

Derudover er det karakteristisk for silicium, fast bor, germanium og forbindelser af individuelle elementer med silicium og kulstof (silica, kvarts, glimmer, flodsand, carborundum). Generelt er der relativt få repræsentanter med et atomgitter.

Instruktioner

Som du nemt kan gætte ud fra selve navnet, findes metaltypen af ​​gitter i metaller. Disse stoffer er normalt karakteriseret ved et højt smeltepunkt, metallisk glans, hårdhed og er gode ledere af elektrisk strøm. Husk, at gittersteder af denne type indeholder enten neutrale atomer eller positivt ladede ioner. I mellemrummene mellem knuderne er der elektroner, hvis migration sikrer den høje elektriske ledningsevne af sådanne stoffer.

Ionisk type af krystalgitter. Det skal huskes, at det også er iboende i salte. Karakteristisk - krystaller af det velkendte bordsalt, natriumchlorid. Positivt og negativt ladede ioner veksler skiftevis på stederne af sådanne gittere. Sådanne stoffer er sædvanligvis ildfaste og har lav flygtighed. Som du måske kan gætte, har de ion type.

Den atomare type af krystalgitter er iboende i simple stoffer - ikke-metaller, som, når normale forhold er faste kroppe. For eksempel svovl, fosfor,... På stederne af sådanne gitter er der neutrale atomer forbundet med hinanden ved kovalente kemiske bindinger. Sådanne stoffer er karakteriseret ved ildfasthed og uopløselighed i vand. Nogle (f.eks. kulstof i form) har en usædvanlig høj hårdhed.

Endelig er den sidste type gitter molekylær. Det findes i stoffer, der under normale forhold er i flydende eller gasform. Som det igen let kan forstås ud fra, er der molekyler ved noderne af sådanne gittere. Det er de måske ikke polære arter(for simple gasser som Cl2, O2) og polær type (mest berømt eksempel– vand H2O). Stoffer med denne type gitter leder ikke strøm, er flygtige og har lave smeltepunkter.

Kilder:

• rist type

Temperatur smeltning af et fast stof måles for at bestemme dets renhed. Urenheder i et rent stof sænker normalt temperaturen smeltning eller øge intervallet, hvorunder forbindelsen smelter. Kapillærmetoden er en klassisk metode til bekæmpelse af urenheder.

Du skal bruge

• - teststof;
• - glaskapillar, forseglet i den ene ende (diameter 1 mm);
• - glasrør med en diameter på 6-8 mm og en længde på mindst 50 cm;
• - opvarmet blok.

Instruktioner

Placer glasrøret lodret på en hård overflade, og slip kapillæren igennem det flere gange, forseglet enden nedad. Dette hjælper med at komprimere stoffet. For at bestemme temperaturen skal kolonnen af ​​stoffet i kapillæren være omkring 2-5 mm.

Anbring kapillartermometeret i den opvarmede blok og observer ændringerne i teststoffet, når temperaturen stiger. Før og under opvarmning må termometeret ikke røre ved blokkens vægge eller andre meget varme overflader, da det ellers kan briste.

Bemærk den temperatur, ved hvilken de første dråber vises i kapillæren (begyndende smeltning), og den temperatur, ved hvilken de sidste stoffer forsvinder (slut smeltning). I dette interval begynder stoffet at falde, indtil det fuldstændigt omdannes til en flydende tilstand. Når du udfører analysen, skal du også se efter ændringer eller nedbrydning af stoffet.

Gentag målingerne 1-2 gange mere. Præsenter resultaterne af hver måling i form af det tilsvarende temperaturinterval, hvor stoffet går fra fast til flydende. Ved afslutningen af ​​analysen laves en konklusion om teststoffets renhed.

Video om emnet

I krystaller er kemiske partikler (molekyler, atomer og ioner) arrangeret i i en bestemt rækkefølge, under nogle forhold danner de regelmæssige symmetriske polyedre. Der er fire typer krystalgitre- ionisk, atomær, molekylær og metallisk.

Krystaller

Den krystallinske tilstand er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​lang rækkefølge i arrangementet af partikler, såvel som symmetrien af ​​krystalgitteret. Faste krystaller er tredimensionelle formationer, hvor det samme strukturelle element gentages i alle retninger.

Den korrekte form af krystaller bestemmes af deres indre struktur. Hvis man erstatter molekyler, atomer og ioner i dem med punkter i stedet for disse partiklers tyngdepunkter, får man en tredimensionel regulær fordeling - . De gentagne elementer i dens struktur kaldes elementære celler, og punkterne kaldes noder i krystalgitteret. Der er flere typer krystaller afhængigt af partiklerne, der danner dem, samt naturen kemisk binding mellem dem.

Ioniske krystalgitre

Ioniske krystaller danner anioner og kationer, mellem hvilke der er. Denne type krystal omfatter salte af de fleste metaller. Hver kation tiltrækkes af anionen og frastødes af andre kationer, så det er umuligt at isolere enkelte molekyler i en ionisk krystal. Krystallen kan betragtes som én enorm, og dens størrelse er ikke begrænset, den er i stand til at vedhæfte nye ioner.

Atomiske krystalgitre

I atomkrystaller er individuelle atomer forenet af kovalente bindinger. Ligesom ionkrystaller kan de også opfattes som enorme molekyler. Samtidig er atomkrystaller meget hårde og holdbare, og leder ikke elektricitet og varme godt. De er praktisk talt uopløselige og er kendetegnet ved lav reaktivitet. Stoffer med atomgitre smelter ved meget høje temperaturer.

Molekylære krystaller

Molekylære krystalgitre er dannet af molekyler, hvis atomer er forenet af kovalente bindinger. På grund af dette virker svage molekylære kræfter mellem molekyler. Sådanne krystaller er kendetegnet ved lav hårdhed, lavt smeltepunkt og høj fluiditet. De stoffer, de danner, såvel som deres smelter og opløsninger, leder ikke elektrisk strøm godt.

Metal krystal gitter

I metalkrystalgitre er atomer arrangeret med maksimal tæthed, deres bindinger er delokaliserede, og de strækker sig gennem hele krystallen. Sådanne krystaller er uigennemsigtige, har en metallisk glans, deformeres let og er gode ledere af elektricitet og varme.

Denne klassifikation beskriver kun begrænsende tilfælde, de fleste krystaller uorganiske stoffer hører til mellemtyper - molekylær-kovalent, kovalent osv. Som et eksempel har en grafitkrystal kovalent-metalliske bindinger inde i hvert lag, og molekylære bindinger mellem lagene.

Kilder:

• alhimik.ru, Solids

Diamant er et mineral, der tilhører en af ​​de allotropiske modifikationer af kulstof. Særpræg dens høje hårdhed, hvilket med rette giver den titlen som det hårdeste stof. Diamant er et ret sjældent mineral, men det er samtidig det mest udbredte. Dens exceptionelle hårdhed finder sin anvendelse i maskinteknik og industri.

Instruktioner

Diamant har et atomisk krystalgitter. Kulstofatomerne, der danner grundlaget for molekylet, er arrangeret i form af et tetraeder, hvorfor diamant har så høj styrke. Alle atomer er forbundet med stærke kovalente bindinger, som dannes ud fra elektronisk struktur molekyler.

Kulstofatomet har sp3 hybridiserede orbitaler, der er i en vinkel på 109 grader og 28 minutter. Overlapningen af ​​hybridorbitaler sker i en lige linje i det vandrette plan.

Når orbitalerne overlapper hinanden i en sådan vinkel, dannes der således en centreret, som hører til det kubiske system, så vi kan sige, at diamant har en kubisk struktur. Denne struktur betragtes som en af ​​de stærkeste i naturen. Alle tetraedre danner et tredimensionelt netværk af lag af seksleddede ringe af atomer. Et sådant stabilt netværk af kovalente bindinger og deres tredimensionelle fordeling fører til yderligere styrke af krystalgitteret.

Emner Unified State Exam-kodifikator: Stoffer med molekylær og ikke-molekylær struktur. Type af krystalgitter. Afhængighed af stoffers egenskaber af deres sammensætning og struktur.

Molekylær kinetisk teori

Alle molekyler er opbygget af små partikler– atomer. Alle aktuelt opdagede atomer er samlet i det periodiske system.

Atom- er den mindste, kemisk udelelige partikel af et stof, der bevarer den kemiske egenskaber. Atomer forbinder med hinanden kemiske bindinger. Vi har allerede set på en. Sørg for at studere teorien om emnet: Typer af kemiske bindinger, før du studerer denne artikel!

Lad os nu se på, hvordan partikler i stof kan forbindes.

Afhængig af partiklernes placering i forhold til hinanden, kan egenskaberne af de stoffer, de danner, variere meget. Så hvis partiklerne er placeret adskilt fra hinanden langt(afstanden mellem partikler er stor flere størrelser partiklerne selv), praktisk talt ikke interagerer med hinanden, bevæger sig kaotisk og kontinuerligt i rummet, så har vi at gøre med gas .

Hvis partiklerne er lokaliseret tæt til hinanden, men kaotisk, mere interagere med hinanden, præstere intenst oscillerende bevægelser i en position, men kan hoppe til en anden position, så er dette en model af strukturen væsker .

Hvis partiklerne er lokaliseret tæt til hinanden, men mere på en ordnet måde, Og interagere mere indbyrdes, men bevæger sig kun inden for én ligevægtsposition, praktisk talt uden at flytte til andre situation, så har vi at gøre med solid .

De fleste kendte kemiske stoffer og blandinger kan eksistere i fast, flydende og gasformig tilstand. Det enkleste eksempel er vand. Under normale forhold det flydende, ved 0 o C fryser det - går fra flydende tilstand til hård, og ved 100 o C koger det - bliver til gasfase– vanddamp. Desuden er mange stoffer under normale forhold gasser, væsker eller faste stoffer. For eksempel er luft - en blanding af nitrogen og ilt - en gas under normale forhold. Men hvornår højt blodtryk og lave temperaturer, nitrogen og oxygen kondenserer og går over i væskefasen. Flydende nitrogen bruges aktivt i industrien. Nogle gange isoleret plasma, og også flydende krystaller, som separate faser.

Mange egenskaber ved individuelle stoffer og blandinger er forklaret indbyrdes arrangement af partikler i rummet i forhold til hinanden!

Denne artikel undersøger ejendomme faste stoffer afhængigt af deres struktur. Grundlæggende fysiske egenskaber faste stoffer: smeltepunkt, elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne, mekanisk styrke, duktilitet mv.

Smeltepunkt - dette er den temperatur, ved hvilken et stof går fra den faste fase til den flydende fase, og omvendt.

er et stofs evne til at deformeres uden ødelæggelse.

Elektrisk ledningsevne er et stofs evne til at lede strøm.

Strøm er den ordnede bevægelse af ladede partikler. Strømmen kan således kun udføres af stoffer, der indeholder mobile ladede partikler. Baseret på deres evne til at lede strøm opdeles stoffer i ledere og dielektriske stoffer. Ledere er stoffer, der kan lede strøm (dvs. indeholde mobile ladede partikler). Dielektriske stoffer er stoffer, der praktisk talt ikke leder strøm.

I et fast stof kan partikler af et stof findes kaotisk, eller mere velordnet O. Hvis partiklerne af et fast stof befinder sig i rummet kaotisk, kaldes stoffet amorf. Eksempler på amorfe stoffer – kul, glimmerglas.

Hvis partiklerne af et fast stof er arrangeret i rummet på en ordnet måde, dvs. danne gentagne tredimensionelle geometriske strukturer, kaldes et sådant stof krystal, og selve strukturen – krystalgitter . De fleste af de stoffer, vi kender, er krystaller. Selve partiklerne er placeret i noder krystalgitter.

Krystallinske stoffer udmærker sig især ved type kemisk binding mellem partikler i en krystal - atomær, molekylær, metallisk, ionisk; ifølge den geometriske form af den enkleste celle i et krystalgitter - kubisk, sekskantet osv.

Afhængig af type partikler, der danner et krystalgitter , skelne atom-, molekylær-, ion- og metalkrystalstruktur .

Atomisk krystalgitter

Et atomisk krystalgitter dannes, når krystallens noder er placeret atomer. Atomerne er stærkt forbundet med hinanden kovalente kemiske bindinger. Følgelig vil et sådant krystalgitter være meget holdbar, det er ikke let at ødelægge det. Et atomisk krystalgitter kan dannes af atomer med høj valens, dvs. Med et stort antal bindinger med naboatomer (4 eller flere). Som regel er disse ikke-metaller: simple stoffer - silicium, bor, kulstof (allotropiske modifikationer diamant, grafit) og deres forbindelser (borkul, siliciumoxid (IV) osv..). Da der overvejende forekommer kovalente kemiske bindinger mellem ikke-metaller, frie elektroner(som andre ladede partikler) i stoffer med et atomisk krystalgitter i de fleste tilfælde nej. Derfor er sådanne stoffer normalt lede elektricitet meget dårligt, dvs. er dielektriske stoffer. Denne generelle mønstre, hvorfra der er en række undtagelser.

Kommunikation mellem partikler i atomare krystaller:.

Ved krystallens knudepunkter med en atomisk krystalstruktur placeret atomer.

Fasetilstand atomare krystaller under normale forhold: som regel, faste stoffer.

Stoffer danner atomkrystaller i fast tilstand:

1. Simple stoffer høj valens (placeret i midten af ​​det periodiske system): bor, kulstof, silicium osv.
2. Komplekse stoffer dannet af disse ikke-metaller: silica (siliciumoxid, kvartssand) SiO 2; siliciumcarbid (korund) SiC; borcarbid, bornitrid osv.

Fysiske egenskaber af stoffer med et atomisk krystalgitter:

— styrke;

— ildfasthed (højt smeltepunkt);

— lav elektrisk ledningsevne;

— lav varmeledningsevne;

— kemisk inertitet (inaktive stoffer);

- uopløselighed i opløsningsmidler.

Molekylært krystalgitter- dette er et gitter, ved hvis knudepunkter der er molekyler. Holder molekyler i krystal svage kræfter af intermolekylær tiltrækning (van der Waals styrker, hydrogenbindinger eller elektrostatisk tiltrækning). Følgelig er et sådant krystalgitter som regel, ret let at ødelægge. Stoffer med et molekylært krystalgitter – smeltelig, skrøbelig. Hvordan mere kraft tiltrækning mellem molekyler, jo højere er stoffets smeltepunkt. Som regel er smeltetemperaturerne for stoffer med et molekylært krystalgitter ikke højere end 200-300K. Derfor, under normale forhold, eksisterer de fleste stoffer med et molekylært krystalgitter i formen gasser eller væsker. Et molekylært krystalgitter er som regel dannet i fast form af syrer, ikke-metaloxider, andre binære forbindelser af ikke-metaller, simple stoffer, der danner stabile molekyler (ilt O 2, nitrogen N 2, vand H 2 O, osv.), organisk stof. Som regel er der tale om stoffer med en kovalent polær (mindre ofte upolær) binding. Fordi elektroner er involveret i kemiske bindinger, stoffer med et molekylært krystalgitter - dielektriske stoffer, leder ikke varmen godt.

Kommunikation mellem partikler i molekylære krystaller: m intermolekylære, elektrostatiske eller intermolekylære tiltrækningskræfter.

Ved krystallens knudepunkter med en molekylær krystalstruktur placeret molekyler.

Fasetilstand molekylære krystaller under normale forhold: gasser, væsker og faste stoffer.

Stoffer dannes i fast tilstand molekylære krystaller:

1. Simple ikke-metalliske stoffer, der danner små, stærke molekyler (02, N2, H2, S8, etc.);
2. Komplekse stoffer (ikke-metalforbindelser) med polære kovalente bindinger (undtagen silicium- og boroxider, silicium- og kulstofforbindelser) - vand H 2 O, svovloxid SO 3 mv.
3. Monatomiske ædelgasser (helium, neon, argon, krypton osv.);
4. De fleste organiske stoffer, der ikke har ionbindinger — methan CH 4, benzen C 6 H 6 osv.

Fysiske egenskaber stoffer med et molekylært krystalgitter:

— smelteevne (lavt smeltepunkt):

— høj komprimerbarhed;

— molekylære krystaller i fast form såvel som i opløsninger og smelter leder ikke strøm;

- fasetilstand under normale forhold - gasser, væsker, faste stoffer;

— høj volatilitet;

- lav hårdhed.

Ionisk krystalgitter

Hvis der er ladede partikler ved krystalknuderne – ioner, kan vi tale om ionisk krystalgitter . Typisk veksler ionkrystaller positive ioner(kationer) og negative ioner(anioner), så partiklerne holdes i krystallen kræfter af elektrostatisk tiltrækning . Afhængigt af typen af ​​krystal og typen af ​​ioner, der danner krystallen, kan sådanne stoffer være ret holdbart og ildfast. I fast tilstand er der normalt ingen mobile ladede partikler i ionkrystaller. Men når krystallen opløses eller smelter, frigives ioner og kan bevæge sig under påvirkning af ydre elektrisk felt. Dem. Kun opløsninger eller smelter leder strøm ioniske krystaller. Det ioniske krystalgitter er karakteristisk for stoffer med ionisk kemisk binding. Eksempler sådanne stoffer - bordsalt NaCl, calciumcarbonat– CaCO 3 osv. Et ionisk krystalgitter dannes som regel i den faste fase salte, baser samt metaloxider og binære forbindelser af metaller og ikke-metaller.

Kommunikation mellem partikler i ioniske krystaller: .

Ved krystallens knudepunkter med et ionisk gitter placeret ioner.

Fasetilstand ioniske krystaller under normale forhold: som regel, faste stoffer.

Kemikalier med ionisk krystalgitter:

1. Salte (organiske og uorganiske), herunder ammoniumsalte (f.eks. ammoniumchlorid NH4Cl);
2. Grunde;
3. Metaloxider;
4. Binære forbindelser indeholdende metaller og ikke-metaller.

Fysiske egenskaber af stoffer med en ionisk krystalstruktur:

— højt smeltepunkt (ildfasthed);

— opløsninger og smelter af ioniske krystaller er strømledere;

— de fleste forbindelser er opløselige i polære opløsningsmidler (vand);

- fastfasetilstand for de fleste forbindelser under normale forhold.

Og endelig er metaller karakteriseret særlig slags rumlig struktur - metal krystal gitter, som forfalder metal kemisk binding . Metalatomer holder valenselektroner ret svagt. I krystal dannet af metal, forekommer samtidigt følgende processer: Nogle atomer afgiver elektroner og bliver positivt ladede ioner; disse elektroner bevæger sig tilfældigt i krystallen; nogle elektroner tiltrækkes af ioner. Disse processer foregår samtidigt og kaotisk. Således, ioner opstår , som i dannelsen af ​​en ionbinding, og delte elektroner dannes som i dannelsen af ​​en kovalent binding. Frie elektroner bevæger sig tilfældigt og kontinuerligt gennem hele krystallens volumen, som en gas. Det er derfor, de nogle gange kaldes " elektrongas " På grund af tilstedeværelsen af ​​et stort antal mobile ladede partikler, metaller lede strøm og varme. Smeltepunktet for metaller varierer meget. Metaller er også karakteriseret en ejendommelig metallisk glans, formbarhed, dvs. evnen til at ændre form uden ødelæggelse under stærk mekanisk belastning, pga kemiske bindinger ødelægges ikke.

Kommunikation mellem partikler : .

Ved krystallens knudepunkter med metalgitter placeret metalioner og atomer.

Fasetilstand metaller under normale forhold: normalt faste stoffer(undtagelse er kviksølv, en væske under normale forhold).

Kemikalier med et metalkrystalgitter - simple stoffer - metaller.

Fysiske egenskaber af stoffer med et metalkrystalgitter:

— høj termisk og elektrisk ledningsevne;

— formbarhed og plasticitet;

- metallisk glans;

- metaller er normalt uopløselige i opløsningsmidler;

- De fleste metaller er faste stoffer under normale forhold.

Sammenligning af egenskaberne af stoffer med forskellige krystalgitre

Typen af ​​krystalgitter (eller mangel på et krystalgitter) gør det muligt at vurdere et stofs grundlæggende fysiske egenskaber. For en omtrentlig sammenligning af de typiske fysiske egenskaber af forbindelser med forskellige krystalgitre er det meget praktisk at bruge kemikalier Med karakteristiske egenskaber . For et molekylært gitter er dette f.eks. kuldioxid , for et atomisk krystalgitter - diamant, til metal - kobber, og for det ioniske krystalgitter - bordsalt, natriumchlorid NaCl.

Sammenfattende tabel over strukturerne af simple stoffer dannet af kemiske elementer fra hovedundergrupperne i det periodiske system (elementer i sideundergrupperne er metaller, derfor har et metallisk krystalgitter).

Den endelige tabel over forholdet mellem stoffers egenskaber og deres struktur:

De fleste faste stoffer har en krystallinsk struktur. Krystalgitter bygget af gentagne identiske strukturelle enheder, individuelle for hver krystal. Denne strukturelle enhed kaldes "enhedscellen". Med andre ord tjener krystalgitteret som en afspejling af den rumlige struktur af et fast stof.

Krystalgitre kan klassificeres på forskellige måder.

JEG. Ifølge symmetrien af ​​krystaller gitter er klassificeret i kubiske, tetragonale, rombiske, sekskantede.

Denne klassificering er praktisk til at vurdere de optiske egenskaber af krystaller såvel som deres katalytiske aktivitet.

II. Af partiklernes natur, placeret ved gitterknuder og efter type kemisk binding der er en forskel mellem dem atomære, molekylære, ioniske og metalkrystalgitter. Typen af ​​binding i en krystal bestemmer forskellen i hårdhed, opløselighed i vand, størrelsen af ​​opløsningsvarmen og smeltevarmen og elektrisk ledningsevne.

Vigtig egenskab krystal er krystalgitter energi, kJ/mol – den energi, der skal bruges på at ødelægge en given krystal.

Molekylært gitter

Molekylære krystaller består af molekyler, der holdes i bestemte positioner af krystalgitteret af svage intermolekylære bindinger (van der Waals-kræfter) eller hydrogenbindinger. Disse gitter er karakteristiske for stoffer med kovalente bindinger.

Der er mange stoffer med et molekylært gitter. Denne stort antal organiske forbindelser(sukker, naphthalen osv.), krystallinsk vand (is), fast kuldioxid ("tøris"), faste hydrogenhalogenider, jod, faste gasser inklusive ædle,

Krystalgitterets energi er minimal for stoffer med ikke-polære og lavpolære molekyler (CH 4, CO 2, etc.).

Gittere dannet af mere polære molekyler har også en højere krystalgitterenergi. Den største energi besiddes af gitter, der indeholder stoffer, der dannes hydrogenbindinger(H20, NH3).

På grund af den svage interaktion mellem molekyler er disse stoffer flygtige, smeltelige, har lav hårdhed, leder ikke elektrisk strøm (dielektriske stoffer) og har lav varmeledningsevne.

Atomgitter

I noder atomisk krystalgitter der er atomer af en eller forskellige elementer, indbyrdes forbundet med kovalente bindinger langs alle tre akser. Sådan krystaller som også kaldes kovalent, er relativt få i antal.

Eksempler på krystaller af denne type omfatter diamant, silicium, germanium, tin og også krystaller komplekse stoffer såsom bornitrid, aluminiumnitrid, kvarts, siliciumcarbid. Alle disse stoffer har et diamantlignende gitter.

Energien af ​​krystalgitteret i sådanne stoffer falder praktisk talt sammen med energien af ​​den kemiske binding (200 – 500 kJ/mol). Dette bestemmer deres fysiske egenskaber: høj hårdhed, smeltepunkt og kogepunkt.

De elektrisk ledende egenskaber af disse krystaller er varierede: diamant, kvarts, bornitrid er dielektrikum; silicium, germanium – halvledere; Metallisk gråt tin leder elektricitet godt.

I krystaller med et atomisk krystalgitter er det umuligt at skelne en separat strukturel enhed. Hele enkeltkrystallen er ét kæmpe molekyle.

Ionisk gitter

I noder ionisk gitter positive og negative ioner veksler, mellem hvilke elektrostatiske kræfter virker. Ionkrystaller danner forbindelser med ionbindinger, f.eks. natriumchlorid NaCl, kaliumfluorid og KF osv. Ioniske forbindelser kan også omfatte komplekse ioner, f.eks. NO 3 -, SO 4 2 -.

Ionkrystaller er også et kæmpe molekyle, hvor hver ion er væsentligt påvirket af alle andre ioner.

Energien af ​​det ioniske krystalgitter kan nå betydelige værdier. Så E (NaCl) = 770 kJ/mol, og E (BeO) = 4530 kJ/mol.

Ioniske krystaller har høje smelte- og kogepunkter og høj styrke, men er skøre. Mange af dem leder strøm dårligt når stuetemperatur(omkring tyve størrelsesordener lavere end metallers), men med stigende temperatur observeres en stigning i elektrisk ledningsevne.

Metalrist

Metal krystaller give eksempler på de simpleste krystalstrukturer.

Metalioner i gitteret af en metalkrystal kan omtrent betragtes i form af kugler. I hårde metaller disse kugler er pakket med maksimal densitet, som angivet af den betydelige massefylde af de fleste metaller (fra 0,97 g/cm 3 for natrium, 8,92 g/cm 3 for kobber til 19,30 g/cm 3 for wolfram og guld). Den mest tætte pakning af kugler i ét lag er en sekskantet pakning, hvor hver kugle er omgivet af seks andre kugler (i samme plan). Centrene af tre tilstødende kugler danner en ligesidet trekant.

Egenskaber af metaller såsom høj duktilitet og formbarhed indikerer en mangel på stivhed i metalgitre: deres fly bevæger sig ret let i forhold til hinanden.

Valenselektroner deltager i dannelsen af ​​bindinger med alle atomer og bevæger sig frit gennem hele volumen af ​​et stykke metal. Dette er angivet høje værdier elektrisk ledningsevne og termisk ledningsevne.

Med hensyn til krystalgitterenergi indtager metaller en mellemposition mellem molekylære og kovalente krystaller. Krystalgitterets energi er:

De fysiske egenskaber af faste stoffer afhænger således væsentligt af typen af ​​kemisk binding og struktur.

Faste stoffers struktur og egenskaber

Karakteristika	Krystaller
Metal	Ionisk	Molekylær	Atomar
Eksempler	K, Al, Cr, Fe	NaCl, KNO3	I 2, naphthalen	diamant, kvarts
Strukturelle partikler	Positive ioner og mobile elektroner	Kationer og anioner	Molekyler	Atomer
Type kemisk binding	Metal	Ionisk	I molekyler - kovalent; mellem molekyler - van der Waals kræfter og hydrogenbindinger	Mellem atomer - kovalent
t smelter	Høj	Høj	Lav	Meget høj
kogepunkt	Høj	Høj	Lav	Meget høj
Mekaniske egenskaber	Hård, formbar, tyktflydende	Hård, skør	Blød	Meget hårdt
Elektrisk ledningsevne	Gode ​​guider	I fast form - dielektriske stoffer; i en smelte eller opløsning - ledere	Dielektrik	Dielektrik (undtagen grafit)
Opløselighed
i vandet	Uopløselig	Opløselig	Uopløselig	Uopløselig
i ikke-polære opløsningsmidler	Uopløselig	Uopløselig	Opløselig	Uopløselig

(Alle definitioner, formler, grafer og ligninger for reaktioner er angivet.)

Tilbage Frem

Opmærksomhed! Forhåndsvisninger af dias er kun til informationsformål og repræsenterer muligvis ikke alle præsentationens funktioner. Hvis du er interesseret dette arbejde, download venligst den fulde version.

Lektionstype: Kombineret.

Mål med lektionen: At skabe betingelser for udvikling af elevernes evne til at fastslå årsag- og virkningsafhængighed af stoffers fysiske egenskaber af typen af ​​kemisk binding og typen af ​​krystalgitter, at forudsige typen af ​​krystalgitter ud fra de fysiske egenskaber af stoffet.

Lektionens mål:

• At danne begreber om den krystallinske og amorfe tilstand af faste stoffer, at gøre eleverne fortrolige med forskellige typer krystalgitter, fastslå afhængigheden af ​​en krystals fysiske egenskaber af arten af ​​den kemiske binding i krystallen og typen af ​​krystalgitter, give eleverne en grundlæggende forståelse for indflydelsen af ​​den kemiske bindings beskaffenhed og krystaltyperne. gitter på stoffets egenskaber.
• Fortsæt med at danne elevernes verdensbillede, overvej den gensidige indflydelse af komponenterne i hele strukturelle partikler af stoffer, som et resultat af hvilke nye egenskaber opstår, udvikle evnen til at organisere deres pædagogiske arbejde og observere reglerne for at arbejde i et team .
• Udvikle kognitiv interesse skolebørn, der bruger problemsituationer;

Udstyr: Periodisk system D.I. Mendeleev, samling "Metaller", ikke-metaller: svovl, grafit, rødt fosfor, krystallinsk silicium, jod; Præsentation "Typer af krystalgitter", modeller af krystalgitre forskellige typer(bordsalt, diamant og grafit, kuldioxid og jod, metaller), prøver af plast og produkter fremstillet heraf, glas, plasticine, computer, projektor.

Lektionens fremskridt

1. Organisatorisk øjeblik.

Læreren byder elever velkommen og registrerer dem, der er fraværende.

2. Test af viden om emnerne "Kemisk binding." Oxidationstilstand."

Selvstændigt arbejde (15 minutter)

3. At studere nyt materiale.

Læreren bekendtgør lektionens emne og formålet med lektionen. (Dias 1,2)

Eleverne skriver datoen og emnet for lektionen ned i deres notesbøger.

Opdatering af viden.

Læreren stiller spørgsmål til klassen:

1. Hvilke typer partikler kender du? Har ioner, atomer og molekyler ladninger?
2. Hvilke typer kemiske bindinger kender du?
3. Hvilke aggregerede tilstande af stoffer kender du?

Lærer:"Ethvert stof kan være en gas, en væske eller et fast stof. For eksempel vand. Under normale forhold er det en væske, men det kan være damp og is. Eller ilt under normale forhold er en gas, ved en temperatur på -1940 C bliver den til væske blå farve, og ved en temperatur på -218,8°C hærder det til en snelignende masse bestående af krystaller blå. I denne lektion vil vi se på stoffernes faste tilstand: amorf og krystallinsk." (Dias 3)

Lærer: amorfe stoffer har ikke et klart smeltepunkt - når de opvarmes, blødgøres de gradvist og bliver til en flydende tilstand. Amorfe stoffer omfatter for eksempel chokolade, som smelter i både hænder og mund; tyggegummi, plasticine, voks, plast (eksempler på sådanne stoffer er vist). (Dias 7)

Krystallinske stoffer har et klart smeltepunkt og, vigtigst af alt, er kendetegnet ved det korrekte arrangement af partikler på strengt definerede punkter i rummet. (Dias 5,6) Når disse punkter er forbundet med rette linjer, dannes der en rumlig ramme, kaldet et krystalgitter. De punkter, hvor krystalpartikler er placeret, kaldes gitterknuder.

Eleverne skriver definitionen ned i deres notesbøger: ”Et krystalgitter er en samling af punkter i rummet, hvor partiklerne, der danner en krystal, befinder sig. De punkter, hvor krystalpartikler er placeret, kaldes gitterknuder."

Afhængigt af hvilke typer partikler der er placeret ved noderne af dette gitter, er der 4 typer gitter. (Slide 8) Hvis der er ioner ved noderne af et krystalgitter, så kaldes et sådant gitter ionisk.

Læreren stiller spørgsmål til eleverne:

– Hvad vil være navnet på krystalgitre, i hvis knudepunkter der er atomer og molekyler?

Men der er krystalgitre, i hvis knudepunkter der er både atomer og ioner. Sådanne riste kaldes metalgitre.

Nu vil vi udfylde tabellen: "Krystalgitter, bindingstype og stoffers egenskaber." Efterhånden som vi udfylder tabellen, vil vi etablere sammenhængen mellem typen af ​​gitter, typen af ​​forbindelse mellem partikler og faste stoffers fysiske egenskaber.

Lad os overveje den 1. type krystalgitter, som kaldes ionisk. (Dias 9)

– Hvad er den kemiske binding i disse stoffer?

Se på det ioniske krystalgitter (en model af et sådant gitter er vist). Dens noder indeholder positivt og negativt ladede ioner. For eksempel er en natriumchloridkrystal opbygget af positive natriumioner og negative chloridioner, der danner et terningformet gitter. Stoffer med ionisk krystalgitter omfatter salte, oxider og hydroxider af typiske metaller. Stoffer med et ionisk krystalgitter har høj hårdhed og styrke, de er ildfaste og ikke-flygtige.

Lærer: De fysiske egenskaber af stoffer med et atomisk krystalgitter er de samme som for stoffer med et ionisk krystalgitter, men ofte i superlativer– meget hårdt, meget holdbart. Diamant, hvis atomare krystalgitter er det hårdeste stof af alle naturlige stoffer. Det fungerer som en standard for hårdhed, som vurderes ved hjælp af et 10-punktssystem. højeste score 10.(Slide 10). Ifølge denne type krystalgitter vil du selv introducere nødvendige oplysninger ind i bordet efter at have arbejdet selvstændigt med lærebogen.

Lærer: Lad os overveje den 3. type krystalgitter, som kaldes metallisk. (Dias 11,12) Ved knuderne i et sådant gitter er der atomer og ioner, mellem hvilke elektroner bevæger sig frit og forbinder dem til en enkelt helhed.

Denne indre struktur metaller og bestemmer deres karakteristiske fysiske egenskaber.

Lærer: Hvilke fysiske egenskaber ved metaller kender du? (smidbarhed, plasticitet, elektrisk og termisk ledningsevne, metallisk glans).

Lærer: Hvilke grupper er alle stoffer opdelt i efter deres struktur? (Slide 12)

Lad os overveje den type krystalgitter, der er i besiddelse af sådanne velkendte stoffer som vand, kuldioxid, oxygen, nitrogen og andre. Det kaldes molekylært. (Dias 14)

– Hvilke partikler er placeret ved knudepunkterne i dette gitter?

Den kemiske binding i molekyler, der er placeret på gittersteder, kan enten være polær kovalent eller ikke-polær kovalent. På trods af at atomerne inde i molekylet er forbundet med meget stærke kovalente bindinger, virker svage intermolekylære tiltrækningskræfter mellem molekylerne selv. Derfor har stoffer med et molekylært krystalgitter lav hårdhed, lave smeltepunkter og er flygtige. Når gasformige eller flydende stoffer bliver til faste stoffer under særlige forhold, udvikler de et molekylært krystalgitter. Eksempler på sådanne stoffer kan være fast vand - is, fast kuldioxid - tøris. Dette gitter har naphthalen, som bruges til at beskytte uldprodukter mod møl.

– Hvilke egenskaber ved det molekylære krystalgitter bestemmer brugen af ​​naphthalen? (volatilitet). Som vi ser, kan ikke kun faste stoffer have et molekylært krystalgitter. enkel stoffer: ædelgasser, H 2 , O 2 , N 2 , I 2 , O 3 , hvidt fosfor P 4, men og kompleks: fast vand, fast hydrogenchlorid og hydrogensulfid. De fleste faste organiske forbindelser har molekylære krystalgitre (naphthalen, glucose, sukker).

Gitterstederne indeholder upolære eller polære molekyler. På trods af at atomerne inde i molekylerne er forbundet med stærke kovalente bindinger, virker svage intermolekylære kræfter mellem molekylerne selv.

Konklusion: Stofferne er skrøbelige, har lav hårdhed, lav temperatur smeltende, flygtig.

Spørgsmål: Hvilken proces kaldes sublimering eller sublimering?

Svar: Overgangen af ​​et stof fra en fast aggregeringstilstand direkte til en gasformig tilstand, uden om den flydende tilstand, kaldes sublimering eller sublimering.

Demonstration af eksperiment: sublimering af jod

Derefter skiftes eleverne til at navngive de oplysninger, de har skrevet ned i tabellen.

Krystalgitre, bindingstype og stoffers egenskaber.

Type gitter	Typer af partikler på gittersteder	Type kommunikation mellem partikler	Eksempler på stoffer	Stoffers fysiske egenskaber
Ionisk	Ioner	Ionisk – stærkt bånd	Salte, halogenider (IA, IIA), oxider og hydroxider af typiske metaller	Fast, stærk, ikke-flygtig, skør, ildfast, mange opløselige i vand, smelter leder elektrisk strøm
Nuklear	Atomer	1. Kovalent ikke-polær - bindingen er meget stærk 2. Kovalent polær - bindingen er meget stærk	Simple stoffer EN: diamant (C), grafit (C), bor (B), silicium (Si). Komplekse stoffer : aluminiumoxid (Al 2 O 3), siliciumoxid (IV) – SiO 2	Meget hård, meget ildfast, holdbar, ikke-flygtig, uopløselig i vand
Molekylær	Molekyler	Der er svage kræfter mellem molekyler intermolekylær tiltrækning, men inde i molekylerne er der en stærk kovalent binding	Faste stoffer under særlige forhold, der er gasser eller væsker under normale forhold (02, H2, Cl2, N2, Br2, H20, C02, HCI); svovl, hvidt fosfor, jod; organisk stof	Skrøbelig, flygtig, smeltbar, i stand til at sublimere, har lav hårdhed
Metal	Atom ioner	Metal - forskellige styrker	Metaller og legeringer	Formbar, skinnende, duktil, termisk og elektrisk ledende

Lærer: Hvilken konklusion kan vi drage af arbejdet på bordet?

Konklusion 1: Stoffers fysiske egenskaber afhænger af typen af ​​krystalgitter. Stoffets sammensætning → Type af kemisk binding → Type af krystalgitter → Stoffers egenskaber . (Slide 18).

Spørgsmål: Hvilken type krystalgitter fra dem, der er diskuteret ovenfor, findes ikke i simple stoffer?

Svar: Ioniske krystalgitre.

Spørgsmål: Hvilke krystalgitre er karakteristiske for simple stoffer?

Svar: For simple stoffer - metaller - et metalkrystalgitter; for ikke-metaller – atomare eller molekylære.

Arbejde med det periodiske system D.I. Mendeleev.

Spørgsmål: Hvor i Periodisk system findes metalelementer og hvorfor? Ikke-metalelementer og hvorfor?

Svar : Hvis du tegner en diagonal fra bor til astatin, vil der i nederste venstre hjørne af denne diagonal være metalelementer, fordi på det sidste energiniveau indeholder de fra en til tre elektroner. Disse er grundstoffer I A, II A, III A (undtagen bor), samt tin og bly, antimon og alle grundstoffer i sekundære undergrupper.

Ikke-metalelementer er placeret i øverste højre hjørne af denne diagonal, fordi på det sidste energiniveau indeholder fra fire til otte elektroner. Disse er grundstofferne IV A, VA, VI A, VII A, VIII A og bor.

Lærer: Lad os finde ikke-metalelementer, hvis simple stoffer har et atomisk krystalgitter (Svar: C, B, Si) og molekylær ( Svar: N, S, O , halogener og ædelgasser )

Lærer: Formuler en konklusion om, hvordan du kan bestemme typen af ​​krystalgitter af et simpelt stof afhængigt af grundstoffernes position i D.I. Mendeleevs periodiske system.

Svar: For metalelementer, der er i I A, II A, IIIA (undtagen bor), samt tin og bly, og alle elementer i sekundære undergrupper i et simpelt stof, er gittertypen metal.

For ikke-metalelementer IV A og bor i et simpelt stof er krystalgitteret atomart; og grundstofferne VA, VI A, VII A, VIII A i simple stoffer har et molekylært krystalgitter.

Vi arbejder videre med den færdige tabel.

Lærer: Se godt på bordet. Hvilket mønster kan observeres?

Vi lytter nøje til elevernes svar, og så drager vi sammen med klassen en konklusion. Konklusion 2 (dias 17)

4. Fastgørelse af materialet.

Test (selvkontrol):

Stoffer, der har et molekylært krystalgitter, som regel:
a) Ildfast og meget opløselig i vand
b) Smeltbar og flygtig
c) Fast og elektrisk ledende
d) Termisk ledende og plastisk

Begrebet "molekyle" gælder ikke for den strukturelle enhed af et stof:
a) Vand
b) Ilt
c) Diamant
d) Ozon

Det atomare krystalgitter er karakteristisk for:
a) Aluminium og grafit
b) Svovl og jod
c) Siliciumoxid og natriumchlorid
d) Diamant og bor

Hvis et stof er meget opløseligt i vand, har et højt smeltepunkt og er elektrisk ledende, så er dets krystalgitter:
a) Molekylær
b) Nuklear
c) Ionisk
d) Metal

5. Refleksion.

6. Hjemmearbejde.

Karakteriser hver type krystalgitter i henhold til planen: Hvad er der i krystalgitterets noder, strukturel enhed → Type kemisk binding mellem nodens partikler → Interaktionskræfter mellem krystallens partikler → Fysiske egenskaber på grund af krystallen gitter → Aggregeret tilstand af stoffet under normale forhold → Eksempler.

Ved hjælp af formlerne for de givne stoffer: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - bestem typen af ​​krystalgitter (ionisk, molekylær) for hver forbindelse og beskriv ud fra dette de forventede fysiske egenskaber for hver af de fire stoffer.