分子の結晶格子の構造は何ですか。 結晶格子: 定義、その主な種類

化学は素晴らしい科学です。 信じられないほど多くのものが発見されているように思えますが、 普通のこと.

私たちの周囲のあらゆる物質は、気体、液体、固体といったさまざまな集合状態で存在します。 科学者たちは4番目の血漿も分離しました。 特定の温度では、物質はある状態から別の状態に変化します。 たとえば、水は 100 度を超えると液体から蒸気に変わります。 0度以下の温度では、次の集合構造である氷に入ります。

物質世界全体の構成には、相互に接続された同一の粒子の塊が含まれています。 これらの最小の要素は空間内に厳密に配置され、いわゆる空間フレームワークを形成します。

意味

結晶格子は固体物質の特殊な構造であり、粒子が空間内で幾何学的に厳密な順序で並んでいます。 その中のノード、つまり原子、イオン、分子などの要素が配置されている場所、およびノー​​ド間空間を検出することが可能です。

固体高温と低温の範囲に応じて、結晶性または非晶質になります。特定の融点がないことが特徴です。 高温にさらされると柔らかくなり、徐々に液体に変化します。 そのような物質には、樹脂、粘土が含まれます。

この点に関しては、いくつかのタイプに分類できます。

• 原子;
• イオン性;
• 分子;
• 金属。

しかし、異なる温度では、1 つの物質が次のような影響を与える可能性があります。 様々な形態など、さまざまな特性を発揮します。 この現象は同素体修飾と呼ばれます。

原子の種類

このタイプでは、1 つまたは別の物質の原子がノードに位置し、共有結合によって接続されます。 このタイプの結合は、隣接する 2 つの原子の電子対によって形成されます。 このため、それらは均等かつ厳密な順序で接続されます。

原子結晶格子を持つ物質は、強度と高い融点という特性によって特徴付けられます。 このタイプの結合は、ダイヤモンド、シリコン、ホウ素に存在します。.

イオン型

逆に帯電したイオンはノードに位置し、特徴的な電磁場を生成します。 物理的特性物質。 これらには、導電性、耐火性、密度、硬度が含まれます。 食塩と硝酸カリウムは、イオン結晶格子の存在を特徴としています。

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分子の種類

このタイプのサイトでは、ファンデルワールス力によって結合したイオンが存在します。 氷、二酸化炭素、パラフィンなどの物質は、分子間結合が弱いため、可塑性、電気伝導性、熱伝導性を特徴としています。

メタルタイプ

その構造は分子構造に似ていますが、それでもより強い結合を持っています。 このタイプの違いは、正に帯電したカチオンがノードに位置することです。 格子間に入っている電子は、スペース、教育への参加 電界。 電気ガスとも呼ばれます。

単純な金属と合金は、金属格子タイプによって特徴付けられます。 それらは、金属光沢、可塑性、熱伝導性および電気伝導性の存在によって特徴付けられます。 異なる温度で溶ける可能性があります。

通常の状態では気体ですが、-194℃の温度では液体になります。 青色-218.8℃の温度では、青い結晶からなる雪のような塊に固まります。

このセクションでは、化学結合の特徴が固体の性質にどのような影響を与えるかを考えます。 物質が固体状態で存在する温度範囲は、その沸点と融点によって決まります。 固体は結晶と非晶質に分けられます。
非晶質物質には明確な融点がありません。加熱すると、徐々に軟化して流体になります。 アモルファス状態には、例えば粘土や各種樹脂が存在する。

結晶性物質の特徴 正しい位置それらを構成する粒子、つまり原子、分子、イオン。 - 空間内の厳密に定義された点で。 これらの点を直線で結ぶと、結晶格子と呼ばれる空間枠が形成されます。 結晶の粒子が配置される点は、レイアウト格子と呼ばれます。

仮想格子のノードには、イオン、原子、分子が含まれる場合があります。 これらの粒子は振動します。 温度が上昇すると、これらの振動の範囲が増加し、通常、物体の熱膨張につながります。

結晶格子のノードに位置する粒子の種類とそれらの間の結合の性質に応じて、結晶格子はイオン、原子、分子、金属の 4 種類に分類されます (表 6)。

表 6 に示されていない残りの元素の単体は金属格子を持っています。

イオン結晶格子と呼ばれ、そのノードにイオンが存在します。 これらはイオン結合を持つ物質によって形成され、単純なイオン Na + 、Cl- と複合イオン SO 2- 4、OH- の両方と会合することができます。 したがって、イオン結晶格子には塩、一部の金属酸化物および水酸化物、つまりイオン化学結合が存在する物質が含まれます。 たとえば、塩化ナトリウムの結晶は、正の Na+ イオンと負の Cl- イオンが交互に存在することで構築され、立方体形の格子を形成します。 このような結晶内のイオン間の結合は非常に安定しています。 したがって、イオン格子構造を持つ物質は比較的高い硬度と強度を持ち、耐火性で不揮発性です。

原子結晶格子が注がれ、そのノードには 個々の原子。 このような格子では、原子は非常に強い共有結合によって相互接続されています。 このタイプの結晶格子を持つ物質の例としては、炭素の同素体修飾の 1 つであるダイヤモンドが挙げられます。

原子結晶格子を持つ物質の数はそれほど多くありません。 これらには、結晶ホウ素、シリコン、ゲルマニウムのほか、酸化ケイ素 (IV) - SlO2、シリカ、石英、砂、水晶などの複合物質が含まれます。

原子結晶格子を持つほとんどの物質は融点が非常に高く（たとえば、ダイヤモンドでは 3500 °С 以上）、強くて硬く、実質的に不溶性です。

分子格子は結晶格子と呼ばれ、その節点に分子が配置されます。 これらの分子の化学結合は、極性と非極性の両方になります。 分子内の原子は非常に強い共有結合によって接続されているにもかかわらず、分子自体の間で相互作用が起こります。 弱い力分子の魅力。 したがって、分子結晶格子を持つ物質は硬度が低く、融点が低く、揮発性です。

分子結晶格子を持つ物質の例としては、固体の水 - 氷、固体の一酸化炭素 (IV) - 「ドライアイス」、固体の塩化水素および硫化水素、固体 単体物質、1- (希ガス)、2-、3- (O3)、4- (P4) が形成されました。 8つの原子からなる分子。 最も堅固な 有機化合物分子結晶格子（ナフタレン、グルコース、砂糖）を持っています。
金属結合を持つ物質は金属の結晶格子を持ちます。 このような格子の節点には、原子とイオン（金属原子が簡単に変化して、その外側の電子を金属原子に与える原子またはイオンのいずれか）があります。 一般的な使用）。 そのような 内部構造金属は、延性、延性、電気伝導性および熱伝導性、特徴的な金属光沢などの特徴的な物理的特性を決定します。

分子構造を持つ物質には、フランスの化学者 J. L. プルースト (1799-1803) が発見した組成恒常性の法則が当てはまります。 現在、この法則は次のように定式化されています。 化学物質製造方法に関係なく、それらは一定の組成と特性を持っています。 プルーストの法則は化学の基本法則の 1 つです。 ただし、イオンなどの非分子構造を持つ物質の場合、この法則は必ずしも成り立ちません。

1. 物質の固体、液体、気体の状態。

2. 固体: 非晶質および結晶質。

3. 結晶格子: 原子、イオン、金属、分子。

4. 組成の不変の法則。

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固体について話しましょう。 固体は 2 つの大きなグループに分類できます。 まとまりのないと 結晶質。 順序の有無を原則として分けていきます。

の アモルファス物質分子がランダムに配置されています。 その空間配置には規則性がありません。 実際、非晶質物質は非常に粘性の高い液体であり、固体と言えるほど粘性が高いのです。

したがって、名前は「a-」は否定的な助詞、「morphe」は形です。 非晶質物質には、ガラス、樹脂、ワックス、パラフィン、石鹸が含まれます。

粒子の配列における秩序の欠如が、非晶質体の物理的特性を決定します。 固定された融点がない。 加熱すると粘度が徐々に下がり、徐々に液体になります。

非晶質物質とは対照的に、結晶質物質もあります。 結晶質物質の粒子は空間的に秩序を持っています。 これは、結晶質物質内の粒子の空間的配置の正しい構造です。 結晶格子.

アモルファス体とは異なり、 結晶性物質融点が固定されています。

どの粒子が入っているかに応じて 格子ノード、そしてそれらがどのような絆を持っているかによって区別されます。 分子, 核, イオン性のと 金属格子。

物質の結晶格子が何であるかを知ることが根本的に重要なのはなぜですか? 彼女は何を定義していますか？ 全て。 構造は方法を定義します 物質の化学的および物理的性質.

最も単純な例は DNA です。 地球上のすべての生物は、同じ構造成分のセット、つまり 4 種類のヌクレオチドから構築されています。 そしてなんと多彩な人生でしょう。 それはすべて構造、つまりこれらのヌクレオチドが配置される順序によって決まります。

分子結晶格子。

代表的な例は固体の水（氷）です。 格子サイトには分子全体が含まれています。 そして、それらを一緒に抱き締めてください 分子間相互作用：水素結合、ファンデルワールス力。

これらの結合は弱いため、分子格子は 最も壊れやすい、そのような物質の融点は低いです。

良い診断の兆候: 物質が通常の状態で液体または気体の状態である場合、および/または臭気がある場合、その物質には分子結晶格子がある可能性が高くなります。 結局のところ、液体と気体の状態は、結晶の表面の分子がうまく保持されていない（結合が弱い）という事実の結果です。 そして彼らは「吹き飛ばされる」のです。 この性質をボラティリティと呼びます。 そしてしぼんだ分子は空気中に拡散し、私たちの嗅覚器官に到達し、主観的に匂いとして感じられます。

分子結晶格子には次のものがあります。

1. いくつかの非金属単体: I 2、P、S (つまり、原子格子を持たないすべての非金属)。
2. ほぼすべての有機物（ 塩を除いて).
3. 前述したように、通常の状態では物質は液体または気体 (凍結している) であり、臭気 (NH 3、O 2、H 2 O、酸、CO 2) を持っています。

原子結晶格子。

分子結晶格子のノードとは対照的に、原子結晶格子のノードには、 個々の原子。 共有結合が格子を保持していることがわかりました（結局のところ、共有結合は中性原子を結合します）。

典型的な例は、硬度強度の基準であるダイヤモンド（化学的性質上、単体の炭素です）です。 接続: 共有結合性、非極性炭素原子のみが格子を形成するためです。

しかし、たとえば水晶の中では ( 化学式このうち SiO 2) は Si 原子と O 原子です。 共有結合極性.

原子結晶格子を持つ物質の物理的性質:

1. 強度、硬さ
2. 高融点（耐火物）
3. 不揮発性物質
4. 不溶性（水にも他の溶媒にも溶けない）

これらすべての特性は共有結合の強さによるものです。

原子結晶格子にはほとんど物質が存在しません。 特別なパターンはないので、覚えておくだけで済みます。

1. 炭素（C）の同素体修飾：ダイヤモンド、グラファイト。
2. ホウ素（B）、シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）。
3. 原子結晶格子を持つリンの同素体修飾は赤リンと黒リンの 2 つだけです。 (白リンは分子結晶格子を持っています)。
4. SiC - カーボランダム（炭化ケイ素）。
5. BNは窒化ホウ素です。
6. シリカ、水晶、石英、川の砂 - これらすべての物質は、SiO 2 という組成を持っています。
7. コランダム、ルビー、サファイア - これらの物質は Al 2 O 3 という組成を持っています。

確かに、C はダイヤモンドでもありグラファイトでもあるという疑問が生じます。 しかし、それらはまったく異なります。グラファイトは不透明で汚れがあり、電流を通しますが、ダイヤモンドは透明で汚れがなく、電流を通しません。 それらは構造が異なります。

そして、そして、そして、原子格子ですが、異なります。 したがって、性質が異なります。

イオン結晶格子。

典型的な例: 食卓塩: NaCl。 格子の節点には、 個々のイオン: Na+ および Cl-。 イオン間の格子静電気引力を保持します (「プラス」は「マイナス」に引き付けられます)。 イオン結合.

イオン結晶格子は非常に強いですが脆く、そのような物質の融点は非常に高くなります（代表的な金属の融点よりも高いですが、原子格子を有する物質の融点よりは低い）。 多くは水溶性です。

原則として、イオン結晶格子の定義には問題はありません。イオン結合があるところにはイオン結晶格子が存在します。 これ： すべての塩, 金属酸化物, アルカリ(および他の塩基性水酸化物)。

金属結晶格子。

金属格子は次のように実現されます。 単体金属。 先ほど、金属結合の素晴らしさは、金属結晶格子と一緒になって初めて理解できると言いました。 時が来ました。

金属の主な性質: 電子 外部エネルギーレベル保持力が低いため、簡単に与えられます。 電子を失うと、金属は正に帯電したイオン、つまりカチオンに変わります。

Na 0 – 1e → Na +

金属結晶格子では、反跳と電子の付着のプロセスが常に発生しています。つまり、電子が 1 つの格子サイトで金属原子から切り離されます。 カチオンが形成されます。 切り離された電子は別のカチオン (または同じカチオン) に引き付けられ、中性原子が再び形成されます。

金属結晶格子のノードには、中性原子と金属カチオンの両方が含まれています。 そして自由電子はノード間を移動します。

この自由電子は電子ガスと呼ばれます。 金属単体の物理的性質を決定するのはそれらです。

1. 熱伝導率と電気伝導率
2. 金属光沢
3. 展性、可塑性

これは金属結合です。金属カチオンは中性原子に引き寄せられ、これらすべてが自由電子によって「接着」されます。

結晶格子の種類を決定する方法。

P.S.何かが入っています 学校のカリキュラムそして、このテーマに関する USE プログラムは、私たちがまったく同意できないものです。 つまり、金属と非金属の結合はイオン結合であるという一般化です。 この仮定は明らかにプログラムを単純化するために意図的に行われています。 しかし、これは歪みを生みます。 イオン結合と共有結合の間の境界は条件付きです。 各結合には、独自の「イオン結合」と「共有結合」の割合があります。 活性の低い金属との結合にはわずかな割合の「イオン性」があり、共有結合に似ています。 しかし、USE プログラムによれば、イオン性のものに向かって「丸められ」ます。 それは時々不条理な出来事を引き起こします。 例えば、Ａｌ ２ Ｏ ３ は、原子結晶格子を有する物質である。 ここではどのようなイオン性について話しているのでしょうか。 このように原子を保持できるのは共有結合だけです。 しかし、「金属と非金属」の基準によれば、この結合はイオン結合であるとみなされます。 そして、格子は原子であり、結合はイオンであるという矛盾が判明します。 これが過度の単純化につながることです。

自然界には 2 種類の固体があり、それらの性質は著しく異なります。 これらは非晶質体と結晶体です。 また、非晶質体には正確な融点はなく、加熱中に徐々に軟化し、その後流体状態に変わります。 このような物質の例としては、樹脂または通常の粘土が挙げられます。 しかし、結晶性物質の場合は状況が全く異なります。 一定の温度までは固体状態を保ち、その温度に達して初めて溶けます。

すべてはそのような物質の構造に関するものです。 結晶体では、結晶を構成する粒子は特定の点に位置します。 そしてそれらを直線で結ぶと、結晶格子と呼ばれる一種の想像上の枠が得られます。 そして、結晶格子の種類は非常に異なる場合があります。 そして、格子を「構築」する粒子の種類に応じて、格子は 4 つのタイプに分類されます。 これらはイオン、原子、分子、

そして、それぞれのノードにはイオンがあり、それらの間にはイオン結合が存在します。 単純 (Cl-、Na+) と複雑 (OH-、SO2-) の両方が考えられます。 そして、これらのタイプの結晶格子には、金属の水酸化物や酸化物、塩、その他の同様の物質が含まれる場合があります。 たとえば、通常の塩化ナトリウムを考えてみましょう。 マイナスの塩素イオンとプラスのナトリウムイオンが交互になり、立方晶格子を形成します。 このような格子内のイオン結合は非常に安定しており、この原理に従って「構築された」物質は十分に高い強度と硬度を備えています。

原子格子と呼ばれる種類の結晶格子もあります。 ここでは、原子がノードに位置し、ノード間には強い共有結合が存在します。 原子格子を持つ物質は多くありません。 これらには、ダイヤモンドのほか、結晶ゲルマニウム、シリコン、ホウ素が含まれます。 原子結晶格子を含む、または原子結晶格子を持つ、より複雑な物質がいくつかあります。 これらはロッククリスタルとシリカです。 そしてほとんどの場合、そのような物質は非常に強く、硬く、耐火性があります。 それらはまた、実質的に不溶性である。

そして、結晶格子の分子の種類にはさまざまな物質があります。 これらには、凍った水、つまり普通の氷、「ドライアイス」（固体の一酸化炭素）、固体の硫化水素や塩化水素が含まれます。 もっと 分子格子固体の有機化合物が多く含まれています。 これらには、砂糖、ブドウ糖、ナフタレン、その他の同様の物質が含まれます。 そして、そのような格子のノードに位置する分子は、極性および非極性の化学結合によって相互接続されています。 そして、分子内の原子間に強い共有結合があるにもかかわらず、分子間結合が非常に弱いため、これらの分子自体は格子内に保たれます。 したがって、このような物質は非常に揮発性が高く、溶けやすく、硬度が高くありません。

まあ、金属が一番多いのですが、 他の種類結晶格子。 また、それらのノードには原子とイオンの両方を含めることができます。 同時に、原子は簡単にイオンに変わり、その電子を「一般的な用途」に与えることができます。 同様に、イオンは自由電子を「捕獲」して原子になることができます。 そして、そのような格子は、延性、展性、熱伝導性、電気伝導性などの金属の特性を決定します。

また、金属などの結晶格子の種類は、その格子の素格子の形状により大きく7つに分類されます。 最も単純なのは立方体セルです。 結晶格子全体の形状を決定する菱面体、正方晶、六角形、菱面体晶、単斜晶系、三斜晶系の単位格子もあります。 しかし、ほとんどの場合、結晶格子は上記のものよりも複雑です。 これは次の事実によるものです 素粒子は格子の節点だけでなく、その中心や面にも配置できます。 そして金属の中で最も一般的なのは、面心立方晶、体心立方晶、最密六方晶という 3 つの複雑な結晶格子です。 もっと 体格的特徴金属は結晶格子の形状だけでなく、原子間距離やその他のパラメータにも依存します。

5. イオン結合と金属結合。 水素結合。 価数

5.4. 結晶格子の種類

固体状態の物質は、非晶質構造と結晶構造を持つことができます。 非晶質物質（ガラス、ポリマー）では粒子の配列が乱れていますが、結晶構造単位（原子、分子、イオン）では厳密な順序で配列されています。

下 結晶格子結晶の構造単位を仮想の直線で結んだ場合に形成される枠を指します。 これらの線の交点は次のように呼ばれます。 格子ノード。 結晶格子のノードに位置する粒子の性質、およびそれらの間の化学結合の種類に応じて、結晶格子は原子、分子、イオン、金属の 4 つの主なタイプ (タイプ) に区別されます。

原子、イオン、金属の結晶格子を持つ物質は非分子構造を持っています

結び目で 原子結晶格子原子は同じか異なります 化学元素(原則として非金属)、強い共有結合によって相互接続されています (347 ページの図 16.1 を参照)。 原子格子を持つ物質は、原子結晶または共有結合結晶と呼ばれます。

原子結晶格子を持つ物質を思い出してみましょう: ホウ素、シリコン、ダイヤモンド、グラファイト、黒リン、赤リン、カーボランダム SiC、酸化ケイ素 (IV) SiO 2。

物質の共有結合のエネルギーが高いため、 原子構造融点が非常に高く、硬度と強度が高く、溶解度が低い。 通常、それらは誘電体または半導体（シリコン、ゲルマニウム）です。 最も硬い天然物質はダイヤモンド (融点 3500 °C)、最も耐火性の高い物質はグラファイト (3700 °C) です。 カーボランダム SiC (2700 °C) とシリカ SiO 2 (1610 °C) は高い融点を持っています。

結び目で 分子結晶（分子結晶格子、分子構造を持つ物質）は分子です（図 5.7、a）。 分子は弱い分子間力によって相互接続されており（混同しないでください。分子内では結合は共有結合、つまり強いです）、切断するのに比較的少ないエネルギーしか必要としません。 したがって、分子物質は強度が低く、硬度が低く、圧縮率が高く、融点と沸点が低くなります。 それらは揮発性を特徴とし、多くは臭気を持ち、いくつかは崇高です。 分子結晶は電気を通さず、極性および非極性溶媒に溶けます。

共有結合性極性または極性を持つほとんどの物質 無極性結合ただし、上記の原子構造の物質を除きます。 分子構造がより特徴的です 有機物。 分子構造の物質の例: 希ガス (それらにとって、原子と分子の概念は同一であり、希ガスは単原子分子で構成されていると言えます)、ハロゲン (固体状態)、白リン P 4、斜方晶系および単斜晶系硫黄 S 8、固体酸素、オゾン、窒素、水、ハロゲン化水素、アルカン、ベンゼン。

米。 5.7. 固体状態の二酸化炭素（CO 2 ）（a）と塩化ナトリウム（b）の結晶格子の構造

イオン結合を持つすべての物質は形成されます イオン結晶格子、イオン構造を持っています。 これらは、塩、塩基性および両性酸化物、塩基、金属と非金属の二元化合物（水素化物、窒化物など）です。 イオン結晶のノードには、逆に荷電した単純または複雑なカチオンとアニオンがあり、強いイオン結合によって相互に接続されています (図 5.7、b)。イオン結合の強さにより、イオン結晶は非常に硬く、不揮発性であり、無臭で、沸点が高く、溶けるのが特徴です。 で 室温イオン性物質は電流と熱の伝導性が悪く、多くは極性溶媒によく溶けます。 水溶液そして行為を溶かす 電流(電解質)。 イオン性物質は、イオン同士が相対的に移動すると、同じ電荷を帯びたイオン間に斥力が生じるため、変形しにくく脆いという特徴があります。

金属結合を形成する物質 金属結晶格子(金属結晶)、その中で (図 5.1 を参照) 接続は自由電子 (電子ガス) によって提供されます。

このため、単体の金属 (およびその合金) は、特徴的な金属光沢、非常に高い熱伝導率および電気伝導率を持ち、不透明で、可鍛性があり、延性があります。 金属の融点は広範囲にわたります (たとえば、通常の状態では、水銀は液体です) 集合状態）、硬度（柔らかい鉛と非常に硬いクロム）。これは、異なる金属の金属結合の性質のいくつかの違いによるものです。 すでに述べたように、金属の溶融温度は金属結合の強さの尺度として役立ちます。t pl が高いほど、金属結合のエネルギーは大きくなります。 金属の融点は次のように上昇します。

水銀 → アルカリ金属 → アルカリ土類金属 →

→ d族金属 → タングステン。

例5.4。 第 3 周期の元素を含む塩素化合物の中で、融点が最も低いものは次のとおりです。

解決。 SCl 2 は分子結晶格子を持っているため、目的の物質は SCl 2 です (他のすべての物質はイオン性です)。