Exemple de rețea cristalină moleculară. Structura cristalină a metalelor

Există două tipuri de solide în natură, care diferă semnificativ în proprietățile lor. Acestea sunt corpuri amorfe și cristaline. Și corpurile amorfe nu au un punct de topire exact în timpul încălzirii, se înmoaie treptat și apoi trec în stare fluidă. Un exemplu de astfel de substanțe este rășina sau plastilina obișnuită. Dar situația este complet diferită cu substanțele cristaline. Ele rămân în stare solidă până la o anumită temperatură și abia după ce ajung la aceasta se topesc aceste substanțe.

Totul ține de structura unor astfel de substanțe. În solidele cristaline, particulele din care sunt compuse sunt situate în anumite puncte. Și dacă le conectați cu linii drepte, obțineți un fel de cadru imaginar, care se numește rețea cristalină. Și tipurile de rețele de cristal pot fi foarte diferite. Și în funcție de tipul de particule din care sunt „construite”, rețelele sunt împărțite în patru tipuri. Acestea sunt ionice, atomice, moleculare și

Și la noduri, în consecință, sunt localizați ioni și există o legătură ionică între ei. poate fi simplu (Cl-, Na+) sau complex (OH-, SO2-). Și aceste tipuri de rețele cristaline pot conține niște hidroxizi și oxizi de metal, săruri și alte substanțe similare. Luați, de exemplu, clorura de sodiu obișnuită. Alternează ionii negativi de clor și ionii pozitivi de sodiu, care formează o rețea cristalină cubică. Legăturile ionice dintr-o astfel de rețea sunt foarte stabile, iar substanțele „construite” conform acestui principiu au rezistență și duritate destul de ridicate.

Există și tipuri de rețele cristaline numite rețele atomice. Aici, nodurile conțin atomi între care există o legătură covalentă puternică. Nu multe substanțe au o rețea atomică. Acestea includ diamantul, precum și germaniul cristalin, siliciul și borul. Există și unele substanțe complexe care conțin și au, în consecință, o rețea cristalină atomică. Acestea sunt cristale de rocă și silice. Și în majoritatea cazurilor, astfel de substanțe sunt foarte puternice, dure și refractare. De asemenea, sunt practic insolubile.

Și tipurile moleculare de rețele cristaline au o varietate de substanțe. Acestea includ apă înghețată, adică gheață obișnuită, „gheață uscată” - monoxid de carbon solidificat, precum și hidrogen sulfurat solid și clorură de hidrogen. Rețelele moleculare au și multe solide. compuși organici. Acestea includ zahăr, glucoză, naftalina și alte substanțe similare. Și moleculele situate la nodurile unei astfel de rețele sunt conectate între ele prin legături chimice polare și nepolare. Și în ciuda faptului că în interiorul moleculelor există legături covalente puternice între atomi, aceste molecule în sine sunt ținute în rețea datorită legăturilor intermoleculare foarte slabe. Prin urmare, astfel de substanțe sunt destul de volatile, se topesc ușor și nu au duritate mare.

Ei bine, metalele au cele mai multe diferite tipuri rețele cristaline. Și nodurile lor pot conține atât atomi, cât și ioni. În acest caz, atomii se pot transforma cu ușurință în ioni, donându-și electronii „ uz comun" În același mod, ionii, având „capturat” un electron liber, pot deveni atomi. Și această rețea determină proprietăți ale metalelor precum plasticitatea, maleabilitatea, conductivitatea termică și electrică.

De asemenea, tipurile de rețele cristaline ale metalelor și alte substanțe sunt împărțite în șapte sisteme principale în funcție de forma celulelor elementare ale rețelei. Cea mai simplă este celula cubică. Există și celule unitare rombice, tetragonale, hexagonale, romboedrice, monoclinice și triclinice care determină forma întregii rețele cristaline. Dar, în majoritatea cazurilor, rețelele cristaline sunt mai complexe decât cele enumerate mai sus. Acest lucru se datorează faptului că particule elementare poate fi situat nu numai în nodurile rețelei în sine, ci și în centrul sau pe marginile sale. Și dintre metale, cele mai comune sunt următoarele trei rețele cristaline complexe: cubic centrat pe față, cubic centrat pe corp și hexagonal compact. Mai mult caracteristici fizice metalele depind nu numai de forma rețelei lor cristaline, ci și de distanța interatomică și de alți parametri.

Structura materiei.

Nu intră în interacțiuni chimice atomi individuali sau molecule, ci substanțe.
Sarcina noastră este să ne familiarizăm cu structura materiei.

La temperaturi scăzute, substanțele sunt într-o stare solidă stabilă.

☼ Cea mai dură substanță din natură este diamantul. El este considerat regele tuturor pietrelor prețioase și pietre pretioase. Și numele său în sine înseamnă „indestructibil” în greacă. Diamantele au fost privite de mult timp ca niște pietre miraculoase. Se credea că o persoană care poartă diamante nu cunoaște bolile de stomac, nu este afectată de otravă, își păstrează memoria și o dispoziție veselă până la bătrânețe și se bucură de favoarea regală.

☼ Un diamant care a fost supus prelucrarii de bijuterii – taiere, lustruire – se numeste diamant.

La topire, ca urmare a vibrațiilor termice, ordinea particulelor este perturbată, acestea devin mobile, în timp ce natura legăturii chimice nu este perturbată. Astfel, nu există diferențe fundamentale între starea solidă și cea lichidă.
Lichidul capătă fluiditate (adică capacitatea de a lua forma unui vas).

Cristale lichide.

Cristalele lichide au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea, dar au fost studiate în ultimii 20-25 de ani. Multe dispozitive de afișare de tehnologie modernă, de exemplu unele ceas electronic, mini-calculatoare, rulează pe cristale lichide.

În general, cuvintele „cristale lichide” nu sună mai puțin neobișnuit decât „gheață fierbinte”. Cu toate acestea, în realitate, gheața poate fi și fierbinte, deoarece... la o presiune mai mare de 10.000 atm. Gheața de apă se topește la temperaturi de peste 2000 C. Neobișnuirea combinației „cristale lichide” este că starea lichidă indică mobilitatea structurii, iar cristalul implică ordine strictă.

Dacă o substanță constă din molecule poliatomice de formă alungită sau lamelară și având o structură asimetrică, atunci când se topește, aceste molecule sunt orientate într-un anumit fel unele față de altele (axele lor lungi sunt paralele). În acest caz, moleculele se pot mișca liber paralel cu ele însele, adică. sistemul capătă proprietatea de fluiditate caracteristică unui lichid. În același timp, sistemul păstrează o structură ordonată, care determină proprietățile caracteristice cristalelor.

Mobilitatea ridicată a unei astfel de structuri face posibilă controlul acesteia prin influențe foarte slabe (termice, electrice etc.), adică. schimba intenționat proprietățile unei substanțe, inclusiv cele optice, cu un consum foarte mic de energie, care este ceea ce este folosit în tehnologia modernă.

Tipuri de rețele cristaline.

Orice substanță chimică este formată dintr-un număr mare de particule identice care sunt interconectate.
La temperaturi scăzute, când mișcarea termică este dificilă, particulele sunt strict orientate în spațiu și formează o rețea cristalină.

Rețea de cristal este o structură cu geometric locația corectă particule în spațiu.

În rețeaua cristalină în sine, se disting nodurile și spațiul internodal.
Aceeași substanță, în funcție de condiții (p, t,...), există în diferite forme cristaline (adică au rețele cristaline diferite) - modificări alotrope care diferă în proprietăți.
De exemplu, sunt cunoscute patru modificări ale carbonului: grafit, diamant, carbyne și lonsdaleit.

☼ A patra varietate de carbon cristalin, „lonsdaleitul”, este puțin cunoscută. A fost descoperit în meteoriți și obținut artificial, iar structura sa este încă în studiu.

☼ Funinginea, cocs și cărbunele au fost clasificate drept polimeri amorfi ai carbonului. Cu toate acestea, acum a devenit cunoscut faptul că acestea sunt și substanțe cristaline.

☼ Apropo, în funingine s-au găsit particule negre strălucitoare, care au fost numite „carbon oglindă”. Carbonul oglindă este inert chimic, rezistent la căldură, impermeabil la gaze și lichide, are o suprafață netedă și este absolut compatibil cu țesuturile vii.

☼ Denumirea grafit vine de la italianul „graffito” - scriu, desenez. Grafitul este un cristal gri închis, cu un luciu metalic slab și are o rețea stratificată. Straturile individuale de atomi dintr-un cristal de grafit, conectate între ele relativ slab, sunt ușor separate unele de altele.

TIPURI DE REȚELE CRISTALICE

Proprietățile substanțelor cu diferite rețele cristaline (tabel)

Dacă rata de creștere a cristalelor este scăzută la răcire, se formează o stare sticloasă (amorfă).

Relația dintre poziția unui element în Tabelul Periodic și rețeaua cristalină a substanței sale simple.

Există o relație strânsă între poziția unui element în tabelul periodic și rețeaua cristalină a substanței sale elementare corespunzătoare.

Substanțele simple ale elementelor rămase au o rețea cristalină metalică.

FIXARE

Studiați materialul de curs și răspundeți în scris la următoarele întrebări în caiet:
- Ce este o rețea cristalină?
- Ce tipuri de rețele cristaline există?
- Descrieți fiecare tip de rețea cristalină conform planului:

Ce se află în nodurile rețelei cristaline, unitate structurală → Tipul de legătură chimică între particulele nodului → Forțele de interacțiune între particulele cristalului → Proprietăți fizice determinate de rețeaua cristalină → Stare fizică substanțe în condiții normale → Exemple

Finalizați sarcini pe acest subiect:

- Ce tip de rețea cristalină au următoarele substanțe utilizate în mod obișnuit în viața de zi cu zi: apă, acid acetic (CH3 COOH), zahăr (C12 H22 O11), îngrășământ de potasiu(KCl), nisip de râu (SiO2) – punct de topire 1710 0C, amoniac (NH3), sare de masă? Faceți o concluzie generală: prin ce proprietăți ale unei substanțe se poate determina tipul rețelei sale cristaline?
Folosind formulele substanțelor date: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - determinați tipul de rețea cristalină (ionică, moleculară) a fiecărui compus și, pe baza acestuia, descrieți proprietățile fizice ale fiecăreia dintre cele patru substanțe.
Antrenorul nr. 1. „Rețele de cristal”
Antrenorul nr. 2. „Sarcini de testare”
Test (autocontrol):

1) Substanțe care au o rețea cristalină moleculară, de regulă:
o). refractar și foarte solubil în apă
b). fuzibil și volatil
V). Solid și conductiv electric
G). Conductiv termic și plastic

2) Conceptul de „moleculă” nu este aplicabil unității structurale a unei substanțe:

b). oxigen

V). diamant

3) Rețeaua cristalină atomică este caracteristică pentru:

o). aluminiu și grafit

b). sulf și iod

V). oxid de siliciu si clorura de sodiu

G). diamant şi bor

4) Dacă o substanță este foarte solubilă în apă, are un punct de topire ridicat și este conductivă electric, atunci rețeaua sa cristalină este:

O). molecular

b). atomic

V). ionic

G). metal

Care în condiții normale este un gaz, la o temperatură de -194 ° C se transformă în lichid culoare albastră, I la o temperatură de -218,8 ° C se întărește într-o masă asemănătoare zăpezii constând din cristale albastre.

În această secțiune ne vom uita la modul în care caracteristicile legăturilor chimice afectează proprietățile solidelor. Intervalul de temperatură pentru existența unei substanțe în stare solidă este determinat de punctele sale de fierbere și de topire. Solidele sunt împărțite în cristaline și amorfe.
Substanțele amorfe nu au un punct de topire clar - atunci când sunt încălzite, se înmoaie treptat și se transformă într-o stare fluidă. Într-o stare amorfă, de exemplu, există plastilină sau diverse rășini.

Substanțele cristaline se caracterizează prin aranjarea corectă a particulelor din care sunt compuse: atomi, molecule și ioni. - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, care se numește rețea cristalină. Punctele în care se află particulele de cristal se numesc rețele.

Nodurile unei rețele imaginare pot conține ioni, atomi și molecule. Aceste particule efectuează mișcări oscilatorii. Odată cu creșterea temperaturii, intervalul acestor oscilații crește, ceea ce, de regulă, duce la dilatarea termică a corpurilor.

În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre acestea, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionice, atomice, moleculare și metalice (Tabelul 6).

Substanțele simple ale elementelor rămase, neprezentate în Tabelul 6, au o rețea metalică.

Rețelele cristaline ionice sunt cele ale căror noduri conțin ioni. Sunt formați din substanțe cu legături ionice, care pot lega atât ioni simpli Na+, Cl- cât și ioni complexi SO 2- 4, OH-. În consecință, rețelele cristaline ionice au săruri, unii oxizi și hidroxizi ai metalelor, adică acele substanțe în care există o legătură chimică ionică. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu este construit din ioni pozitivi alternanți de Na+ și negativi, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu sită ionică au duritate și rezistență relativ ridicată, sunt refractare și nevolatile.

Rețelele atomice sunt turnate în rețele de cristal, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele, atomii sunt legați între ei prin legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețele cristaline este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului.

Numărul de substanțe cu o rețea cristalină atomică nu este foarte mare. Acestea includ bor cristalin, siliciu și germaniu, precum și substanțe complexe, de exemplu cele care conțin oxid de siliciu (IV) - SlO2: silice, cuarț, nisip, cristal de rocă.

Majoritatea substanțelor cu o rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, pentru diamant este peste 3500 ºС), sunt puternice și dure, practic insolubile.

Moleculare sunt rețele cristaline în care moleculele sunt situate la noduri. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi polare sau nepolare. În ciuda faptului că atomii din interiorul moleculelor sunt legați prin legături covalente foarte puternice, între molecule înseși există forte slabe atracție momoleculară. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile.

Exemple de substanțe cu rețele de cristal moleculare sunt apa solidă - gheață, monoxid de carbon solid (IV) - „gheață uscată”, acid clorhidric și hidrogen sulfurat, substanțe simple simple formate din unu- (gaze nobile), doi-, trei- ( O3), patru- (P4). molecule cu opt atomice. Majoritatea compușilor organici solizi au rețele moleculare cristaline (naftalină, glucoză, zahăr).
Substanțele cu legături metalice au rețele cristaline metalice. În locurile unor astfel de rețele există atomi și ioni (fie atomi, fie ioni, în care atomii de metal se transformă ușor, renunțând la electronii lor exteriori pentru uz comun). Acest structura internă metalele determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: maleabilitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic.

Pentru substanțele cu structură moleculară este valabilă legea constanței compoziției descoperită de chimistul francez J. L. Proust (1799-1803). În prezent, această lege este formulată astfel: „Molecular compuși chimici Indiferent de metoda de preparare, au o compoziție și proprietăți constante. Legea lui Proust este una dintre legile de bază ale chimiei. Cu toate acestea, pentru substanțele cu o structură nemoleculară, de exemplu ionică, această lege nu este întotdeauna adevărată.

1. Starile solide, lichide si gazoase ale materiei.

2. Solide: amorfe și cristaline.

3. Rețele cristaline: atomice, ionice, metalice și moleculare.

4. Legea constanței compoziției.

Ce proprietăți ale naftalenei stau la baza utilizării sale pentru a proteja produsele din lână de molii?
Ce calități ale corpurilor amorfe sunt aplicabile pentru identificarea trăsăturilor de caracter ale persoanelor individuale?

De ce aluminiul, descoperit de omul de știință danez K. H. Oersted în 1825, a fost clasificat mult timp drept metal prețios?

Amintiți-vă de lucrarea lui A. Belyaev „Vânzătorul de aer” și caracterizați proprietățile oxigenului solid folosind descrierea acestuia dată în carte.
De ce variază punctul de topire al metalelor într-un interval foarte larg? Pentru a pregăti un răspuns la această întrebare, folosiți literatură suplimentară.

De ce un produs din silicon se rupe în bucăți la impact, în timp ce un produs cu plumb doar se aplatizează? În care dintre aceste cazuri se rupe legătura chimică și în care nu? De ce?

Structura moleculară și nemoleculară a substanțelor. Structura materiei

Nu atomii sau moleculele individuale intră în interacțiuni chimice, ci substanțele. Substanțele sunt clasificate în funcție de tipul de legătură molecularŞi structură nemoleculară. Substanțele formate din molecule se numesc substanțe moleculare. Legăturile dintre moleculele din astfel de substanțe sunt foarte slabe, mult mai slabe decât între atomii din interiorul moleculei și chiar și la temperaturi relativ scăzute se rup - substanța se transformă în lichid și apoi în gaz (sublimarea iodului). Punctele de topire și de fierbere ale substanțelor formate din molecule cresc odată cu creșterea greutate moleculară. LA substanțe moleculare includ substanțe cu structură atomică (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), printre acestea se numără metale și nemetale. La substanțe structură nemoleculară includ compuși ionici. Majoritatea compușilor metalelor cu nemetale au această structură: toate sărurile (NaCl, K 2 SO 4), unele hidruri (LiH) și oxizi (CaO, MgO, FeO), baze (NaOH, KOH). Substanțe ionice (nemoleculare). au puncte ridicate de topire și fierbere.

Solide: amorfe și cristaline

Solidele sunt împărțite în cristalin şi amorf.

Substante amorfe nu au un punct de topire clar - atunci când sunt încălzite, se înmoaie treptat și se transformă într-o stare fluidă. De exemplu, plastilina și diverse rășini sunt într-o stare amorfă.

Substante cristaline caracterizate prin aranjarea corectă a particulelor din care constau: atomi, molecule și ioni - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, numit rețea cristalină. Punctele în care se află particulele de cristal se numesc noduri de rețea. În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre acestea, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionice, atomice, moleculare și metalice.

Rețelele cristaline se numesc ionice, la nodurile cărora se află ioni. Sunt formați din substanțe cu legături ionice, care pot lega atât ionii simpli Na+, Cl -, cât și SO 4 2-, OH - complexi. În consecință, sărurile și unii oxizi și hidroxizi ai metalelor au rețele cristaline ionice. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu este construit din ioni alternativi pozitivi Na + și negativi Cl -, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică se caracterizează prin duritate și rezistență relativ ridicate, sunt refractare și nevolatile.

Rețea cristalină - a) și rețea amorfă - b).

Rețele cristaline atomice

Atomic se numesc rețele cristaline, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele atomii sunt legați între ei legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețele cristaline este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului. Majoritatea substanțelor cu o rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, pentru diamant este peste 3500 ° C), sunt puternice și dure și practic insolubile.

Rețele cristaline moleculare

Molecular numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află molecule. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi atât polare (HCl, H 2 O) cât și nepolare (N 2, O 2). În ciuda faptului că atomii din interiorul moleculelor sunt legați prin legături covalente foarte puternice, între molecule acţionează forţe slabe de atracţie intermoleculară. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile. Majoritatea compușilor organici solizi au rețele moleculare cristaline (naftalină, glucoză, zahăr).

Rețele de cristal metalice

Substante cu legătură metalică au rețele metalice cristaline. La nodurile unor astfel de zăbrele există atomi și ioni(fie atomi, fie ioni în care atomii de metal se transformă ușor, renunțând la electronii lor exteriori „pentru uz comun”). Această structură internă a metalelor determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: maleabilitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic.

Cheat sheets

Subiectele codificatorului examenului unificat de stat: Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor.

Teoria cinetică moleculară

Toate moleculele sunt formate din particule minuscule numite atomi. Toate deschise momentul prezent atomii sunt colectați în tabelul periodic.

Atom- este cea mai mică particulă indivizibilă din punct de vedere chimic a unei substanțe care o păstrează proprietăți chimice. Atomii se conectează între ei legături chimice. Ne-am uitat deja la un. Asigurați-vă că studiați teoria pe tema: Tipuri de legături chimice înainte de a studia acest articol!

Acum să vedem cum se pot conecta particulele din materie.

În funcție de locația particulelor unele față de altele, proprietățile substanțelor pe care le formează pot varia foarte mult. Deci, dacă particulele sunt situate una de cealaltă departe(distanța dintre particule este mare mai multe dimensiuni particulele în sine), practic nu interacționează între ele, se mișcă în spațiu haotic și continuu, atunci avem de-a face cu gaz .

Dacă particulele sunt localizate aproape unul altuia, dar haotic, Mai mult interacționează între ele, faceți mișcări oscilatorii intense într-o poziție, dar puteți sări într-o altă poziție, atunci acesta este un model al structurii lichide .

Dacă particulele sunt localizate aproape unul la altul, dar mai mult într-o manieră ordonată, Și interacționează mai multîntre ele, dar se deplasează doar într-o singură poziție de echilibru, practic fără a se deplasa la altele situație, atunci avem de-a face solid .

Cele mai cunoscute substanțe și amestecuri chimice pot exista sub formă solidă, lichidă și stări gazoase. Cel mai simplu exemplu este apă. În condiții normale, acesta lichid, la 0 o C îngheață - trece de la starea lichidă la greu, iar la 100 o C fierbe - se transformă în fază gazoasă– vapori de apă. Mai mult decât atât, multe substanțe în condiții normale sunt gaze, lichide sau solide. De exemplu, aerul - un amestec de azot și oxigen - este un gaz în condiții normale. Dar când hipertensiune arterială iar temperaturile scăzute, azotul și oxigenul se condensează și trec în faza lichidă. Azotul lichid este utilizat activ în industrie. Uneori izolat plasmă, și de asemenea cristale lichide, ca faze separate.

Sunt explicate multe proprietăți ale substanțelor și amestecurilor individuale aranjarea reciprocă a particulelor în spațiu una față de alta!

Acest articol examinează proprietățile solidelor, în funcție de structura lor. Proprietățile fizice de bază ale solidelor: punct de topire, conductivitate electrică, conductivitate termică, rezistență mecanică, ductilitate etc.

Punct de topire - aceasta este temperatura la care o substanță trece din faza solidă în faza lichidă și invers.

este capacitatea unei substanțe de a se deforma fără distrugere.

Conductivitate electrică este capacitatea unei substanțe de a conduce curentul.

Curentul este mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Astfel, curentul poate fi efectuat doar de substanțele care conțin particule mobile încărcate. Pe baza capacității lor de a conduce curentul, substanțele sunt împărțite în conductori și dielectrici. Conductorii sunt substanțe care pot conduce curentul (adică conțin particule mobile încărcate). Dielectricii sunt substanțe care practic nu conduc curentul.

Într-o substanță solidă, particulele unei substanțe pot fi localizate haotic, sau mai ordonat O. Dacă particulele unui solid sunt situate în spațiu haotic, substanța se numește amorf. Exemple de substanțe amorfe - carbune, sticla mica.

Dacă particulele unei substanțe solide sunt dispuse în spațiu într-o manieră ordonată, i.e. formează structuri geometrice tridimensionale repetate, se numește o astfel de substanță cristalși structura în sine - rețea cristalină . Majoritatea substanțelor pe care le cunoaștem sunt cristale. Particulele în sine sunt localizate în noduri rețea cristalină.

Substanțele cristaline se disting, în special, prin tip de legătură chimică între particule într-un cristal – atomic, molecular, metalic, ionic; conform formei geometrice a celei mai simple celule a rețelei cristaline - cubică, hexagonală etc.

În funcție de tip de particule care formează o rețea cristalină , distinge structură cristalină atomică, moleculară, ionică și metalică .

Rețea cristalină atomică

O rețea cristalină atomică se formează atunci când sunt localizate nodurile cristalului atomi. Atomii sunt strâns legați între ei legături chimice covalente. În consecință, o astfel de rețea cristalină va fi foarte durabil, nu este ușor să-l distrugi. O rețea cristalină atomică poate fi formată din atomi cu valență mare, adică. cu un număr mare de legături cu atomi vecini (4 sau mai mulți). De regulă, acestea sunt nemetale: substanțe simple - siliciu, bor, carbon (modificări alotropice diamant, grafit) și compușii acestora (carbon de bor, oxid de siliciu (IV), etc..). Deoarece între nemetale apar legături chimice predominant covalente, electroni liberi(ca și alte particule încărcate) în substanțe cu o rețea cristalină atomică în cele mai multe cazuri nu. Prin urmare, astfel de substanțe sunt de obicei foarte prost condus curent electric, adică sunt dielectrici. Acestea sunt modele generale, la care există o serie de excepții.

Comunicarea între particule în cristale atomice: .

La nodurile cristalului cu o structură cristalină atomică localizată atomi.

Stare de fază cristale atomice în condiții normale: de regulă, solide.

Substanțe, formând cristale atomice în stare solidă:

1. Substanțe simple valență ridicată (situat în mijlocul tabelului periodic): bor, carbon, siliciu etc.
2. Substanțe complexe formate din aceste nemetale: silice (oxid de siliciu, nisip de cuarț) Si02; carbură de siliciu (corindon) SiC; carbură de bor, nitrură de bor etc.

Proprietățile fizice ale substanțelor cu o rețea cristalină atomică:

— rezistenţă;

— refractaritate (punct de topire ridicat);

— conductivitate electrică scăzută;

— conductivitate termică scăzută;

— inerție chimică (substanțe inactive);

- insolubilitate în solvenți.

Rețea cristalină moleculară- aceasta este o zăbrele, la nodurile căreia există molecule. Ține moleculele în cristal forțe slabe de atracție intermoleculară (forțele van der Waals, legături de hidrogen sau atracție electrostatică). În consecință, o astfel de rețea cristalină, de regulă, destul de usor de distrus. Substanțe cu o rețea cristalină moleculară - fuzibil, fragil. Cu cât este mai mare forța de atracție între molecule, cu atât este mai mare punctul de topire al substanței. De regulă, temperaturile de topire ale substanțelor cu o rețea cristalină moleculară nu sunt mai mari de 200-300K. Prin urmare, în condiții normale, majoritatea substanțelor cu o rețea cristalină moleculară există sub formă gaze sau lichide. O rețea cristalină moleculară, de regulă, este formată în formă solidă de acizi, oxizi nemetalici, alți compuși binari ai nemetalelor, substanțe simple care formează molecule stabile (oxigen O 2, azot N 2, apă H 2 O, etc.), substanțe organice. De regulă, acestea sunt substanțe cu o legătură polară covalentă (mai rar nepolară). Deoarece electronii sunt implicați în legături chimice, substanțe cu o rețea cristalină moleculară - dielectrici, nu conduc bine căldura.

Comunicarea între particule în cristale moleculare: m forțe de atracție intermoleculare, electrostatice sau intermoleculare.

La nodurile cristalului cu o structură cristalină moleculară localizată molecule.

Stare de fază cristale moleculare în condiții normale: gaze, lichide și solide.

Substanțe, formându-se în stare solidă cristale moleculare:

1. Substanțe nemetalice simple care formează molecule mici și puternice (O2, N2, H2, S8, etc.);
2. Substanțe complexe (compuși nemetalici) cu legături covalente polare (cu excepția oxizilor de siliciu și bor, compușilor de siliciu și carbon) - apă H 2 O, oxid de sulf SO 3 etc.
3. Gaze nobile monoatomice (heliu, neon, argon, cripton etc.);
4. Majoritate materie organică, în care nu există legături ionice — metan CH4, benzen C6H6 etc.

Proprietăți fizice substanțe cu o rețea cristalină moleculară:

— fuzibilitate (punct de topire scăzut):

— compresibilitate ridicată;

— cristalele moleculare în formă solidă, precum și în soluții și topituri, nu conduc curentul;

- stare de fază în condiții normale - gaze, lichide, solide;

— volatilitate ridicată;

- duritate scăzută.

Rețea cristalină ionică

Dacă există particule încărcate la nodurile de cristal - ionii, putem vorbi despre rețea cristalină ionică . De obicei, cristalele ionice alternează ionii pozitivi(cationi) și ioni negativi(anioni), astfel încât particulele sunt reținute în cristal forțele de atracție electrostatică . În funcție de tipul de cristal și de tipul de ioni care formează cristalul, astfel de substanțe pot fi destul de durabil și refractar. În stare solidă, de obicei nu există particule încărcate mobile în cristalele ionice. Dar când cristalul se dizolvă sau se topește, ionii sunt eliberați și se pot mișca sub influența externă câmp electric. Aceste. Numai soluțiile sau topiturile conduc curentul cristale ionice. Rețeaua cristalină ionică este caracteristică substanțelor cu legătură chimică ionică. Exemple astfel de substante - sare de masă NaCl, carbonat de calciu– CaCO 3 etc. O rețea cristalină ionică, de regulă, se formează în faza solidă săruri, baze, precum și oxizi metalici și compuși binari ai metalelor și nemetalelor.

Comunicarea între particule în cristale ionice: .

La nodurile cristalului cu o rețea ionică localizată ionii.

Stare de fază cristale ionice în condiții normale: de regulă, solide.

Produse chimice cu rețea cristalină ionică:

1. Săruri (organice și anorganice), inclusiv săruri de amoniu (De exemplu, clorură de amoniu NH4CI);
2. Baze;
3. Oxizi metalici;
4. Compuși binari care conțin metale și nemetale.

Proprietățile fizice ale substanțelor cu structură cristalină ionică:

— punct de topire ridicat (refractaritate);

— soluțiile și topiturile de cristale ionice sunt conductoare de curent;

— majoritatea compușilor sunt solubili în solvenți polari (apă);

- stare în fază solidă pentru majoritatea compușilor în condiții normale.

Și, în cele din urmă, metalele sunt caracterizate de un tip special de structură spațială - rețea cristalină metalică, care se datorează legătură chimică metalică . Atomii de metal țin destul de slab electroni de valență. Într-un cristal format dintr-un metal, următoarele procese au loc simultan: Unii atomi renunță la electroni și devin ioni încărcați pozitiv; aceste electronii se mișcă aleatoriu în cristal; unii electroni sunt atrași de ioni. Aceste procese au loc simultan și haotic. Astfel, apar ioni , ca în formarea unei legături ionice, și se formează electroni în comun , ca la formarea unei legături covalente. Electronii liberi se mișcă aleatoriu și continuu pe întregul volum al cristalului, ca un gaz. De aceea sunt numite uneori „ gaz de electroni " Datorita disponibilitatii număr mare particule de metal încărcate mobile conducă curentul și căldura. Punctul de topire al metalelor variază foarte mult. Metalele sunt de asemenea caracterizate un luciu metalic deosebit, maleabilitatea, adică capacitatea de a-și schimba forma fără distrugere în condiții mecanice puternice, deoarece legăturile chimice nu sunt distruse.

Comunicarea între particule : .

La nodurile cristalului cu grilaj metalic amplasat ioni și atomi de metal.

Stare de fază metale în condiții normale: de obicei solide(excepție este mercurul, un lichid în condiții normale).

Produse chimice cu o rețea cristalină metalică - substanțe simple – metale.

Proprietățile fizice ale substanțelor cu o rețea cristalină metalică:

— conductivitate termică și electrică ridicată;

— maleabilitatea și plasticitatea;

- luciu metalic;

- metalele sunt de obicei insolubile în solvenți;

- Majoritatea metalelor sunt solide în condiții normale.

Compararea proprietăților substanțelor cu diferite rețele cristaline

Tipul de rețea cristalină (sau lipsa rețelei cristaline) permite evaluarea proprietăților fizice de bază ale unei substanțe. Pentru o comparație aproximativă a tipicului proprietăți fizice compușii cu diferite rețele cristaline sunt foarte convenabil de utilizat chimicale Cu proprietăți caracteristice. Pentru rețea moleculară acesta este, de exemplu, dioxid de carbon, pentru o rețea cristalină atomică - diamant, pentru metal - cupru, iar pentru rețeaua cristalină ionică - sare de masă, clorura de sodiu NaCl.

Tabel rezumativ al structurilor substanţelor simple formate elemente chimice din subgrupele principale ale tabelului periodic (elementele subgrupurilor secundare sunt metale, prin urmare, au o rețea cristalină metalică).

Tabelul final al relației dintre proprietățile substanțelor și structura lor: