Όπως ήδη γνωρίζουμε, μια ουσία μπορεί να υπάρχει σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: αεριώδης, σκληράΚαι υγρό. Το οξυγόνο, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες βρίσκεται σε αέρια κατάσταση, σε θερμοκρασία -194 ° C μετατρέπεται σε γαλαζωπό υγρό και σε θερμοκρασία -218,8 ° C μετατρέπεται σε μια μάζα που μοιάζει με χιόνι με μπλε κρυστάλλους.

Το εύρος θερμοκρασίας για την ύπαρξη μιας ουσίας σε στερεή κατάσταση καθορίζεται από τα σημεία βρασμού και τήξης. Τα στερεά είναι κρυστάλλινοςΚαι άμορφος.

U άμορφες ουσίεςδεν υπάρχει σταθερό σημείο τήξης - όταν θερμαίνονται, σταδιακά μαλακώνουν και μετατρέπονται σε ρευστή κατάσταση. Σε αυτή την κατάσταση, για παράδειγμα, βρίσκονται διάφορες ρητίνες και πλαστελίνη.

Κρυσταλλικές ουσίεςΔιακρίνονται από την κανονική διάταξη των σωματιδίων από τα οποία αποτελούνται: άτομα, μόρια και ιόντα, σε αυστηρά καθορισμένα σημεία του χώρου. Όταν αυτά τα σημεία συνδέονται με ευθείες γραμμές, δημιουργείται ένα χωρικό πλαίσιο, που ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Τα σημεία στα οποία βρίσκονται τα κρυσταλλικά σωματίδια ονομάζονται κόμβοι πλέγματος.

Οι κόμβοι του πλέγματος φανταζόμαστε ότι μπορούν να περιέχουν ιόντα, άτομα και μόρια. Αυτά τα σωματίδια εκτελούν ταλαντευτικές κινήσεις. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και το εύρος αυτών των ταλαντώσεων, γεγονός που οδηγεί σε θερμική διαστολή των σωμάτων.

Ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος και τη φύση της μεταξύ τους σύνδεσης, διακρίνονται τέσσερις τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ιωνικός, ατομικός, μοριακόςΚαι μέταλλο.

ιωνικόςΑυτά ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα στα οποία τα ιόντα βρίσκονται στους κόμβους. Σχηματίζονται από ουσίες με ιοντικούς δεσμούς, οι οποίοι μπορούν να δεσμεύουν τόσο απλά ιόντα Na+, Cl- και σύνθετα SO24-, OH-. Έτσι, τα ιοντικά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν άλατα, μερικά οξείδια και υδροξύλια μετάλλων, δηλ. εκείνες τις ουσίες στις οποίες υπάρχει ιονικός χημικός δεσμός. Θεωρήστε έναν κρύσταλλο χλωριούχου νατρίου· αποτελείται από θετικά εναλλασσόμενα ιόντα Na+ και αρνητικά CL-, μαζί σχηματίζουν ένα πλέγμα σε σχήμα κύβου. Οι δεσμοί μεταξύ ιόντων σε έναν τέτοιο κρύσταλλο είναι εξαιρετικά σταθεροί. Εξαιτίας αυτού, οι ουσίες με ιοντικό πλέγμα έχουν σχετικά υψηλή αντοχή και σκληρότητα· είναι πυρίμαχες και μη πτητικές.

ΑτομικόςΤα κρυσταλλικά πλέγματα είναι εκείνα τα κρυσταλλικά πλέγματα των οποίων οι κόμβοι περιέχουν μεμονωμένα άτομα. Σε τέτοια πλέγματα, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι μια από τις αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα.

Ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα δεν είναι πολύ συνηθισμένες στη φύση. Αυτά περιλαμβάνουν το κρυσταλλικό βόριο, το πυρίτιο και το γερμάνιο, καθώς και σύνθετες ουσίες, για παράδειγμα εκείνες που περιέχουν οξείδιο του πυριτίου (IV) - SiO 2: πυρίτιο, χαλαζία, άμμο, βραχ κρύσταλλο.

Η συντριπτική πλειοψηφία των ουσιών με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα έχει πολύ υψηλές θερμοκρασίεςτήξη (για το διαμάντι υπερβαίνει τους 3500° C), τέτοιες ουσίες είναι ισχυρές και σκληρές, πρακτικά αδιάλυτες.

ΜοριακόςΑυτά ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα στα οποία τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους. Οι χημικοί δεσμοί σε αυτά τα μόρια μπορεί επίσης να είναι πολικοί (HCl, H 2 0) ή μη πολικοί (N 2, O 3). Και παρόλο που τα άτομα μέσα στα μόρια συνδέονται με πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, ασθενείς δυνάμεις διαμοριακής έλξης δρουν μεταξύ των ίδιων των μορίων. Γι' αυτό οι ουσίες με μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα χαρακτηρίζονται από χαμηλή σκληρότητα, χαμηλό σημείο τήξης και πτητότητα.

Παραδείγματα τέτοιων ουσιών περιλαμβάνουν στερεό νερό - πάγος, στερεό μονοξείδιο του άνθρακα (IV) - "ξηρός πάγος", στερεό υδροχλώριο και υδρόθειο, στερεές απλές ουσίες που σχηματίζονται από ένα - (ευγενή αέρια), δύο - (H 2, O 2, CL2, N2, I2), τρία - (O 3), τέσσερα - (P 4), οκτώ-ατομικά (S 8) μόρια. Η συντριπτική πλειοψηφία των στερεών οργανικών ενώσεων έχει μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα (ναφθαλίνη, γλυκόζη, ζάχαρη).

ιστοσελίδα, όταν αντιγράφετε υλικό εν όλω ή εν μέρει, απαιτείται σύνδεσμος προς την πηγή.

Όπως γνωρίζουμε, όλες οι υλικές ουσίες μπορούν να υπάρχουν σε τρεις βασικές καταστάσεις: υγρές, στερεές και αέριες. Είναι αλήθεια ότι υπάρχει επίσης μια κατάσταση πλάσματος, την οποία οι επιστήμονες θεωρούν όχι λιγότερο από την τέταρτη κατάσταση της ύλης, αλλά το άρθρο μας δεν αφορά το πλάσμα. Η στερεά κατάσταση μιας ουσίας είναι επομένως στερεή γιατί έχει μια ειδική κρυσταλλική δομή, τα σωματίδια της οποίας βρίσκονται σε μια ορισμένη και σαφώς καθορισμένη σειρά, δημιουργώντας έτσι ένα κρυσταλλικό πλέγμα. Η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος αποτελείται από επαναλαμβανόμενα πανομοιότυπα στοιχειώδη κύτταρα: άτομα, μόρια, ιόντα και άλλα στοιχειώδη σωματίδια που συνδέονται με διάφορους κόμβους.

Τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων

Ανάλογα με τα σωματίδια του κρυσταλλικού πλέγματος, υπάρχουν δεκατέσσερις τύποι του, εδώ είναι τα πιο δημοφιλή από αυτά:

• Ιωνικό κρυσταλλικό πλέγμα.
• Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα.
• Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα.
• κρυσταλλικό κύτταρο.

Ιωνικό κρυσταλλικό πλέγμα

Το κύριο χαρακτηριστικό της δομής του κρυσταλλικού πλέγματος των ιόντων είναι τα αντίθετα ηλεκτρικά φορτία των ίδιων των ιόντων, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζεται ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο καθορίζει τις ιδιότητες των ουσιών που έχουν ένα ιοντικό κρυσταλλικό πλέγμα. Και αυτά είναι η ανθεκτικότητα, η σκληρότητα, η πυκνότητα και η ικανότητα αγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Χαρακτηριστικό παράδειγμα δικτυώματος ιοντικών κρυστάλλων είναι το επιτραπέζιο αλάτι.

Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα

Οι ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα, κατά κανόνα, έχουν ισχυρά άτομα στους κόμβους τους. Ένας ομοιοπολικός δεσμός προκύπτει όταν δύο ίδια άτομα μοιράζονται αδελφικά ηλεκτρόνια μεταξύ τους, σχηματίζοντας έτσι ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων για γειτονικά άτομα. Εξαιτίας αυτού, οι ομοιοπολικοί δεσμοί συνδέουν τα άτομα σφιχτά και ομοιόμορφα με αυστηρή σειρά - ίσως αυτό είναι το πιο χαρακτηριστικό γνώρισμαδομή του ατομικού κρυσταλλικού πλέγματος. Τα χημικά στοιχεία με παρόμοιους δεσμούς μπορούν να καυχηθούν για τη σκληρότητά τους και το υψηλό σημείο τήξης τους. Το ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα έχει τέτοια χημικά στοιχείαόπως διαμάντι, πυρίτιο, γερμάνιο, βόριο.

Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα

Ο μοριακός τύπος του κρυσταλλικού πλέγματος χαρακτηρίζεται από την παρουσία σταθερών και στενά συσκευασμένων μορίων. Βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος. Σε αυτούς τους κόμβους συγκρατούνται από δυνάμεις van der Waltz, οι οποίες είναι δέκα φορές πιο αδύναμες από τις δυνάμεις της ιοντικής αλληλεπίδρασης. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα μοριακού κρυσταλλικού πλέγματος είναι ο πάγος - μια στερεή ουσία, η οποία, ωστόσο, έχει την ιδιότητα να μετατρέπεται σε υγρό - οι δεσμοί μεταξύ των μορίων του κρυσταλλικού πλέγματος είναι πολύ αδύναμοι.

Μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα

Ο τύπος του δεσμού ενός μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος είναι πιο εύκαμπτος και όλκιμος από τον ιοντικό, αν και στην εμφάνιση μοιάζουν πολύ. Διακριτικό χαρακτηριστικόείναι η παρουσία θετικά φορτισμένων κατιόντων (ιόντων μετάλλων) σε δικτυωμένες θέσεις. Μεταξύ των κόμβων ζουν ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στη δημιουργία του ηλεκτρικού πεδίου· αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται επίσης ηλεκτρικό αέριο. Η παρουσία μιας τέτοιας δομής ενός μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος εξηγεί τις ιδιότητές του: μηχανική αντοχή, θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, συντήξη.

Κρυσταλλικά πλέγματα, βίντεο

Και τέλος, μια λεπτομερής εξήγηση βίντεο σχετικά με τις ιδιότητες των κρυσταλλικών δικτυωμάτων.

Η ύλη, όπως γνωρίζετε, μπορεί να υπάρχει σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: αέρια, υγρή και στερεή (Εικ. 70). Για παράδειγμα, το οξυγόνο, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες είναι αέριο, μετατρέπεται σε υγρό σε θερμοκρασία -194 °C μπλε χρώμα, και σε θερμοκρασία -218,8 °C σκληραίνει σε μια μάζα που μοιάζει με χιόνι που αποτελείται από μπλε κρυστάλλους.

Ρύζι. 70.
Φυσικές καταστάσεις του νερού

Τα στερεά διακρίνονται σε κρυσταλλικά και άμορφα.

Οι άμορφες ουσίες δεν έχουν σαφές σημείο τήξης - όταν θερμαίνονται, σταδιακά μαλακώνουν και μετατρέπονται σε ρευστή κατάσταση. Οι άμορφες ουσίες περιλαμβάνουν τα περισσότερα πλαστικά (για παράδειγμα, πολυαιθυλένιο), κερί, σοκολάτα, πλαστελίνη, διάφορες ρητίνες και τσίχλα(Εικ. 71).

Ρύζι. 71.
Άμορφες ουσίες και υλικά

Οι κρυσταλλικές ουσίες χαρακτηρίζονται από τη σωστή διάταξη των συστατικών τους σωματιδίων σε αυστηρά καθορισμένα σημεία του χώρου. Όταν αυτά τα σημεία συνδέονται με ευθείες γραμμές, σχηματίζεται ένα χωρικό πλαίσιο, που ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Τα σημεία στα οποία βρίσκονται τα κρυσταλλικά σωματίδια ονομάζονται κόμβοι πλέγματος.

Οι κόμβοι ενός φανταστικού κρυσταλλικού πλέγματος μπορεί να περιέχουν μονατομικά ιόντα, άτομα και μόρια. Αυτά τα σωματίδια εκτελούν ταλαντευτικές κινήσεις. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, το εύρος αυτών των ταλαντώσεων αυξάνεται, γεγονός που, κατά κανόνα, οδηγεί σε θερμική διαστολή των σωμάτων.

Ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος και τη φύση της μεταξύ τους σύνδεσης, διακρίνονται τέσσερις τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ιοντικά, ατομικά, μοριακά και μεταλλικά (Πίνακας 6).

Πίνακας 6
Θέση στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα του D. I. Mendeleev και τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων των απλών ουσιών τους

Οι απλές ουσίες που σχηματίζονται από στοιχεία που δεν φαίνονται στον πίνακα έχουν μεταλλικό πλέγμα.

Τα ιοντικά πλέγματα ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα των οποίων οι κόμβοι περιέχουν ιόντα. Σχηματίζονται από ουσίες με ιοντικούς δεσμούς, οι οποίοι μπορούν να δεσμεύουν τόσο απλά ιόντα Na +, Cl-, όσο και σύνθετα ιόντα ΟΗ -. Κατά συνέπεια, τα ιοντικά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν άλατα, βάσεις (αλκάλια) και μερικά οξείδια. Για παράδειγμα, ένας κρύσταλλος χλωριούχου νατρίου είναι κατασκευασμένος από εναλλασσόμενα θετικά ιόντα Na + και αρνητικά Cl -, σχηματίζοντας ένα πλέγμα σε σχήμα κύβου (Εικ. 72). Οι δεσμοί μεταξύ ιόντων σε έναν τέτοιο κρύσταλλο είναι πολύ ισχυροί. Επομένως, ουσίες με ιοντικό πλέγμα έχουν σχετικά υψηλή σκληρότητα και αντοχή, είναι πυρίμαχες και μη πτητικές.

Ρύζι. 72.
Ιονικό κρυσταλλικό πλέγμα (χλωριούχο νάτριο)

Τα ατομικά πλέγματα ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα, οι κόμβοι των οποίων περιέχουν μεμονωμένα άτομα. Σε τέτοια πλέγματα, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς.

Ρύζι. 73.
Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα (διαμάντι)

Το διαμάντι έχει αυτόν τον τύπο κρυσταλλικού πλέγματος (Εικ. 73) - μία από τις αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα. Τα διαμάντια που έχουν κοπεί και γυαλιστεί ονομάζονται μπριγιάν. Χρησιμοποιούνται ευρέως στα κοσμήματα (Εικ. 74).

Ρύζι. 74.
Δύο αυτοκρατορικά στέμματα με διαμάντια:
α - στέμμα της Βρετανικής Αυτοκρατορίας. β - Μεγάλο Αυτοκρατορικό Στέμμα της Ρωσικής Αυτοκρατορίας

Ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα περιλαμβάνουν κρυσταλλικό βόριο, πυρίτιο και γερμάνιο, καθώς και σύνθετες ουσίες, για παράδειγμα, πυρίτιο, χαλαζία, άμμο, κρύσταλλο βράχου, που περιλαμβάνουν οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2 (Εικ. 75).

Ρύζι. 75.
Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα (οξείδιο πυριτίου (IV))

Οι περισσότερες ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα έχουν πολύ υψηλά σημεία τήξης (για παράδειγμα, για το διαμάντι είναι πάνω από 3500 °C, για το πυρίτιο - 1415 °C, για το πυρίτιο - 1728 °C), είναι ισχυρές και σκληρές, πρακτικά αδιάλυτες.

Μοριακά είναι κρυσταλλικά πλέγματα στα οποία τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους. Οι χημικοί δεσμοί σε αυτά τα μόρια μπορεί να είναι τόσο ομοιοπολικοί πολικοί (υδροχλώριο HCl, νερό H20) όσο και ομοιοπολικοί μη πολικοί (άζωτο N2, όζον 03). Παρά το γεγονός ότι τα άτομα μέσα στα μόρια συνδέονται με πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, ασθενείς διαμοριακές δυνάμεις έλξης δρουν μεταξύ των ίδιων των μορίων. Επομένως, ουσίες με μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν χαμηλή σκληρότητα, χαμηλές θερμοκρασίεςλιώσιμο, πτητικό.

Παραδείγματα ουσιών με μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα είναι στερεό νερό - πάγος, στερεό μονοξείδιο του άνθρακα (IV) C) 2 - "ξηρός πάγος" (Εικ. 76), στερεό υδροχλώριο HCl και υδρόθειο H 2 S, στερεές απλές ουσίες που σχηματίζονται από μονοξείδιο - (ευγενή αέρια: ήλιο, νέο, αργό, κρυπτό), δύο- (υδρογόνο H 2, οξυγόνο O 2, χλώριο Cl 2, άζωτο N 2, ιώδιο 1 2), τρία- (όζον O 3), τέσσερα- (λευκό φωσφόρου P4), μόρια οκτώ ατόμων (θείο S 7). Οι περισσότερες στερεές οργανικές ενώσεις έχουν μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα (ναφθαλίνη, γλυκόζη, ζάχαρη).

Ρύζι. 76.
Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα (διοξείδιο του άνθρακα)

Οι ουσίες με μεταλλικό δεσμό έχουν μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα (Εικ. 77). Στις θέσεις τέτοιων δικτυωμάτων υπάρχουν άτομα και ιόντα (είτε άτομα είτε ιόντα, στα οποία μετατρέπονται εύκολα τα μεταλλικά άτομα, δίνοντας τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια για κοινή χρήση). Αυτό εσωτερική δομήτα μέταλλα καθορίζουν τα χαρακτηριστικά τους φυσικές ιδιότητες: ελατότητα, ολκιμότητα, ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, μεταλλική λάμψη.

Ρύζι. 77.
Μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα (σίδερο)

Εργαστηριακό πείραμα Νο 13
Εξοικείωση με μια συλλογή ουσιών με διαφορετικούς τύπους κρυσταλλικού πλέγματος. Κατασκευή μοντέλων κρυσταλλικών δικτυωμάτων

Ελέγξτε τη συλλογή δειγμάτων ουσίας που σας έχουν δοθεί. Καταγράψτε τους τύπους τους, χαρακτηρίστε τις φυσικές ιδιότητες και, με βάση αυτές, προσδιορίστε τον τύπο του κρυσταλλικού πλέγματος.

Κατασκευάστε ένα μοντέλο ενός από τα κρυσταλλικά πλέγματα.

Για ουσίες με μοριακή δομή, το ανοιχτό Γάλλος χημικός J. L. Proust (1799-1803) νόμος της σταθερότητας της σύνθεσης. Επί του παρόντος, ο νόμος αυτός διατυπώνεται ως εξής:

Ο νόμος του Προυστ είναι ένας από τους βασικούς νόμους της χημείας. Ωστόσο, για ουσίες μη μοριακής δομής, όπως οι ιοντικές, αυτός ο νόμος δεν ισχύει πάντα.

Λέξεις-κλειδιά και φράσεις

1. Στερεές, υγρές και αέριες καταστάσεις της ύλης.
2. Στερεά: άμορφα και κρυσταλλικά.
3. Κρυσταλλικά πλέγματα: ιοντικά, ατομικά, μοριακά και μεταλλικά.
4. Φυσικές ιδιότητες ουσιών με διαφορετικούς τύπους κρυσταλλικών δικτυωμάτων.
5. Νόμος της σταθερότητας της σύνθεσης.

Εργασία με υπολογιστή

1. Ανατρέξτε στην ηλεκτρονική εφαρμογή. Μελετήστε το υλικό του μαθήματος και ολοκληρώστε τις εργασίες που σας ανατέθηκαν.
2. Αναζήτηση στο Διαδίκτυο διευθύνσεις ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, το οποίο μπορεί να χρησιμεύσει ως πρόσθετες πηγές που αποκαλύπτουν το περιεχόμενο των λέξεων-κλειδιών και των φράσεων στην παράγραφο. Προσφέρετε τη βοήθειά σας στον δάσκαλο για την προετοιμασία ενός νέου μαθήματος - στείλτε ένα μήνυμα από λέξεις-κλειδιάκαι φράσεις στην επόμενη παράγραφο.

Ερωτήσεις και εργασίες

1. Σε ποια κατάσταση συσσωμάτωσης θα βρίσκεται το οξυγόνο στους -205 °C;
2. Θυμηθείτε το έργο του A. Belyaev «The Air Seller» και χαρακτηρίστε τις ιδιότητες του στερεού οξυγόνου χρησιμοποιώντας την περιγραφή του που δίνεται στο βιβλίο.
3. Τι είδους ουσίες (κρυσταλλικές ή άμορφες) είναι τα πλαστικά; Ποιες ιδιότητες των πλαστικών αποτελούν τη βάση των βιομηχανικών εφαρμογών τους;
4. Τι τύπος κρυσταλλικού πλέγματος διαμαντιών είναι; Καταγράψτε τις φυσικές ιδιότητες που είναι χαρακτηριστικές του διαμαντιού.
5. Τι τύπος κρυσταλλικού πλέγματος ιωδίου είναι; Να αναφέρετε τις φυσικές ιδιότητες του ιωδίου.
6. Γιατί το σημείο τήξης των μετάλλων ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος; Για να προετοιμάσετε μια απάντηση σε αυτήν την ερώτηση, χρησιμοποιήστε πρόσθετη βιβλιογραφία.
7. Γιατί ένα προϊόν πυριτίου σπάει σε κομμάτια κατά την πρόσκρουση, ενώ ένα προϊόν μολύβδου μόνο ισοπεδώνεται; Σε ποιες από αυτές τις περιπτώσεις διασπάται ο χημικός δεσμός και σε ποιες όχι; Γιατί;

Ας μιλήσουμε για στερεά. Τα στερεά μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες: άμορφοςΚαι κρυστάλλινος. Θα τα διαχωρίσουμε σύμφωνα με την αρχή του αν υπάρχει τάξη ή όχι.

ΣΕ άμορφες ουσίεςτα μόρια είναι διατεταγμένα τυχαία. Δεν υπάρχουν μοτίβα στη χωρική τους διάταξη. Ουσιαστικά, οι άμορφες ουσίες είναι πολύ παχύρρευστα υγρά, τόσο παχύρρευστα που είναι στερεά.

Εξ ου και το όνομα: "a-" - αρνητικό σωματίδιο, "morphe" - μορφή. Οι άμορφες ουσίες περιλαμβάνουν: γυαλί, ρητίνες, κερί, παραφίνη, σαπούνι.

Η έλλειψη τάξης στη διάταξη των σωματιδίων καθορίζει τις φυσικές ιδιότητες των άμορφων σωμάτων: αυτά δεν έχουν σταθερά σημεία τήξης. Καθώς θερμαίνονται, το ιξώδες τους μειώνεται σταδιακά και επίσης σταδιακά μετατρέπονται σε υγρή κατάσταση.

Σε αντίθεση με τις άμορφες ουσίες, υπάρχουν κρυσταλλικές ουσίες. Τα σωματίδια μιας κρυσταλλικής ουσίας είναι χωρικά ταξινομημένα. Αυτή η σωστή δομή της χωρικής διάταξης των σωματιδίων σε μια κρυσταλλική ουσία ονομάζεται κρυσταλλικού πλέγματος.

Σε αντίθεση με τα άμορφα σώματα, κρυσταλλικές ουσίες έχουν σταθερά σημεία τήξης.

Ανάλογα σε ποια σωματίδια βρίσκονται κόμβοι πλέγματος, και ποιες συνδέσεις τα συγκρατούν μεταξύ τους τα διαφοροποιούν: μοριακός, ατομικός, ιωνικόςΚαι μέταλλοσχάρες.

Γιατί είναι θεμελιωδώς σημαντικό να γνωρίζουμε τι είδους κρυσταλλικό πλέγμα έχει μια ουσία; Τι ορίζει; Ολα. Η δομή καθορίζει τον τρόπο χημικές και φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας.

Το πιο απλό παράδειγμα: DNA. Σε όλους τους οργανισμούς στη γη, είναι κατασκευασμένο από το ίδιο σύνολο δομικών συστατικών: τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων. Και τι ποικιλία ζωής. Όλα αυτά καθορίζονται από τη δομή: τη σειρά με την οποία είναι διατεταγμένα αυτά τα νουκλεοτίδια.

Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το νερό σε στερεή κατάσταση (πάγος). Ολόκληρα μόρια βρίσκονται σε θέσεις πλέγματος. Και κρατήστε τα μαζί διαμοριακές αλληλεπιδράσεις: δεσμοί υδρογόνου, δυνάμεις van der Waals.

Αυτοί οι δεσμοί είναι αδύναμοι, επομένως το μοριακό πλέγμα είναι το πιο εύθραυστο, το σημείο τήξης τέτοιων ουσιών είναι χαμηλό.

Ένα καλό διαγνωστικό σημάδι: εάν μια ουσία έχει φυσιολογικές συνθήκεςυγρή ή αέρια κατάσταση και/ή έχει οσμή - τότε πιθανότατα αυτή η ουσία έχει μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα. Άλλωστε, η υγρή και η αέρια κατάσταση είναι συνέπεια του γεγονότος ότι τα μόρια στην επιφάνεια του κρυστάλλου δεν προσκολλώνται καλά (οι δεσμοί είναι αδύναμοι). Και είναι «ξεσπασμένοι». Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται μεταβλητότητα. Και τα ξεφουσκωμένα μόρια, που διαχέονται στον αέρα, φτάνουν στα οσφρητικά μας όργανα, η οποία υποκειμενικά γίνεται αισθητή ως μυρωδιά.

Έχουν ένα μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα:

1. Μερικές απλές ουσίες αμέταλλων: I 2, P, S (δηλαδή όλα τα αμέταλλα που δεν έχουν ατομικό πλέγμα).
2. Σχεδόν όλες οι οργανικές ουσίες ( εκτός από τα άλατα).
3. Και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι ουσίες υπό κανονικές συνθήκες είναι υγρές ή αέριες (είναι κατεψυγμένες) ή/και άοσμες (NH 3, O 2, H 2 O, οξέα, CO 2).

Ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα.

Στους κόμβους του ατομικού κρυσταλλικού πλέγματος, σε αντίθεση με το μοριακό, υπάρχουν μεμονωμένα άτομα. Αποδεικνύεται ότι το πλέγμα συγκρατείται με ομοιοπολικούς δεσμούς (εξάλλου είναι αυτοί που δεσμεύουν ουδέτερα άτομα).

Κλασικό παράδειγμα είναι το πρότυπο αντοχής και σκληρότητας - διαμάντι (από τη χημική του φύση είναι μια απλή ουσία - άνθρακας). Επαφές: ομοιοπολική μη πολική, αφού το πλέγμα σχηματίζεται μόνο από άτομα άνθρακα.

Αλλά, για παράδειγμα, σε έναν κρύσταλλο χαλαζία (ο χημικός τύπος του οποίου είναι SiO 2) υπάρχουν άτομα Si και O. Επομένως, οι δεσμοί ομοιοπολική πολική.

Φυσικές ιδιότητες ουσιών με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα:

1. δύναμη, σκληρότητα
2. υψηλά σημεία τήξης (ανθεκτικότητα)
3. μη πτητικές ουσίες
4. αδιάλυτο (ούτε στο νερό ούτε σε άλλους διαλύτες)

Όλες αυτές οι ιδιότητες οφείλονται στην αντοχή των ομοιοπολικών δεσμών.

Υπάρχουν λίγες ουσίες σε ένα ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Δεν υπάρχει συγκεκριμένο μοτίβο, οπότε πρέπει απλώς να τα θυμάστε:

1. Αλλοτροπικές τροποποιήσεις άνθρακα (C): διαμάντι, γραφίτης.
2. Βόριο (Β), πυρίτιο (Si), γερμάνιο (Ge).
3. Μόνο δύο αλλοτροπικές τροποποιήσεις του φωσφόρου έχουν ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα: ο κόκκινος φώσφορος και ο μαύρος φώσφορος. (υ λευκό φώσφορο– μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα).
4. SiC – καρβορούνδιο (καρβίδιο του πυριτίου).
5. BN – νιτρίδιο βορίου.
6. Πυρίτιο, ροκ κρύσταλλο, χαλαζία, άμμος ποταμού– όλες αυτές οι ουσίες έχουν τη σύσταση SiO 2.
7. Κορούνδιο, ρουμπίνι, ζαφείρι - αυτές οι ουσίες έχουν τη σύνθεση Al 2 O 3.

Σίγουρα τίθεται το ερώτημα: Το C είναι και διαμάντι και γραφίτης. Αλλά είναι τελείως διαφορετικά: ο γραφίτης είναι αδιαφανής, λερώνει και αγώγει τον ηλεκτρισμό, ενώ το διαμάντι είναι διαφανές, δεν λερώνει και δεν άγει ηλεκτρισμό. Διαφέρουν ως προς τη δομή.

Και τα δύο είναι ατομικό πλέγμα, αλλά διαφορετικά. Επομένως, οι ιδιότητες είναι διαφορετικές.

Ιωνικό κρυσταλλικό πλέγμα.

Κλασικό παράδειγμα: επιτραπέζιο αλάτι: NaCl. Στους κόμβους του πλέγματος υπάρχουν μεμονωμένα ιόντα: Na + και Cl – . Το πλέγμα συγκρατείται στη θέση του από ηλεκτροστατικές δυνάμεις έλξης μεταξύ των ιόντων (το «συν» έλκεται στο «μείον»), δηλαδή ιοντικός δεσμός.

Τα ιοντικά κρυσταλλικά πλέγματα είναι αρκετά ισχυρά, αλλά εύθραυστα· οι θερμοκρασίες τήξης τέτοιων ουσιών είναι αρκετά υψηλές (υψηλότερες από εκείνες των μεταλλικών δικτυωμάτων, αλλά χαμηλότερες από εκείνες των ουσιών με ατομικό πλέγμα). Πολλά είναι διαλυτά στο νερό.

Κατά κανόνα, δεν υπάρχουν προβλήματα με τον προσδιορισμό του πλέγματος ιοντικών κρυστάλλων: όπου υπάρχει ιοντικός δεσμός, υπάρχει και ιοντικό πλέγμα κρυστάλλων. Αυτό: όλα τα άλατα, οξείδια μετάλλων, αλκάλια(και άλλα βασικά υδροξείδια).

Μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα.

Το μεταλλικό πλέγμα πωλείται σε απλές ουσίες μέταλλα. Νωρίτερα είπαμε ότι όλο το μεγαλείο του μεταλλικού δεσμού μπορεί να γίνει κατανοητό μόνο σε συνδυασμό με το μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα. Ήρθε η ώρα.

Η κύρια ιδιότητα των μετάλλων: ηλεκτρόνια πάνω εξωτερικό επίπεδο ενέργειαςΔεν συγκρατούνται καλά, έτσι δίνονται εύκολα. Έχοντας χάσει ένα ηλεκτρόνιο, το μέταλλο μετατρέπεται σε ένα θετικά φορτισμένο ιόν - ένα κατιόν:

Na 0 – 1e → Na +

Σε ένα μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα, διεργασίες απελευθέρωσης και κέρδους ηλεκτρονίων συμβαίνουν συνεχώς: ένα ηλεκτρόνιο απομακρύνεται από ένα άτομο μετάλλου σε μια θέση πλέγματος. Σχηματίζεται ένα κατιόν. Το αποσπασμένο ηλεκτρόνιο έλκεται από ένα άλλο κατιόν (ή το ίδιο): σχηματίζεται ξανά ένα ουδέτερο άτομο.

Οι κόμβοι ενός μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος περιέχουν τόσο ουδέτερα άτομα όσο και μεταλλικά κατιόντα. Και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν μεταξύ των κόμβων:

Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ονομάζονται αέρια ηλεκτρονίων. Καθορίζουν τις φυσικές ιδιότητες απλών μεταλλικών ουσιών:

1. θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα
2. μεταλλική λάμψη
3. ελατότητα, ολκιμότητα

Αυτός είναι ένας μεταλλικός δεσμός: τα μεταλλικά κατιόντα έλκονται από ουδέτερα άτομα και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια τα «κολλάνε» όλα μαζί.

Πώς να προσδιορίσετε τον τύπο του κρυσταλλικού πλέγματος.

Π.ΜΙΚΡΟ.Υπάρχει κάτι μέσα σχολικό πρόγραμμα σπουδώνκαι το πρόγραμμα Εξετάσεων Ενιαίας Πολιτείας για αυτό το θέμα είναι κάτι με το οποίο δεν συμφωνούμε απόλυτα. Δηλαδή: η γενίκευση ότι οποιοσδήποτε δεσμός μετάλλου-μη μετάλλου είναι ιονικός δεσμός. Αυτή η υπόθεση έγινε εσκεμμένα, προφανώς για να απλοποιηθεί το πρόγραμμα. Αυτό όμως οδηγεί σε παραμόρφωση. Το όριο μεταξύ ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών είναι αυθαίρετο. Κάθε δεσμός έχει το δικό του ποσοστό «ιονικότητας» και «ομοιοπολικότητας». Ο δεσμός με ένα μέταλλο χαμηλής ενεργότητας έχει μικρό ποσοστό «ιονικότητας»· μοιάζει περισσότερο με ομοιοπολικό. Αλλά σύμφωνα με το πρόγραμμα των Ενιαίων Κρατικών Εξετάσεων, «στρογγυλοποιείται» προς το ιοντικό. Αυτό προκαλεί μερικές φορές παράλογα πράγματα. Για παράδειγμα, το Al 2 O 3 είναι μια ουσία με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα. Για τι είδους ιονισμό μιλάμε εδώ; Μόνο ομοιοπολικό δεσμόμπορεί να κρατήσει άτομα με αυτόν τον τρόπο. Αλλά σύμφωνα με το πρότυπο μετάλλου-μη μετάλλου, ταξινομούμε αυτόν τον δεσμό ως ιοντικό. Και έχουμε μια αντίφαση: το πλέγμα είναι ατομικό, αλλά ο δεσμός είναι ιοντικός. Σε αυτό οδηγεί η υπεραπλούστευση.

Ό,τι υπάρχει στη φύση σχηματίζεται από μεγάλο αριθμό πανομοιότυπων σωματιδίων που συνδέονται μεταξύ τους. Όλες οι ουσίες υπάρχουν σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: αέριες, υγρές και στερεές. Όταν η θερμική κίνηση είναι δύσκολη (σε χαμηλές θερμοκρασίες), καθώς και στα στερεά, τα σωματίδια είναι αυστηρά προσανατολισμένα στο χώρο, γεγονός που εκδηλώνεται με την ακριβή δομική τους οργάνωση.

Το κρυσταλλικό πλέγμα μιας ουσίας είναι μια δομή με μια γεωμετρικά διατεταγμένη διάταξη σωματιδίων (άτομα, μόρια ή ιόντα) σε ορισμένα σημεία του χώρου. Σε διάφορα πλέγματα, γίνεται διάκριση μεταξύ του μεσοκομβικού χώρου και των ίδιων των κόμβων - των σημείων στα οποία βρίσκονται τα ίδια τα σωματίδια.

Υπάρχουν τέσσερις τύποι κρυσταλλικού πλέγματος: μεταλλικό, μοριακό, ατομικό, ιοντικό. Οι τύποι των δικτυωμάτων καθορίζονται σύμφωνα με τον τύπο των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους τους, καθώς και τη φύση των συνδέσεων μεταξύ τους.

Ένα κρυσταλλικό πλέγμα ονομάζεται μοριακό εάν τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους του. Σχετίζονται μεταξύ τους διαμοριακά σχετικά αδύναμες δυνάμεις, που ονομάζεται van der Waals, αλλά τα ίδια τα άτομα μέσα στο μόριο συνδέονται με σημαντικά ισχυρότερο ή μη πολικό τρόπο). Το μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα είναι χαρακτηριστικό του χλωρίου, του στερεού υδρογόνου και άλλων ουσιών που είναι αέριες σε συνηθισμένες θερμοκρασίες.

Οι κρύσταλλοι που σχηματίζουν τα ευγενή αέρια έχουν επίσης μοριακά πλέγματα που αποτελούνται από μονατομικά μόρια. Τα περισσότερα οργανικά στερεά έχουν αυτή τη δομή. Ο αριθμός των οποίων έχει μοριακή δομή είναι πολύ μικρός. Αυτά είναι, για παράδειγμα, στερεά υδραλογονίδια, φυσικό θείο, πάγος, απλά στερεά και μερικά άλλα.

Όταν θερμαίνονται, οι σχετικά αδύναμοι διαμοριακοί δεσμοί καταστρέφονται πολύ εύκολα, επομένως ουσίες με τέτοια πλέγματα έχουν πολύ χαμηλά σημεία τήξης και χαμηλή σκληρότητα, είναι αδιάλυτες ή ελαφρώς διαλυτές στο νερό, τα διαλύματά τους πρακτικά δεν μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα και χαρακτηρίζονται από σημαντική πτητικότητα . Ελάχιστες θερμοκρασίεςβρασμός και τήξη - για ουσίες κατασκευασμένες από μη πολικά μόρια.

Ένα κρυσταλλικό πλέγμα ονομάζεται μεταλλικό, οι κόμβοι του οποίου σχηματίζονται από άτομα και θετικά ιόντα (κατιόντα) του μετάλλου με ηλεκτρόνια ελεύθερου σθένους (που αποσπώνται από τα άτομα κατά το σχηματισμό ιόντων), που κινούνται τυχαία στον όγκο του κρυστάλλου. Ωστόσο, αυτά τα ηλεκτρόνια είναι ουσιαστικά ημιελεύθερα, αφού μπορούν να κινούνται ελεύθερα μόνο μέσα στο πλαίσιο που περιορίζεται από ένα δεδομένο κρυσταλλικό πλέγμα.

Τα ηλεκτροστατικά ηλεκτρόνια και τα θετικά μεταλλικά ιόντα έλκονται αμοιβαία, γεγονός που εξηγεί τη σταθερότητα του μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος. Η συλλογή των ελεύθερων κινούμενων ηλεκτρονίων ονομάζεται αέριο ηλεκτρονίων - παρέχει καλή ηλεκτρική ενέργεια και Όταν εμφανίζεται μια ηλεκτρική τάση, τα ηλεκτρόνια ορμούν στο θετικό σωματίδιο, συμμετέχοντας στη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος και αλληλεπιδρώντας με ιόντα.

Το μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα είναι χαρακτηριστικό κυρίως στοιχειωδών μετάλλων, καθώς και ενώσεων διαφορετικών μετάλλων μεταξύ τους. Οι κύριες ιδιότητες που είναι εγγενείς στους κρυστάλλους μετάλλων (μηχανική αντοχή, πτητότητα, κυμαίνονται αρκετά έντονα. Ωστόσο, τέτοιες φυσικές ιδιότητες όπως πλαστικότητα, ελατότητα, υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα και χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη είναι χαρακτηριστικές μόνο για κρυστάλλους με μεταλλικό πλέγμα .