Μοριακή και μη μοριακή δομή ουσιών. Η δομή της ύλης
Δεν είναι μεμονωμένα άτομα ή μόρια που εισέρχονται σε χημικές αλληλεπιδράσεις, αλλά ουσίες. Οι ουσίες διακρίνονται από τον τύπο του δεσμού μοριακόςΚαι μη μοριακή δομή. Οι ουσίες που αποτελούνται από μόρια ονομάζονται μοριακές ουσίες. Οι δεσμοί μεταξύ μορίων σε τέτοιες ουσίες είναι πολύ αδύναμοι, πολύ πιο αδύναμοι από ό,τι μεταξύ ατόμων μέσα σε ένα μόριο και ήδη σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίεςΩ, έσκασαν - η ουσία μετατρέπεται σε υγρό και στη συνέχεια σε αέριο (εξάχνωση ιωδίου). Τα σημεία τήξης και βρασμού των ουσιών που αποτελούνται από μόρια αυξάνονται με την αύξηση του μοριακού βάρους. ΠΡΟΣ ΤΗΝ μοριακές ουσίεςπεριλαμβάνουν ουσίες με ατομική δομή (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), μεταξύ αυτών υπάρχουν μέταλλα και αμέταλλα. Σε ουσίες μη μοριακή δομήπεριλαμβάνουν ιοντικές ενώσεις. Οι περισσότερες ενώσεις μετάλλων με αμέταλλα έχουν αυτή τη δομή: όλα τα άλατα (NaCl, K 2 SO 4), μερικά υδρίδια (LiH) και οξείδια (CaO, MgO, FeO), βάσεις (NaOH, KOH). Ιονικές (μη μοριακές) ουσίεςέχω υψηλές θερμοκρασίεςτήξη και βρασμό.
Στερεά: άμορφα και κρυσταλλικά
Τα στερεά χωρίζονται σε κρυσταλλική και άμορφη.
Άμορφες ουσίεςδεν έχουν καθαρό σημείο τήξης - όταν θερμαίνονται, σταδιακά μαλακώνουν και γίνονται ρευστά. Στην άμορφη κατάσταση, για παράδειγμα, βρίσκονται η πλαστελίνη και διάφορες ρητίνες.
Κρυσταλλικές ουσίεςχαρακτηρίζεται σωστή τοποθεσίατα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται: άτομα, μόρια και ιόντα - 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. Ανάλογα με τον τύπο των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος και τη φύση της σύνδεσης μεταξύ τους, διακρίνονται τέσσερις τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ιοντικά, ατομικά, μοριακά και μεταλλικά.
Τα κρυσταλλικά πλέγματα ονομάζονται ιοντικά, στις θέσεις των οποίων υπάρχουν ιόντα. Σχηματίζονται από ουσίες με ιοντικό δεσμό, ο οποίος μπορεί να συσχετιστεί τόσο με απλά ιόντα Na +, Cl- και με σύμπλοκο SO 4 2-, OH -. Κατά συνέπεια, τα άλατα, ορισμένα οξείδια και τα υδροξείδια των μετάλλων έχουν ιοντικά κρυσταλλικά πλέγματα. Για παράδειγμα, ένας κρύσταλλος χλωριούχου νατρίου είναι κατασκευασμένος από εναλλασσόμενα θετικά ιόντα Na + και αρνητικά Cl-, σχηματίζοντας ένα πλέγμα σε σχήμα κύβου. Οι δεσμοί μεταξύ ιόντων σε έναν τέτοιο κρύσταλλο είναι πολύ σταθεροί. Επομένως, ουσίες με ιοντικό πλέγμα χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή σκληρότητα και αντοχή, είναι πυρίμαχες και μη πτητικές.
Κρυσταλλικό πλέγμα - α) και άμορφο πλέγμα - β).
Κρυσταλλικό πλέγμα - α) και άμορφο πλέγμα - β). Ατομικά κρυσταλλικά πλέγματα
πυρηνικόςπου ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα, στους κόμβους των οποίων υπάρχουν μεμονωμένα άτομα. Σε τέτοια πλέγματα, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Ένα παράδειγμα ουσιών με αυτόν τον τύπο κρυσταλλικού πλέγματος είναι το διαμάντι, μια από τις αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα. Οι περισσότερες ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα έχουν πολύ υψηλά σημεία τήξης (για παράδειγμα, στο διαμάντι είναι πάνω από 3500 ° C), είναι ισχυρές και σκληρές, πρακτικά αδιάλυτες.
Μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα
Μοριακόςπου ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα, στους κόμβους των οποίων βρίσκονται τα μόρια. χημικοί δεσμοίσε αυτά τα μόρια μπορεί να είναι και πολικά (HCl, H 2 O) και μη πολικά (N 2 , O 2). Παρά το γεγονός ότι τα άτομα μέσα στα μόρια συνδέονται με πολύ ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, αδύναμες δυνάμεις διαμοριακής έλξης δρουν μεταξύ των ίδιων των μορίων. Επομένως, ουσίες με μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν χαμηλή σκληρότητα, χαμηλά σημεία τήξης και είναι πτητικές. Οι περισσότερες στερεές οργανικές ενώσεις έχουν μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα (ναφθαλίνη, γλυκόζη, ζάχαρη).
Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα (διοξείδιο του άνθρακα) Μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα
Ουσίες με μεταλλικός δεσμόςέχουν μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα. Στους κόμβους τέτοιων δικτυωμάτων βρίσκονται άτομα και ιόντα(είτε άτομα, είτε ιόντα, στα οποία μετατρέπονται εύκολα τα μεταλλικά άτομα, δίνοντας τα εξωτερικά τους ηλεκτρόνια «για γενική χρήση»). Τέτοιος εσωτερική δομήτα μέταλλα καθορίζουν τα χαρακτηριστικά τους φυσικές ιδιότητες: ελατότητα, ολκιμότητα, ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη.
cheat φύλλα
Κρυσταλλική κυψέλη- ένα σύστημα σημείων που βρίσκονται σε ίσες, παράλληλα προσανατολισμένες κορυφές και παραλληλεπίπεδα γειτονικά κατά μήκος των όψεων χωρίς κενά, που γεμίζουν το χώρο των σημείων, που ονομάζονται κόμβοι, ευθείες γραμμές - σειρές, επίπεδα - πλέγματα, παραλληλεπίπεδα ονομάζονται στοιχειώδη κελιά.
Τύποι κρυσταλλικών δικτύων: ατομικό - εάν τα άτομα βρίσκονται στους κόμβους, ιοντικά - εάν τα ιόντα βρίσκονται στους κόμβους, μοριακά - εάν τα μόρια βρίσκονται στους κόμβους
2. Ιδιότητες κρυσταλλικών ουσιών - ομοιομορφία, ανισοτροπία, ικανότητα αυτοκοπής.
Ομοιομορφία- δύο πανομοιότυποι στοιχειώδεις όγκοι ύλης προσανατολισμένοι παράλληλα στο χώρο, αλλά απομονωμένοι σε διαφορετικά σημεία της ουσίας, είναι απολύτως πανομοιότυποι σε ιδιότητες (βηρυλ - τουρμαλίνη).
Ανισοτροπία- σε διαφορετικές κατευθύνσεις του κρυσταλλικού πλέγματος σε μη παράλληλες κατευθύνσεις, πολλές ιδιότητες (π.χ. αντοχή, σκληρότητα, δείκτης διάθλασης) είναι διαφορετικές.
Η ικανότητα αυτοπεριορισμού- την ιδιότητα των κρυστάλλων κατά την ελεύθερη ανάπτυξη να σχηματίζουν σωστά πολυεδρικά πολύεδρα.
Ιδιότητα μονιμότητας των δίεδρων κόμβων– οι γωνίες m/y των αντίστοιχων όψεων και ακμών σε όλους τους κρυστάλλους της ίδιας ουσίας είναι ίδιες.
3. Η έννοια της συνγονίας. Σε ποιες κατηγορίες χωρίζονται οι συγγονίες.
Syngony - ένα σύνολο τύπων συμμετριών που έχει 1 ή περισσότερα κοινά στοιχεία συμμετρίας, με ίσο αριθμό κατευθύνσεων μονάδας. Το S. to. χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ των αξόνων a, b, c και των γωνιών του κελιού.
Υπάρχουν 7 χωρίζονται σε:
Κατώτερος( δεν έχουν άξονες συμμετρίας υψηλότερους από τη δεύτερη τάξη)
Μέσης (έχουν έναν άξονα συμμετρίας υψηλότερης τάξης)
Μεμονωμένοι προορισμοίείναι κατευθύνσεις που δεν επαναλαμβάνονται στους κρυστάλλους.
Όντας η μεγαλύτερη υποδιαίρεση ταξινόμησης στη συμμετρία των κρυστάλλων, κάθε κρυσταλλική δομή περιλαμβάνει πολλές ομάδες συμμετρίας σημείου και πλέγματα Bravais.
4. Απλά σχήματα και συνδυασμοί. Το φυσικό νόημα της επιλογής απλών μορφών σε ένα κρύσταλλο.
Σύμφωνα με την εμφάνισή τους, οι κρύσταλλοι χωρίζονται σε απλά σχήματακαι συνδυασμούς. απλά σχήματα- κρύσταλλοι που λαμβάνονται από μια όψη με τη δράση ενός στοιχείου συμμετρίας σε αυτήν.
Στοιχεία συμμετρίας:
γεωμετρική εικόνα
επίπεδο συμμετρίας- ένα επίπεδο κάθετο στην εικόνα, που χωρίζει το σχήμα σε 2 μέρη, που συσχετίζονται ως αντικείμενο και η κατοπτρική του εικόνα.
ΑΞΟΝΑΣ συμμετριας- αυτή είναι μια ευθεία γραμμή κάθετη στην εικόνα, όταν περιστρέφεται γύρω της κατά 360 περίπου, το σχήμα συνδυάζεται με τον εαυτό του n φορές.
Κέντρο συμμετρίας- ένα σημείο μέσα στον κρύσταλλο που χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι κάθε γραμμή που διασχίζεται από αυτόν συναντά πανομοιότυπα σημεία και στις δύο πλευρές στην ίδια απόσταση.
Συνδυασμοί- κρύσταλλα που αποτελούνται από πρόσωπα διαφόρων τύπων, που διαφέρουν σε σχήμα και μέγεθος. Σχηματίζεται από συνδυασμό δύο ή περισσότερων απλών μορφών. Πόσοι τύποι όψεων σε έναν ομοιόμορφα αναπτυγμένο κρύσταλλο είναι τόσες πολλές απλές μορφές σε αυτόν.
Η επιλογή των προσώπων διαφορετικών τύπων έχει φυσική έννοια , αφού διαφορετικές όψεις αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς και έχουν διαφορετικές ιδιότητες (σκληρότητα, πυκνότητα, δείκτης διάθλασης).
Οι απλές φόρμες είναι ανοιχτές και κλειστές. Μια κλειστή απλή μορφή με τη βοήθεια προσόψεων του ίδιου τύπου κλείνει ανεξάρτητα το χώρο (τετραγωνική διπυραμίδα), μια ανοιχτή απλή φόρμα μπορεί να κλείσει το χώρο μόνο σε συνδυασμό με άλλες απλές μορφές (τετραγωνική πυραμίδα + επίπεδο.) Υπάρχουν 47 απλές μορφές σε σύνολο. Όλα χωρίζονται σε κατηγορίες:
Ένα μονόεδρο είναι ένα απλό σχήμα που αντιπροσωπεύεται από ένα μόνο πρόσωπο.
Πινακοειδές - δύο ίσες παράλληλες όψεις που μπορούν να αντιστραφούν.
Dihedron - δύο ίσες τεμνόμενες όψεις (μπορούν να τέμνονται στη συνέχισή τους).
Ρομβικό πρίσμα - τέσσερις ίσες παράλληλες όψεις ανά ζεύγη. σχηματίζουν ρόμβο σε διατομή.
Μια ρομβική πυραμίδα έχει τέσσερις ίσες τεμνόμενες όψεις. σχηματίζουν επίσης ρόμβο σε διατομή. Οι αναγραφόμενες απλές φόρμες είναι ανοιχτές, αφού δεν κλείνουν το χώρο. Η παρουσία στον κρύσταλλο ανοιχτών απλών μορφών, όπως ένα ρομβικό πρίσμα, προκαλεί αναγκαστικά την παρουσία άλλων απλών μορφών, όπως ένα πινακοειδές ή μια ρομβική διπυραμίδα, απαραίτητες για τη λήψη μιας κλειστής μορφής.
Από τις κλειστές απλές μορφές των κατώτερων συγγονιών σημειώνουμε τα εξής. Ρομβική διπυραμίδα δύο ρομβικές πυραμίδες διπλωμένες στις βάσεις. το σχήμα έχει οκτώ διαφορετικές όψεις, δίνοντας έναν ρόμβο σε διατομή. Ένα ρομβικό τετράεδρο έχει τέσσερις όψεις που περικλείουν χώρο και έχουν τη μορφή λοξών τριγώνων.
Μεσαία κατηγορία(συστήματα: τρικλινικό, τετραγωνικό, εξαγωνικό) - 27 π.φ.: μονόεδρο, πινοκοειδές, 6 διπυραμίδες, 6 πυραμίδες, 6 πρίσματα, τετράεδρο, ρομβοέδρο, 3 τραπεζοειδή (πρόσωπα σε σχήμα τραπεζοειδούς), 2 όψεις σε κλίμακα ενός τετραέδρου και ενός ρομβοέδρου).
Κορυφαία κατηγορία- 15 π.φ.: τα κυριότερα είναι το τετράεδρο, οκτάεδρο, κύβος. Εάν αντί για ένα πρόσωπο εμφανίζονται 3 όψεις - τριτετράεδρο, εάν 6 - εξατετράεδρο, αν 4 - τετρατετράεδρο. Οι όψεις μπορεί να είναι 3x, 4x, 5-γωνίες: 3x - τρίγωνο, 4x - τετράγωνο, 5 - πεντάγωνο.
Ένα απλό σχήμα κρυστάλλου είναι μια οικογένεια όψεων που συνδέονται μεταξύ τους με συμμετρικές πράξεις αυτή η τάξησυμμετρία. Όλες οι όψεις που σχηματίζουν ένα απλό σχήμα κρυστάλλου πρέπει να είναι ίσες σε μέγεθος και σχήμα. Μία ή περισσότερες απλές μορφές μπορεί να υπάρχουν σε έναν κρύσταλλο. Ο συνδυασμός πολλών απλών μορφών ονομάζεται συνδυασμός.
Κλειστά ονομάζονται τέτοιες μορφές, οι όψεις των οποίων κλείνουν εντελώς τον χώρο που περικλείεται μεταξύ τους, όπως, για παράδειγμα, ένας κύβος.
Οι ανοιχτές απλές φόρμες δεν κλείνουν το χώρο και δεν μπορούν να υπάρχουν ανεξάρτητα, αλλά μόνο σε συνδυασμούς. Για παράδειγμα, πρίσμα + πινακοειδές.
|
|
|
Εικ.6. Απλές μορφές της χαμηλότερης κατηγορίας: μονόεδρο (1), πινακοειδές (2), δίεδρο (3). |
Μονόεδρο (από το ελληνικό "μονό" - ένα, "έδρα" - πρόσωπο) - μια απλή μορφή, που αντιπροσωπεύεται από ένα μόνο πρόσωπο. Ένα μονόεδρο είναι, για παράδειγμα, η βάση μιας πυραμίδας.
Πινακοειδές (από το ελληνικό "pinax" - πίνακας) - ένα απλό σχήμα που αποτελείται από δύο ίσες παράλληλες όψεις, συχνά με αντίστροφο προσανατολισμό.
Δίεδρο (από το ελληνικό «δι» - δύο, «έδρον» - πρόσωπο) - απλό σχήμα που σχηματίζεται από δύο ίσες τεμνόμενες (ενίοτε στη συνέχειά του) όψεις, σχηματίζοντας μια «ευθεία στέγη».
• Ρομβικό πρίσμα - μια απλή μορφή που αποτελείται από τέσσερις ίσες, κατά ζεύγη παράλληλες όψεις που σχηματίζουν ρόμβο σε διατομή.
• Ρομβική πυραμίδα - ένα απλό σχήμα αποτελείται από τέσσερις ίσες τεμνόμενες όψεις. σε διατομή είναι επίσης ένας ρόμβος. Από τις κλειστές απλές μορφές των κατώτερων συγγονιών σημειώνουμε τα εξής:
Ρομβική διπυραμίδα δύο ρομβικές πυραμίδες διπλωμένες στις βάσεις. Το σχήμα έχει οκτώ ίσες όψεις, δίνοντας ρόμβο σε διατομή.
Ρομβικό τετράεδρο - απλό σχήμα, οι τέσσερις όψεις του οποίου έχουν τη μορφή λοξών τριγώνων και κλείνουν το διάστημα.
Οι ανοιχτές απλές μορφές συγγονιών της μεσαίας κατηγορίας θα είναι πρίσματα και πυραμίδες. Τριγωνικό πρίσμα (από το ελληνικό "gon" - γωνία) - τρεις ίσες όψεις που τέμνονται κατά μήκος παράλληλων άκρων και σχηματίζουν ένα ισόπλευρο τρίγωνο σε διατομή.
Τετράγωνο πρίσμα (από το ελληνικό "tetra" - τέσσερα) - τέσσερις ίσες κατά ζεύγη παράλληλες όψεις που σχηματίζουν ένα τετράγωνο σε διατομή.
Εξαγωνικό πρίσμα (από το ελληνικό "hexa" - έξι) - έξι ίσες όψεις που τέμνονται κατά μήκος παράλληλων ακμών και σχηματίζουν ένα κανονικό εξάγωνο σε διατομή.
Τα ονόματα δίτριγωνο, διτράγωνο και διεξάγωνο δόθηκαν σε πρίσματα με διπλό αριθμό όψεων, όταν όλες οι όψεις είναι ίσες και οι ίδιες γωνίες μεταξύ των όψεων εναλλάσσονται μέσω μίας.
Πυραμίδες - απλές μορφές κρυστάλλων της μεσαίας κατηγορίας μπορεί να είναι, όπως τα πρίσματα, τριγωνικά (και δίτριγωνα), τετραγωνικά (και δίτριγωνα), εξαγωνικά (και διεξάγωνα). Σχηματίζουν κανονικά πολύγωνα σε διατομή. Οι όψεις των πυραμίδων βρίσκονται σε λοξή γωνία ως προς τον άξονα συμμετρίας της υψηλότερης τάξης.
Σε κρύσταλλα της μεσαίας κατηγορίας υπάρχουν και κλειστές απλές φόρμες. Υπάρχουν πολλές τέτοιες μορφές:
Διπυραμίδες - απλά σχήματα που σχηματίζονται από δύο ίσες πυραμίδες, διπλωμένες βάσεις. Σε τέτοιες μορφές, η πυραμίδα διπλασιάζεται με ένα οριζόντιο επίπεδο συμμετρίας κάθετο στον κύριο άξονα συμμετρίας υψηλότερης τάξης (Εικ. 8). Οι διπυραμίδες, όπως οι απλές πυραμίδες, ανάλογα με τη σειρά του άξονα, μπορούν να έχουν διάφορες μορφέςενότητες. Μπορούν να είναι τριγωνικά, δίτριγωνα, τετραγωνικά, διτετραγωνικά, εξαγωνικά και διεξάγωνα.
• Ρομβοέδρο - ένα απλό σχήμα που αποτελείται από έξι όψεις σε σχήμα ρόμβου και μοιάζει με επιμήκη ή διαγώνια πεπλατυσμένο κύβο. Είναι δυνατό μόνο σε τριγωνική συνγονία. Άνω και κάτω ομάδαοι όψεις περιστρέφονται μεταξύ τους κατά γωνία 60° έτσι ώστε οι κάτω όψεις να βρίσκονται συμμετρικά μεταξύ των άνω.
5. Ιωνικός και μεταλλικός δεσμός. Δεσμός υδρογόνου. Σθένος
5.4. Τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων
Οι ουσίες σε στερεά κατάσταση μπορούν να έχουν άμορφη και κρυσταλλική δομή. ΣΕ άμορφες ουσίεςτσεκούρι (γυαλί, πολυμερή) η διάταξη των σωματιδίων είναι διαταραγμένη και σε κρυσταλλική δομικές μονάδες(άτομα, μόρια ή ιόντα) διατάσσονται με αυστηρή σειρά.
Κάτω από κρυσταλλικού πλέγματοςαναφέρεται στο πλαίσιο που σχηματίζεται εάν οι δομικές μονάδες του κρυστάλλου συνδέονται με νοητές ευθείες γραμμές. Τα σημεία τομής αυτών των ευθειών ονομάζονται κόμβοι πλέγματος. Ανάλογα με τη φύση των σωματιδίων που βρίσκονται στους κόμβους του κρυσταλλικού πλέγματος, καθώς και με τον τύπο του χημικού δεσμού μεταξύ τους, διακρίνονται τέσσερις κύριοι τύποι (τύποι) κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ατομικά, μοριακά, ιοντικά και μεταλλικά.
Οι ουσίες με ατομικά, ιοντικά και μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν μη μοριακή δομή
σε κόμπους ατομικό κρυσταλλικό πλέγματα άτομα είναι ίδια ή διαφορετικά χημικά στοιχεία(κατά κανόνα, μη μέταλλα), διασυνδεδεμένα με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς (βλ. Εικ. 16.1 στη σελ. 347). Ουσίες με ατομικό πλέγμαπου ονομάζονται ατομικοί ή ομοιοπολικοί κρύσταλλοι.
Ας θυμηθούμε ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα: βόριο, πυρίτιο, διαμάντι, γραφίτης, μαύρος και κόκκινος φώσφορος, καρβορούνδιο SiC, οξείδιο του πυριτίου (IV) SiO 2.
Λόγω της υψηλής ενέργειας των ομοιοπολικών δεσμών, οι ουσίες ατομικής δομής έχουν πολύ υψηλό σημείο τήξης, υψηλή σκληρότητα και αντοχή, χαμηλή διαλυτότητα. κατά κανόνα, είναι διηλεκτρικά ή ημιαγωγοί (πυρίτιο, γερμάνιο). Η πιο σκληρή φυσική ουσία είναι το διαμάντι (σημείο τήξης 3500 °C), η πιο πυρίμαχη είναι ο γραφίτης (3700 °C). το καρβορούνδιο SiC (2700 °C) και το πυρίτιο SiO 2 (1610 °C) έχουν υψηλό σημείο τήξης.
σε κόμπους μοριακούς κρυστάλλους(ουσίες με μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα, μοριακή δομή) είναι μόρια (Εικ. 5.7, α). Τα μόρια διασυνδέονται με ασθενείς διαμοριακές δυνάμεις (μην συγχέετε: οι δεσμοί στα μόρια είναι ομοιοπολικοί, δηλαδή ισχυροί), που απαιτούν σχετικά λίγη ενέργεια για να σπάσουν. Επομένως, οι μοριακές ουσίες έχουν χαμηλή αντοχή, χαμηλή σκληρότητα, σημαντική συμπιεστότητα, χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού. Χαρακτηρίζονται από αστάθεια, πολλά έχουν μια μυρωδιά, μερικά θαυμάσια. Οι μοριακοί κρύσταλλοι δεν αγώγουν ηλεκτρισμό και μπορούν να είναι διαλυτοί σε πολικούς και μη πολικούς διαλύτες.
Οι περισσότερες ουσίες με ομοιοπολικό ή μη πολικό δεσμό έχουν μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα, με εξαίρεση τις ουσίες της ατομικής δομής που αναφέρονται παραπάνω. Η μοριακή δομή είναι πιο χαρακτηριστική των οργανικών ουσιών. Παραδείγματα ουσιών μοριακής δομής: ευγενή αέρια (για αυτά, οι έννοιες του ατόμου και του μορίου είναι πανομοιότυπες, μπορούμε να πούμε ότι τα ευγενή αέρια αποτελούνται από μονατομικά μόρια), αλογόνα (σε στερεή κατάσταση), λευκό φώσφορο P 4, ρομβικό και μονοκλινικό θείο S 8, στερεό οξυγόνο, όζον, άζωτο, νερό, υδραλογονίδια, αλκάνια, βενζόλιο.
Ρύζι. 5.7. Η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος διοξείδιο του άνθρακα(CO 2) σε στερεή κατάσταση (α) και χλωριούχο νάτριο (β)
Όλες οι ουσίες με μορφή ιοντικού δεσμού δικτυώματα ιοντικών κρυστάλλων, έχουν ιοντική δομή. Αυτά είναι άλατα, βασικά και αμφοτερικά οξείδια, βάσεις, δυαδικές ενώσεις μετάλλων με αμέταλλα (υδρίδια, νιτρίδια κ.λπ.). Στους κόμβους των ιοντικών κρυστάλλων υπάρχουν αντίθετα φορτισμένα απλά ή σύνθετα κατιόντα και ανιόντα, που συνδέονται μεταξύ τους με έναν ισχυρό ιοντικό δεσμό (Εικ. 5.7, β) Λόγω της ισχύος του ιοντικού δεσμού, οι ιονικοί κρύσταλλοι είναι πολύ σκληροί, μη πτητικές και άοσμα, χαρακτηρίζονται από υψηλά σημεία βρασμού και τήξης. Σε θερμοκρασία δωματίου, οι ιοντικές ουσίες είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος και της θερμότητας, πολλές είναι εξαιρετικά διαλυτές σε πολικούς διαλύτες. υδατικά διαλύματακαι λιώνει τη συμπεριφορά ηλεκτρικό ρεύμα(ηλεκτρολύτες). Για τις ιοντικές ουσίες, η ασθενής παραμόρφωση και η ευθραυστότητα είναι χαρακτηριστικές, καθώς όταν τα ιόντα μετατοπίζονται μεταξύ τους, προκύπτουν απωστικές δυνάμεις μεταξύ ιόντων παρόμοιας φόρτισης.
Ουσίες με μορφή μεταλλικού δεσμού μεταλλικά κρυσταλλικά πλέγματα(μεταλλικοί κρύσταλλοι), στους οποίους (βλ. Εικ. 5.1) η σύνδεση παρέχεται από ελεύθερα ηλεκτρόνια (αέριο ηλεκτρονίων).
Γι 'αυτό το λόγο απλές ουσίεςΤα μέταλλα (και τα κράματά τους) έχουν χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη, πολύ υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, είναι αδιαφανή, ελατά και όλκιμα. Τα μέταλλα έχουν ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών τήξης (για παράδειγμα, υπό κανονικές συνθήκες, ο υδράργυρος βρίσκεται σε υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης), σκληρότητα (μαλακός μόλυβδος και πολύ σκληρό χρώμιο), που οφείλεται σε ορισμένες διαφορές στη φύση του μεταλλικού δεσμού του διαφορετικά μέταλλα. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η θερμοκρασία τήξης των μετάλλων μπορεί να χρησιμεύσει ως μέτρο της αντοχής ενός μεταλλικού δεσμού: όσο υψηλότερο είναι το t pl, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του μεταλλικού δεσμού. Το σημείο τήξης των μετάλλων αυξάνεται στη σειρά:
υδράργυρος → αλκαλιμέταλλα→ μέταλλα αλκαλικών γαιών →
→ μέταλλα της οικογένειας d → βολφράμιο.
Παράδειγμα 5.4. Μεταξύ των ενώσεων χλωρίου με στοιχεία της 3ης περιόδου, το χαμηλότερο σημείο τήξης έχει:
Λύση. Η επιθυμητή ουσία είναι το SCl 2, αφού έχει μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα (όλες οι άλλες ουσίες είναι ιοντικές).
Όπως ήδη γνωρίζουμε, η ύλη μπορεί να υπάρχει σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: αεριώδης, στερεόςΚαι υγρό. Το οξυγόνο, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες βρίσκεται μέσα αέρια κατάσταση, σε θερμοκρασία -194 ° C μετατρέπεται σε γαλαζωπό υγρό και σε θερμοκρασία -218,8 ° C μετατρέπεται σε μια μάζα σαν χιόνι με μπλε κρυστάλλους.
Το διάστημα θερμοκρασίας για την ύπαρξη μιας ουσίας σε στερεά κατάσταση καθορίζεται από τα σημεία βρασμού και τήξης. Τα στερεά είναι κρυστάλλινοςΚαι άμορφος.
Στο άμορφες ουσίεςδεν υπάρχει σταθερό σημείο τήξης - όταν θερμαίνονται, σταδιακά μαλακώνουν και γίνονται ρευστά. Σε αυτή την κατάσταση, για παράδειγμα, υπάρχουν διάφορες ρητίνες, πλαστελίνη.
Κρυσταλλικές ουσίεςδιαφέρουν ως προς 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.
Στους κόμβους του πλέγματος που φανταζόμαστε, μπορεί να υπάρχουν ιόντα, άτομα και μόρια. Αυτά τα σωματίδια κάνουν ταλαντευτικές κινήσεις. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και το εύρος αυτών των διακυμάνσεων, 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 σύνδεσης μεταξύ τους, διακρίνονται τέσσερις τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων: ιωνικός, ατομικός, μοριακόςΚαι μέταλλο.
ιωνικόςονομάζονται τέτοια κρυσταλλικά πλέγματα, στους κόμβους των οποίων βρίσκονται ιόντα. Σχηματίζονται από ουσίες με ιοντικό δεσμό, ο οποίος μπορεί να συσχετιστεί τόσο με απλά ιόντα Na +, Cl- και με σύμπλοκα SO24-, OH-. Έτσι, τα ιοντικά κρυσταλλικά πλέγματα έχουν άλατα, μερικά οξείδια και υδροξύλια μετάλλων, δηλ. εκείνες τις ουσίες στις οποίες υπάρχει ιοντικός χημικός δεσμός. Ας εξετάσουμε έναν κρύσταλλο χλωριούχου νατρίου, αποτελείται από θετικά εναλλασσόμενα ιόντα Na+ και αρνητικά CL-, μαζί σχηματίζουν ένα πλέγμα σε μορφή 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.
πυρηνικόςκρυσταλλικά πλέγματα ονομάζονται τέτοια κρυσταλλικά πλέγματα, στους κόμβους των οποίων υπάρχουν μεμονωμένα άτομα. Σε τέτοια πλέγματα, τα άτομα αλληλοσυνδέονται 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, αυτά που περιέχουν οξείδιο του πυριτίου (IV) - SiO 2: πυρίτιο, χαλαζίας, άμμος, πετρ κρύσταλλο.
Η συντριπτική πλειοψηφία των ουσιών με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα έχει πολύ υψηλά σημεία τήξης (για το διαμάντι υπερβαίνει τους 3500 ° C), τέτοιες ουσίες είναι ισχυρές και σκληρές, πρακτικά αδιάλυτες.
Μοριακόςονομάζονται τέτοια κρυσταλλικά πλέγματα, στους κόμβους των οποίων βρίσκονται τα μόρια. Οι χημικοί δεσμοί σε αυτά τα μόρια μπορεί επίσης να είναι είτε πολικοί (HCl, H 2 0) είτε 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 είναι 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 ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣέχουν μοριακά κρυσταλλικά πλέγματα (ναφθαλίνη, γλυκόζη, ζάχαρη).
blog.site, με πλήρη ή μερική αντιγραφή του υλικού, απαιτείται σύνδεσμος προς την πηγή.
Η χημεία είναι μια καταπληκτική επιστήμη. Τόσα πολλά απίστευτα μπορούν να βρεθούν σε φαινομενικά συνηθισμένα πράγματα.
Κάθε υλικό που μας περιβάλλει παντού υπάρχει σε διάφορες καταστάσεις συσσωμάτωσης: αέρια, υγρά και στερεά σώματα. Οι επιστήμονες έχουν επίσης απομονώσει το 4ο - πλάσμα. Σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, μια ουσία μπορεί να αλλάξει από τη μια κατάσταση στην άλλη. Για παράδειγμα, νερό: όταν θερμαίνεται πάνω από 100, από υγρή μορφή, μετατρέπεται σε ατμό. Σε θερμοκρασίες κάτω του 0, περνά στην επόμενη δομή αδρανών - πάγο.
Ολόκληρος ο υλικός κόσμος έχει στη σύνθεσή του μια μάζα πανομοιότυπων σωματιδίων που συνδέονται μεταξύ τους. Αυτά τα μικρότερα στοιχεία είναι αυστηρά διατεταγμένα στο χώρο και σχηματίζουν το λεγόμενο χωρικό πλαίσιο.
Ορισμός
Ένα κρυσταλλικό πλέγμα είναι μια ειδική δομή μιας στερεής ουσίας, στην οποία τα σωματίδια βρίσκονται σε μια γεωμετρικά αυστηρή σειρά στο χώρο. Είναι δυνατό να ανιχνευθούν κόμβοι σε αυτό - μέρη όπου βρίσκονται στοιχεία: άτομα, ιόντα και μόρια και μεσοκομβικός χώρος.
Στερεά, ανάλογα με το εύρος των υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών, είναι κρυσταλλικά ή άμορφα - χαρακτηρίζονται από την απουσία συγκεκριμένου σημείου τήξης. Όταν εκτίθεται υψηλές θερμοκρασίεςμαλακώνουν και σταδιακά μετατρέπονται σε υγρή μορφή. Τέτοιες ουσίες περιλαμβάνουν: ρητίνη, πλαστελίνη.
Από αυτή την άποψη, μπορεί να χωριστεί σε διάφορους τύπους:
- ατομικός;
- ιωνικός;
- μοριακός;
- μέταλλο.
Αλλά σε διαφορετικές θερμοκρασίες, μια ουσία μπορεί να έχει διαφορετικές μορφές και να παρουσιάζει διαφορετικές ιδιότητες. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αλλοτροπική τροποποίηση.
Ατομικός τύπος
Σε αυτόν τον τύπο, άτομα μιας ή άλλης ουσίας βρίσκονται στους κόμβους, οι οποίοι συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Αυτός ο τύπος δεσμού σχηματίζεται από ένα ζεύγος ηλεκτρονίων δύο γειτονικών ατόμων. Λόγω αυτού, συνδέονται ομοιόμορφα και με αυστηρή σειρά.
Οι ουσίες με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες ιδιότητες: αντοχή και υψηλό σημείο τήξης. Αυτός ο τύπος δεσμού υπάρχει στο διαμάντι, το πυρίτιο και το βόριο..
Ιωνικού τύπου
Τα αντίθετα φορτισμένα ιόντα βρίσκονται στους κόμβους που δημιουργούν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που χαρακτηρίζει τις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας. Αυτά θα περιλαμβάνουν: ηλεκτρική αγωγιμότητα, ανθεκτικότητα, πυκνότητα και σκληρότητα. Αλαςκαι το νιτρικό κάλιο χαρακτηρίζονται από την παρουσία ενός ιοντικού κρυσταλλικού πλέγματος.
Μην χάσετε: Μηχανισμός Εκπαίδευσης, Μελέτες Περιπτώσεων.
Μοριακός τύπος
Σε θέσεις αυτού του τύπου, υπάρχουν ιόντα συνδεδεμένα μεταξύ τους με δυνάμεις van der Waals. Λόγω των ασθενών διαμοριακών δεσμών, τέτοιες ουσίες, για παράδειγμα, ο πάγος, το διοξείδιο του άνθρακα και η παραφίνη, χαρακτηρίζονται από πλαστικότητα, ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα.
μεταλλικού τύπου
Στη δομή του, μοιάζει με μοριακό, αλλά εξακολουθεί να έχει ισχυρότερους δεσμούς. Η διαφορά αυτού του τύπου είναι ότι τα θετικά φορτισμένα κατιόντα βρίσκονται στους κόμβους του. Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο διάμεσοχώρο, συμμετέχουν στην εκπαίδευση ηλεκτρικό πεδίο. Ονομάζονται επίσης ηλεκτρικό αέριο.
Τα απλά μέταλλα και κράματα χαρακτηρίζονται από μεταλλικό πλέγμα. Χαρακτηρίζονται από την παρουσία μεταλλικής στιλπνότητας, πλαστικότητας, θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Μπορούν να λιώσουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες.