Какие свойства характерны для веществ с металлической кристаллической решеткой
Взаимосвязь
типа химической связи с видом кристаллической решеткиВещества и кристаллические решетки
Твердые вещества бывают аморфные или кристаллические (чаще
всего имеют кристаллическое строение).Кристаллическое строение характеризуется
правильным расположением частиц в определенных точках пространства. При
соединении этих точек воображаемыми прямыми линиями образуется так называемая
кристаллическая решетка. Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки.В узлах кристаллической решетки могут
находиться ионы, атомы или молекулы.В зависимости от вида частиц,
расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними
различают четыре типа кристаллических решеток:
·
ионные,·
атомные,·
молекулярные и·
металлические.Ионная решетка
Эту решетку образуют все вещества с
ионным типом связи — соли, щелочи, бинарные соединения активных металлов с
активными неметаллами (оксиды, галогениды, сульфиды), алкоголяты, феноляты,
соли аммония и аминов. В узлах решетки — ионы, между которыми существует
электростатическое притяжение. Ионная связь очень прочная.Примеры:
КОН, СаСО3, СН3СООК, NH4NO3, [CH3NH3]Cl,
С2Н5ОК.Свойства ионных кристаллов:
· твердые, но хрупкие;
· отличаются высокими температурами
плавления;· нелетучи, не имеют запаха;
· расплавы ионных кристаллов обладают
электропроводностью;· многие растворимы в воде; при растворении
в воде диссоциируют на катионы и анионы, и образующиеся растворы проводят
электрический ток.Металлическая решетка
Характерна для веществ с металлической
связью. Реализуется в простых веществах — металлах и их сплавах. В узлах
решетки — атомы и катионы металла, при этом электроны металла обобществляются и
образуют так называемый электронный газ, который движется между узлами решетки,
обеспечивая ее устойчивость. Именно свободно перемещающимися электронами и
обусловлены свойства веществ с
металлической решеткой:·
тепло- и электропроводность;·
обладают металлическим блеском;·
высокие температуры плавления.Атомная решетка
В узлах решетки — атомы, связанные
ковалентными связями. Химическая связь — ковалентная полярная или неполярная.
Атомная кристаллическая решетка характерна для углерода (алмаз, графит),
бора, кремния, германия, оксида кремния SiO2(кремнезем, кварц,
речной песок), карбида кремния SiC (карборунд), нитрида бора BN.Свойства веществ с атомной решеткой:
·
высокая твердость;·
высокие температуры плавления;·
нерастворимость;·
нелетучесть;·
отсутствие запаха.Молекулярная решетка
В узлах — молекулы веществ, которые
удерживаются в решетке с помощью слабых межмолекулярных сил.Молекулярное
строение имеют:o все органические вещества (кроме солей);
o вещества — газы и жидкости;
o легкоплавкие и летучие твердые вещества, в молекулах
которых ковалентные связи (полярные и неполярные).Подобные вещества часто имеют запах.
Обобщающая таблица
Кристаллические решетки, вид связи и
свойства веществ
Тип решетки
Виды частиц в узлах решетки
Вид связи между частицами
Примеры веществ
Физические свойства веществ
Ионная
Ионы
Ионная связь — прочная
Соли, галогениды (IA,IIA), оксиды и гидроксиды щелочных и щел.-зем.
металловТвердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в
воде, расплавы проводят электрический токАтомная
Атомы
1. Ковалентная неполярная -очень прочная
2. Ковалентная полярная связь — очень прочная
Простые вещества: алмаз (C), графит (C), бор (B), кремний (Si)
Сложные вещества: оксид алюминия (Al2O3), оксид кремния
(IV) SiO2Очень твердые, очень тугоплавкие, прочные, нелетучие, нерастворимы в воде
Молекулярная
Молекулы
Между молекулами — слабые силы межмолекулярного притяжения, внутри
молекул — прочная ковалентная связьПри обычных условиях — газы, жидкости или летучие твердые вещества:
(О2,Н2,Cl2,N2,Br2,
H2O, CO2, HCl); сера, белый фосфор, йод; органические
веществаНепрочные, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, имеют небольшую
твердостьМеталлическая
Атом-ионы
Металлическая связь — разной прочности
Металлы и сплавы
Ковкие, обладают блеском, пластичностью, тепло- и электропроводны
источник информации: https://foxford.ru/wiki/himiya/vzaimosvyaz-tipa-himicheskoy-svyazi-s-vidom-kristallicheskoy-reshetki
Кристаллические решетки
Твердые вещества бывают аморфные или кристаллические (чаще всего имеют кристаллическое строение).
Кристаллическое строение характеризуется правильным расположением частиц в определенных точках пространства. При соединении этих точек воображаемыми прямыми линиями образуется так называемая кристаллическая решетка Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки.
В узлах кристаллической решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы.
В зависимости от вида частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
Ионная решетка
Эту решетку образуют все вещества с ионным типом связи — соли, щелочи, бинарные соединения активных металлов с активными неметаллами (оксиды, галогениды, сульфиды), алкоголяты, феноляты, соли аммония и аминов. Примеры: КОН, СаСО$_3$, СН$_3$СООК, NH$_4$NO$_3$, [CH$_3$NH$_3$]Cl, С$_2$Н$_5$ОК. В узлах решетки — ионы, между которыми существует электростатическое притяжение. Ионная связь очень прочная.
Свойства ионных кристаллов:
твердые, но хрупкие;
отличаются высокими температурами плавления;
нелетучи, не имеют запаха;
расплавы ионных кристаллов обладают электропроводностью;
многие растворимы в воде. При растворении в воде диссоциируют на катионы и анионы, и образующиеся растворы проводят электрический ток.
Атомная решетка
В узлах решетки — атомы, связанные ковалентными связями. Химическая связь — ковалентная полярная или неполярная. Атомная кристаллическая решетка характерна для углерода (алмаз, графит — рисунок), бора, кремния, германия, оксида кремния SiO$_2$ (кремнезем, кварц, речной песок), карбида кремния SiC (карборунд), нитрида бора BN. Свойства: высокая твердость, высокие температуры плавления, нерастворимость, нелетучесть, отсутствие запаха.
Свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:
высокая твердость;
высокие температуры плавления;
нерастворимость;
нелетучесть;
отсутствие запаха.
Металлическая решетка
Реализуется в простых веществах — металлах и их сплавах. В узлах решетки — атомы и катионы металла, при этом электроны металла обобществляются и образуют так называемый электронный газ, который движется между узлами решетки, обеспечивая ее устойчивость.
Молекулярные решетки
В узлах — молекулы веществ, которые удерживаются в узлах решетки с помощью слабых межмолекулярных сил.
Молекулярное строение имеют:
все органические вещества (кроме солей);
вещества — газы и жидкости;
легкоплавкие и летучие твердые вещества, в молекулах которых ковалентные связи (полярные и неполярные).
Подобные вещества часто имеют запах.
Обобщающая таблица
Кристаллические решетки, вид связи и свойства веществ
| Тип решетки | Виды частиц в узлах решетки | Вид связи между частицами | Примеры веществ | Физические свойства веществ |
| Ионная | Ионы | Ионная — связь прочная | Соли, галогениды (IA, IIA), оксиды и гидроксиды щелочных и щел.-зем. металлов | Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, расплавы проводят электрический ток |
| Атомная | Атомы | 1. Ковалентная неполярная — очень прочная 2. Ковалентная полярная связь — очень прочная. Простые вещества: алмаз (C), графит (C), бор (B), кремний (Si) | Сложные вещества:оксид алюминия (Al$_2$O$_3$), оксид кремния (IV) SiO$_2$ | Очень твердые, очень тугоплавкие, прочные, нелетучие, нерастворимы в воде |
| Молекулярная | Молекулы | Между молекулами слабые силы межмолекулярного притяжения, внутри молекул прочная ковалентная связь | При обычных условиях – газы, жидкости или летучие твердые вещества (О$_2$, Н$_2$, Cl$_2$, N$_2$, Br$_2$, H$_2$O, CO$_2$, HCl); сера, белый фосфор, иод; органические вещества | Непрочные, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, имеют небольшую твердость |
| Металлическая | Атом-ионы | Металлическая разной прочности | Металлы и сплавы | Ковкие, обладают блеском, пластичностью, тепло- и электропроводны |
Кристаллической решеткой называют пространственное расположение атомов или ионов в кристалле. Точки
кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.
Кристаллические решетки подразделяют на молекулярные, атомные, ионные и металлические.
Очень важно не перепутать вид химической связи и кристаллической решетки. Помните, что кристаллические решетки отражают
пространственное расположение атомов.
Молекулярная кристаллическая решетка
В узлах молекулярной решетки расположены молекулы. При обычных условиях молекулярную решетку имеют большинство газов и жидкостей.
Связи чаще всего ковалентные полярные или неполярные.
Классическим примером вещества с молекулярной решеткой является вода, так что ассоциируйте свойства этих веществ с водой. Вещества с
молекулярной решеткой непрочные, имеют небольшую твердость, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, для них характерны небольшие
температуры кипения.
Примеры: NH3, H2O, Cl2, CO2, N2, Br2, H2, I2.
Особо хочется отметить красный и белый фосфор, ромбическую, пластическую и моноклинную серу, фуллерен. Эти аллотропные модификации мы
подробно изучили в статье, посвященной классификации веществ.
Ионная кристаллическая решетка
В узлах ионной решетки находятся атомы, связанные ионной связью. Этот тип решетки характерен для веществ, обладающих ионной связь: соли,
оксиды и гидроксиды металлов.
Ассоциируйте этот ряд веществ с поваренной солью — NaCl. Веществе с ионной решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения, легко
растворимы в воде, хрупкие, твердые, их растворы и расплавы проводят электрический ток.
Примеры: NaCl, MgCl2, NH4Br, KNO3, Li2O, Na3PO4.
Металлическая кристаллическая решетка
В узлах металлической решетки находятся атомы металла. Этот тип решетки характерен для веществ, образованных металлической связью.
Ассоциируйте свойства этих веществ с медью. Они обладают характерным металлическим блеском, ковкие и пластичные, хорошо проводят
электрический ток и тепло, имеют высокие температуры плавления и кипения.
Примеры: Cu, Fe, Zn, Al, Cr, Mn.
Атомная кристаллическая решетка
В узлах атомной решетки находятся атомы, связанные ковалентной полярной или неполярной связью.
Ассоциируйте эти вещества с песком. Они очень твердые, очень тугоплавкие (высокая температура плавления), нелетучие, прочные,
нерастворимы в воде.
Примеры: SiO2, B, Ge, SiC, Al2O3. Особенно хочется выделить: алмаз и графит (C), черный фосфор (P).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.
Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой.
Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.
В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную, металлическую, атомную и молекулярную.
Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.
Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.
Ионные кристаллические решётки имеют соли, щёлочи, оксиды активных металлов.
Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na+ и хлора Cl−, а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия K+ и сложные сульфат-ионы SO42−.
Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие. Такие вещества хорошо растворяются в воде.
Кристаллическая решётка хлорида натрия
Кристалл хлорида натрия
Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.
Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).
Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов.
Температуры плавления металлов могут быть разными (от (–37) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск, ковкость, пластичность, хорошо проводят электрический ток и тепло.
Металлическая кристаллическая решётка
Металлические изделия
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.
Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния((IV)) SiO2.
Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.
У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — (1728) °С, а у графита она выше — (4000) °С.
Атомные кристаллы практически нерастворимы.
Кристаллическая решётка алмаза
Алмаз
Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.
Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.
Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.
Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода((IV)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.
Некоторые молекулярные вещества имеют запах.
Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (H2,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).
Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).
Кристаллическая решётка углекислого газа
«Сухой лёд»
Кристаллики иода
Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.
Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.
У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки. Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные. Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.
Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления NaF, HF и F2 составляют соответственно (995) °С, (–83) °С, (–220) °С.
Источники:
Габриелян О. С. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013. — 133 с.
Определение кристаллической решетки
Как мы знаем, все материальные вещества могут пребывать в трех базовых состояниях: жидком, твердом, и газообразном. Правда есть еще состояние плазмы, которое ученые считают ни много ни мало четвертым состоянием вещества, но наша статья не о плазме. Твердое состояние вещества потому твердое, так как имеет особую кристаллическую структуру, частицы которой находятся в определенном и четко заданном порядке, создавая, таким образом, кристаллическую решетку. Строение кристаллической решетки состоит из повторяющихся одинаковых элементарных ячеек: атомов, молекул, ионов, других элементарных частиц, связанных между собой различными узлами.
Виды кристаллических решеток
В зависимости от частиц кристаллической решетки существует четырнадцать типов оной, приведем наиболее популярные из них:
- Ионная кристаллическая решетка.
- Атомная кристаллическая решетка.
- Молекулярная кристаллическая решетка.
- Металлическая кристаллическая решетка.
Далее более подробно опишем все типы кристаллической решетки.
Ионная кристаллическая решетка
Главной особенностью строения кристаллической решетки ионов являются противоположные электрические заряды, собственно, ионов, вследствие чего образуется электромагнитное поле, определяющее свойства веществ, имеющих ионную кристаллическую решетку. А это тугоплавкость, твердость, плотность и возможность проводить электрический ток. Характерным примером ионной кристаллической решетки может быть поваренная соль.
Атомная кристаллическая решетка
Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, имеют в своих узлах, состоящих собственно из атомов сильные ковалентные связи. Ковалентная связь происходит, когда два одинаковых атома делятся друг с другом по-братски электронами, образуя, таким образом, общую пару электронов для соседних атомов. Из-за этого ковалентные связи сильно и равномерно связывают атомы в строгом порядке – пожалуй, это самая характерная черта строения атомной кристаллической решетки. Химические элементы с подобными связями могут похвастаться своей твердостью, высокой температурой плавления. Атомную кристаллическую решетку имеют такие химические элементы как алмаз, кремний, германий, бор.
Молекулярная кристаллическая решетка
Молекулярный тип кристаллической решетки характеризуется наличием устойчивых и плотноупакованных молекул. Они располагаются в узлах кристаллической решетки. В этих узлах они удерживаются такими себе вандервальсовыми силами, которые в десять раз слабее сил ионного взаимодействия. Ярким примером молекулярной кристаллической решетки является лед – твердое вещество, имеющее однако свойство переходить в жидкое – связи между молекулами кристаллической решетки совсем слабенькие.
Металлическая кристаллическая решетка
Тип связи металлической кристаллической решетки гибче и пластичнее ионной, хотя внешне они весьма похожи. Отличительной особенностью ее является наличие положительно заряженных катионов (ионов метала) в узлах решетки. Между узлами живут электроны, участвующие в создании электрического поля, эти электроны еще называются электрическим газом. Наличие такой структуры металлической кристаллической решетки объясняет ее свойства: механическую прочность, тепло и электропроводность, плавкость.
Кристаллические решетки, видео
И в завершение подробное видео пояснения о свойствах кристаллических решеток.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Эта статья доступна на английском – Crystal Lattice in Chemistry.