Smelter af stoffer med et ionisk krystalgitter. Metal krystal gitter

Tilbage frem

Opmærksomhed! Forhåndsvisninger af dias er kun til informationsformål og repræsenterer muligvis ikke alle funktionerne i præsentationen. Hvis du er interesseret i dette arbejde, bedes du downloade den fulde version.

Lektionstype: Kombineret.

Lektionens hovedmål: At give eleverne specifikke ideer om amorfe og krystallinske stoffer, typer af krystalgitter, at etablere sammenhængen mellem stoffers struktur og egenskaber.

Lektionens mål.

Pædagogisk: at danne begreber om den krystallinske og amorfe tilstand af faste stoffer, at gøre eleverne fortrolige med forskellige typer krystalgitre, at fastslå afhængigheden af en krystals fysiske egenskaber af arten af den kemiske binding i krystallen og typen af krystal gitter, for at give eleverne grundlæggende ideer om indflydelsen af arten af kemiske bindinger og typer af krystalgitre på stoffets egenskaber, give eleverne en idé om loven om sammensætningens konstanthed.

Uddannelse: fortsæt med at danne elevernes verdensbillede, overvej den gensidige indflydelse af komponenterne i hele strukturelle partikler af stoffer, som et resultat af hvilke nye egenskaber opstår, udvikle evnen til at organisere deres pædagogiske arbejde og overholde reglerne for at arbejde i et hold.

Udviklingsmæssigt: udvikle skolebørns kognitive interesse ved at bruge problemsituationer; forbedre elevernes evner til at fastslå årsag og virkning afhængighed af stoffers fysiske egenskaber af kemiske bindinger og typen af krystalgitter, at forudsige typen af krystalgitter baseret på stoffets fysiske egenskaber.

Udstyr: Periodisk system af D.I. Mendeleev, samling "Metaller", ikke-metaller: svovl, grafit, rødt fosfor, oxygen; Præsentation "Krystalgitter", modeller af krystalgitre af forskellige typer (bordsalt, diamant og grafit, kuldioxid og jod, metaller), prøver af plast og produkter fremstillet heraf, glas, plasticine, harpiks, voks, tyggegummi, chokolade , computer, multimedieinstallation, videoeksperiment "Sublimering af benzoesyre".

Under timerne

1. Organisatorisk øjeblik.

Læreren byder elever velkommen og registrerer dem, der er fraværende.

Derefter fortæller han lektionens emne og formålet med lektionen. Eleverne skriver lektionens emne ned i deres notesbog. (Slide 1, 2).

2. Kontrol af lektier

(2 elever ved tavlen: Bestem typen af kemisk binding for stoffer med formlerne:

1) NaCl, C02, I2; 2) Na, NaOH, H 2 S (skriv svaret på tavlen og tag det med i undersøgelsen).

3. Analyse af situationen.

Lærer: Hvad studerer kemi? Svar: Kemi er videnskaben om stoffer, deres egenskaber og omdannelser af stoffer.

Lærer: Hvad er et stof? Svar: Materie er, hvad den fysiske krop er lavet af. (Slide 3).

Lærer: Hvilke tilstande af stof kender du?

Svar: Der er tre aggregeringstilstande: fast, flydende og gasformig. (Slide 4).

Lærer: Giv eksempler på stoffer, der kan eksistere i alle tre aggregeringstilstande ved forskellige temperaturer.

Svar: Vand. Under normale forhold er vand i flydende tilstand, når temperaturen falder til under 0 0 C, bliver vand til en fast tilstand - is, og når temperaturen stiger til 100 0 C får vi vanddamp (gasform).

Lærer (tillæg): Ethvert stof kan fås i fast, flydende og gasform. Ud over vand er det metaller, der under normale forhold er i fast tilstand, når de opvarmes, begynder de at blive bløde, og ved en bestemt temperatur (t pl) bliver de til en flydende tilstand - de smelter. Ved yderligere opvarmning, til kogepunktet, begynder metallerne at fordampe, dvs. gå i gasform. Enhver gas kan omdannes til en flydende og fast tilstand ved at sænke temperaturen: for eksempel oxygen, som ved en temperatur (-194 0 C) bliver til en blå væske, og ved en temperatur (-218,8 0 C) størkner til en snelignende masse bestående af blå krystaller. I dag i klassen vil vi se på stoffets faste tilstand.

Lærer: Nævn hvilke faste stoffer der er på dine borde.

Svar: Metaller, plasticine, bordsalt: NaCl, grafit.

Lærer: Hvad synes du? Hvilket af disse stoffer er overskydende?

Svar: Plasticine.

Lærer: Hvorfor?

Der laves forudsætninger. Hvis eleverne synes, det er svært, så kommer de med hjælp fra læreren til den konklusion, at plasticin i modsætning til metaller og natriumchlorid ikke har et vist smeltepunkt - det (plasticin) blødgøres gradvist og bliver til en flydende tilstand. Det er for eksempel chokolade, der smelter i munden, eller tyggegummi, samt glas, plastik, harpiks, voks (når læreren forklarer, viser klassen prøver af disse stoffer). Sådanne stoffer kaldes amorfe. (slide 5), og metaller og natriumchlorid er krystallinske. (Slide 6).

Der skelnes således mellem to typer faste stoffer : amorf og krystallinsk. (slide 7).

1) Amorfe stoffer har ikke et specifikt smeltepunkt, og arrangementet af partikler i dem er ikke strengt bestilt.

Krystallinske stoffer har et strengt defineret smeltepunkt og, vigtigst af alt, er kendetegnet ved det korrekte arrangement af partiklerne, hvorfra de er bygget: atomer, molekyler og ioner. Disse partikler er placeret på strengt definerede punkter i rummet, og hvis disse noder er forbundet med lige linjer, dannes en rumlig ramme - krystalcelle.

Spørger læreren problematiske spørgsmål

Hvordan forklarer man eksistensen af faste stoffer med så forskellige egenskaber?

2) Hvorfor spaltes krystallinske stoffer i bestemte planer ved stød, mens amorfe stoffer ikke har denne egenskab?

Lyt til elevernes svar og led dem til konklusion:

Egenskaberne for stoffer i fast tilstand afhænger af typen af krystalgitter (primært af hvilke partikler der er i dets noder), som igen bestemmes af typen af kemisk binding i et givet stof.

Tjek hjemmearbejde:

1) NaCl – ionbinding,

CO 2 - kovalent polær binding

I 2 - kovalent upolær binding

2) Na – metalbinding

NaOH - ionbinding mellem Na + ion - (O og H kovalent)

H2S - kovalent polær

Frontal undersøgelse.

Hvilken binding kaldes ionisk?
Hvilken slags binding kaldes kovalent?
Hvilken binding kaldes en polær kovalent binding? ikke-polær?
Hvad kaldes elektronegativitet?

Konklusion: Der er en logisk rækkefølge, forholdet mellem fænomener i naturen: Atomets struktur -> EO -> Typer af kemiske bindinger -> Type af krystalgitter -> Stoffers egenskaber . (slide 10).

Lærer: Afhængigt af typen af partikler og arten af forbindelsen mellem dem, skelner de fire typer krystalgitre: ioniske, molekylære, atomare og metalliske. (Slide 11).

Resultaterne er præsenteret i følgende tabel - en prøvetabel ved elevernes skriveborde. (se bilag 1). (Slide 12).

Ioniske krystalgitre

Lærer: Hvad synes du? For stoffer med hvilken type kemisk binding vil denne type gitter være karakteristisk?

Svar: Stoffer med ioniske kemiske bindinger vil være karakteriseret ved et iongitter.

Lærer: Hvilke partikler vil være ved gitterknuderne?

Svar: Jonas.

Lærer: Hvilke partikler kaldes ioner?

Svar: Ioner er partikler, der har en positiv eller negativ ladning.

Lærer: Hvad er sammensætningen af ioner?

Svar: Enkelt og komplekst.

Demonstration - model af natriumchlorid (NaCl) krystalgitter.

Lærerens forklaring: Ved noderne af natriumchloridkrystalgitteret er der natrium- og klorioner.

I NaCl-krystaller er der ingen individuelle natriumchloridmolekyler. Hele krystallen skal betragtes som et kæmpe makromolekyle bestående af lige mange Na + og Cl - ioner, Na n Cl n, hvor n er et stort tal.

Bindingerne mellem ioner i sådan en krystal er meget stærke. Derfor har stoffer med et iongitter en relativt høj hårdhed. De er ildfaste, ikke-flygtige og skrøbelige. Deres smelter leder elektrisk strøm (hvorfor?) og opløses let i vand.

Ioniske forbindelser er binære forbindelser af metaller (IA og II A), salte og alkalier.

Atomiske krystalgitre

Demonstration af krystalgitre af diamant og grafit.

Eleverne har grafitprøver på bordet.

Lærer: Hvilke partikler vil være placeret ved knudepunkterne i atomkrystalgitteret?

Svar: Ved knudepunkterne i det atomare krystalgitter er der individuelle atomer.

Lærer: Hvilken kemisk binding vil opstå mellem atomer?

Svar: Kovalent kemisk binding.

Lærerens forklaringer.

Faktisk er der på stederne af atomiske krystalgitre individuelle atomer forbundet med hinanden ved kovalente bindinger. Da atomer ligesom ioner kan arrangeres forskelligt i rummet, dannes der krystaller af forskellige former.

Atomisk krystalgitter af diamant

Der er ingen molekyler i disse gitter. Hele krystallen skal betragtes som et kæmpe molekyle. Et eksempel på stoffer med denne type krystalgitre er allotropiske modifikationer af kulstof: diamant, grafit; samt bor, silicium, rødt fosfor, germanium. Spørgsmål: Hvad er disse stoffer i sammensætningen? Svar: Enkel i sammensætningen.

Atomiske krystalgitre har ikke kun simple, men også komplekse. For eksempel aluminiumoxid, siliciumoxid. Alle disse stoffer har meget høje smeltepunkter (diamant har over 3500 0 C), er stærke og hårde, ikke-flygtige og praktisk talt uopløselige i væsker.

Metal krystal gitter

Lærer: Gutter, I har en samling metaller på jeres borde, lad os se på disse prøver.

Spørgsmål: Hvilken kemisk binding er karakteristisk for metaller?

Svar: Metal. Binding i metaller mellem positive ioner gennem delte elektroner.

Spørgsmål: Hvilke generelle fysiske egenskaber er karakteristiske for metaller?

Svar: Luster, elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne, duktilitet.

Spørgsmål: Forklar hvad årsagen er til, at så mange forskellige stoffer har de samme fysiske egenskaber?

Svar: Metaller har en enkelt struktur.

Demonstration af modeller af metalkrystalgitre.

Lærerens forklaring.

Stoffer med metalliske bindinger har metalliske krystalgitre

På stederne for sådanne gitter er der atomer og positive ioner af metaller, og valenselektroner bevæger sig frit i krystallens volumen. Elektronerne tiltrækker elektrostatisk positive metalioner. Dette forklarer gitterets stabilitet.

Molekylære krystalgitre

Læreren demonstrerer og navngiver stofferne: jod, svovl.

Spørgsmål: Hvad har disse stoffer til fælles?

Svar: Disse stoffer er ikke-metaller. Enkel i sammensætningen.

Spørgsmål: Hvad er den kemiske binding inde i molekyler?

Svar: Den kemiske binding inde i molekyler er kovalent upolær.

Spørgsmål: Hvilke fysiske egenskaber er karakteristiske for dem?

Svar: Flygtig, smeltelig, let opløselig i vand.

Lærer: Lad os sammenligne egenskaberne af metaller og ikke-metaller. Eleverne svarer, at egenskaberne er fundamentalt forskellige.

Spørgsmål: Hvorfor er ikke-metallers egenskaber meget forskellige fra metallers egenskaber?

Svar: Metaller har metalliske bindinger, mens ikke-metaller har kovalente, ikke-polære bindinger.

Lærer: Derfor er typen af gitter forskellig. Molekylær.

Spørgsmål: Hvilke partikler er placeret ved gitterpunkter?

Svar: Molekyler.

Demonstration af krystalgitre af kuldioxid og jod.

Lærerens forklaring.

Molekylært krystalgitter

Som vi ser, kan ikke kun faste stoffer have et molekylært krystalgitter. enkel stoffer: ædelgasser, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, hvidt fosfor P 4, men også kompleks: fast vand, fast hydrogenchlorid og hydrogensulfid. De fleste faste organiske forbindelser har molekylære krystalgitre (naphthalen, glucose, sukker).

Gitterstederne indeholder ikke-polære eller polære molekyler. På trods af at atomerne inde i molekylerne er forbundet med stærke kovalente bindinger, virker svage intermolekylære kræfter mellem molekylerne selv.

Konklusion: Stofferne er skrøbelige, har lav hårdhed, lavt smeltepunkt, er flygtige og er i stand til at sublimere.

Spørgsmål : Hvilken proces kaldes sublimering eller sublimering?

Svar : Overgangen af et stof fra en fast aggregeringstilstand direkte til en gasformig tilstand, uden om den flydende tilstand, kaldes sublimering eller sublimering.

Demonstration af eksperimentet: sublimering af benzoesyre (videoeksperiment).

Arbejde med en færdig tabel.

Bilag 1. (Slide 17)

Krystalgitre, bindingstype og stoffers egenskaber

Type gitter	Typer af partikler på gittersteder	Type forbindelse mellem partikler	Eksempler på stoffer	Stoffers fysiske egenskaber
Ionisk	Ioner	Ionisk – stærkt bånd	Salte, halogenider (IA, IIA), oxider og hydroxider af typiske metaller	Fast, stærk, ikke-flygtig, skør, ildfast, mange opløselige i vand, smelter leder elektrisk strøm
Atomisk	Atomer	1. Kovalent upolær - bindingen er meget stærk 2. Kovalent polær - bindingen er meget stærk	Simple stoffer EN: diamant(C), grafit(C), bor(B), silicium(Si). Komplekse stoffer: aluminiumoxid (Al 2 O 3), siliciumoxid (IY)-SiO 2	Meget hård, meget ildfast, holdbar, ikke-flygtig, uopløselig i vand
Molekylær	Molekyler	Mellem molekyler er der svage kræfter af intermolekylær tiltrækning, men inde i molekylerne er der en stærk kovalent binding	Faste stoffer under særlige forhold, der under normale forhold er gasser eller væsker (O2, H2, Cl2, N2, Br2, H20, C02, HCI); svovl, hvidt fosfor, jod; organisk stof	Skrøbelig, flygtig, smeltbar, i stand til at sublimere, har lav hårdhed
Metal	Atom ioner	Metal af forskellig styrke	Metaller og legeringer	Formbar, skinnende, duktil, termisk og elektrisk ledende

Spørgsmål: Hvilken type krystalgitter fra de ovenfor diskuterede findes ikke i simple stoffer?

Svar: Ioniske krystalgitre.

Spørgsmål: Hvilke krystalgitre er karakteristiske for simple stoffer?

Svar: For simple stoffer - metaller - et metalkrystalgitter; for ikke-metaller - atomare eller molekylære.

Arbejde med det periodiske system af D.I.Mendeleev.

Spørgsmål: Hvor er metalelementerne placeret i det periodiske system og hvorfor? Ikke-metalelementer og hvorfor?

Svar: Hvis du tegner en diagonal fra bor til astatin, vil der i nederste venstre hjørne af denne diagonal være metalelementer, fordi på det sidste energiniveau indeholder de fra en til tre elektroner. Disse er grundstofferne I A, II A, III A (undtagen bor), samt tin og bly, antimon og alle grundstoffer i sekundære undergrupper.

Ikke-metalelementer er placeret i øverste højre hjørne af denne diagonal, fordi på det sidste energiniveau indeholder de fra fire til otte elektroner. Disse er grundstofferne IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A og bor.

Lærer: Lad os finde ikke-metalelementer, hvis simple stoffer har et atomisk krystalgitter (Svar: C, B, Si) og molekylær ( Svar: N, S, O , halogener og ædelgasser ).

Lærer: Formuler en konklusion om, hvordan du kan bestemme typen af krystalgitter af et simpelt stof afhængigt af grundstoffernes position i D.I. Mendeleevs periodiske system.

Svar: For metalelementer, der er i I A, II A, IIIA (undtagen bor), samt tin og bly, og alle elementer i sekundære undergrupper i et simpelt stof, er gittertypen metal.

For ikke-metalelementerne IY A og bor i et simpelt stof er krystalgitteret atomart; og grundstofferne Y A, YI A, YII A, YIII A i simple stoffer har et molekylært krystalgitter.

Vi arbejder videre med den færdige tabel.

Lærer: Se grundigt på bordet. Hvilket mønster kan observeres?

Vi lytter nøje til elevernes svar, og sammen med klassen drager vi følgende konklusion:

Der er følgende mønster: hvis strukturen af stoffer er kendt, så kan deres egenskaber forudsiges, eller omvendt: hvis egenskaberne af stoffer er kendte, så kan strukturen bestemmes. (Slide 18).

Lærer: Se grundigt på bordet. Hvilken anden klassificering af stoffer kan du foreslå?

Hvis eleverne synes, det er svært, forklarer læreren det stoffer kan opdeles i stoffer med molekylær og ikke-molekylær struktur. (Slide 19).

Stoffer med en molekylær struktur er opbygget af molekyler.

Stoffer med ikke-molekylær struktur består af atomer og ioner.

Lov om kompositionens konstanthed

Lærer: I dag skal vi stifte bekendtskab med en af kemiens grundlæggende love. Dette er loven om sammensætningens konstanthed, som blev opdaget af den franske kemiker J.L. Proust. Loven gælder kun for stoffer med molekylær struktur. I øjeblikket lyder loven sådan: "Molekylære kemiske forbindelser, uanset metoden til deres fremstilling, har en konstant sammensætning og egenskaber." Men for stoffer med en ikke-molekylær struktur er denne lov ikke altid sand.

Den teoretiske og praktiske betydning af loven er, at sammensætningen af stoffer på dens grundlag kan udtrykkes ved hjælp af kemiske formler (for mange stoffer med ikke-molekylær struktur viser den kemiske formel sammensætningen af ikke et reelt eksisterende, men et betinget molekyle) .

Konklusion: Den kemiske formel for et stof indeholder en masse information.(Slide 21)

For eksempel SO 3:

1. Det specifikke stof er svovldioxid eller svovloxid (YI).

2.Stoftype - kompleks; klasse - oxid.

3. Kvalitativ sammensætning - består af to elementer: svovl og ilt.

4. Kvantitativ sammensætning - molekylet består af 1 svovlatom og 3 oxygenatomer.

5. Relativ molekylvægt - Mr (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.

6. Molær masse - M(SO 3) = 80 g/mol.

7. Masser af andre oplysninger.

Konsolidering og anvendelse af erhvervet viden

(Slide 22, 23).

Tic-tac-toe-spil: streg stoffer ud, der har det samme krystalgitter lodret, vandret, diagonalt.

Afspejling.

Læreren stiller spørgsmålet: "Drenge, hvad nyt lærte I i klassen?"

Opsummering af lektionen

Lærer: Gutter, lad os opsummere de vigtigste resultater af vores lektion - svar på spørgsmålene.

1. Hvilke klassificeringer af stoffer lærte du?

2. Hvordan forstår du begrebet krystalgitter?

3. Hvilke typer krystalgitre kender du nu?

4. Hvilke regelmæssigheder i stoffers struktur og egenskaber lærte du om?

5. I hvilken aggregeringstilstand har stoffer krystalgitter?

6. Hvilken grundlov i kemi lærte du i klassen?

Hjemmearbejde: §22, noter.

1. Lav formlerne for stofferne: calciumchlorid, siliciumoxid (IY), nitrogen, hydrogensulfid.

Bestem typen af krystalgitter og prøv at forudsige, hvad smeltepunkterne for disse stoffer skal være.

2. Kreativ opgave -> lav spørgsmål til afsnittet.

Læreren takker dig for lektionen. Giver karakterer til eleverne.

Side 1

Molekylære krystalgitre og de tilsvarende molekylære bindinger dannes overvejende i krystaller af de stoffer, i hvis molekyler bindingerne er kovalente. Ved opvarmning ødelægges bindingerne mellem molekyler let, hvorfor stoffer med molekylære gitter har lave smeltepunkter.

Molekylære krystalgitre er dannet af polære molekyler, mellem hvilke der opstår interaktionskræfter, de såkaldte van der Waals-kræfter, som er af elektrisk natur. I det molekylære gitter danner de en ret svag binding. Is, naturligt svovl og mange organiske forbindelser har et molekylært krystalgitter.

Det molekylære krystalgitter af jod er vist i fig. 3.17. De fleste krystallinske organiske forbindelser har et molekylært gitter.

Noderne i et molekylært krystalgitter er dannet af molekyler. For eksempel har krystaller af brint, oxygen, nitrogen, ædelgasser, kuldioxid og organiske stoffer et molekylært gitter.

Tilstedeværelsen af et molekylært krystalgitter af den faste fase er årsagen til den ubetydelige adsorption af ioner fra moderluden og følgelig for den meget højere renhed af præcipitaterne sammenlignet med præcipitater karakteriseret ved en ionisk krystal. Da udfældning i dette tilfælde sker i det optimale surhedsgradsområde, som er forskelligt for de ioner, der udfældes af dette reagens, afhænger det af værdien af de tilsvarende stabilitetskonstanter for komplekserne. Denne kendsgerning gør det muligt, ved at justere surhedsgraden af opløsningen, at opnå selektiv og nogle gange endda specifik udfældning af visse ioner. Lignende resultater kan ofte opnås ved passende modifikation af donorgrupperne i organiske reagenser under hensyntagen til karakteristikaene af de kompleksdannende kationer, der udfældes.

I molekylære krystalgitre observeres lokal anisotropi af bindinger, nemlig: intramolekylære kræfter er meget store sammenlignet med intermolekylære.

I molekylære krystalgitre er de konstituerende molekyler forbundet med hinanden ved hjælp af relativt svage van der Waals-kræfter, mens atomerne i molekylet er forbundet med meget stærkere kovalente bindinger. Derfor bevarer molekylerne i sådanne gitter deres individualitet og optager ét sted i krystalgitteret. Substitution her er mulig, hvis molekylerne er ens i form og størrelse. Da kræfterne, der forbinder molekyler, er relativt svage, er grænserne for substitution her meget bredere. Som Nikitin viste, kan atomer af ædelgasser isomorf erstatte molekyler af CO2, SO2, CH3COCH3 og andre i disse stoffers gitter. Ligheden mellem den kemiske formel er ikke nødvendig her.

I molekylære krystalgitre er molekyler placeret på gittersteder. De fleste stoffer med kovalente bindinger danner krystaller af denne type. Molekylære gitter danner fast brint, klor, kuldioxid og andre stoffer, der er gasformige ved almindelige temperaturer. Krystaller af de fleste organiske stoffer hører også til denne type. Der kendes således en masse stoffer med et molekylært krystalgitter. Molekyler placeret på gittersteder er forbundet med hinanden af intermolekylære kræfter (naturen af disse kræfter blev diskuteret ovenfor; se side. Da intermolekylære kræfter er meget svagere end kemiske bindingskræfter, er molekylære krystaller lavtsmeltende, karakteriseret ved betydelig flygtighed, og deres hårdhed er lav. Særligt lavt smeltepunkt og kogepunkt for de stoffer, hvis molekyler er ikke-polære. For eksempel er paraffinkrystaller meget bløde, selvom de C-C-kovalente bindinger i kulbrintemolekylerne, som disse krystaller er lavet af, er lige så stærke som. bindingerne dannet af ædle krystaller, bør også klassificeres som molekylære, bestående af monoatomiske molekyler, da valenskræfter ikke spiller nogen rolle i dannelsen af disse krystaller, og bindingerne mellem partikler her er af samme karakter som i andre. molekylære krystaller; dette bestemmer de relativt store interatomiske afstande i disse;

Debyegram registreringsordning.

Ved noderne af molekylære krystalgitre er der molekyler, der er forbundet med hinanden af svage intermolekylære kræfter. Sådanne krystaller danner stoffer med kovalente bindinger i molekyler. Der kendes en masse stoffer med et molekylært krystalgitter. Molekylære gitter indeholder fast brint, klor, kuldioxid og andre stoffer, der er gasformige ved almindelige temperaturer. Krystaller af de fleste organiske stoffer hører også til denne type.

Det, der findes i naturen, er dannet af et stort antal identiske partikler, der er forbundet med hinanden. Alle stoffer findes i tre aggregeringstilstande: gasformige, flydende og faste. Når termisk bevægelse er vanskelig (ved lave temperaturer), såvel som i faste stoffer, er partiklerne strengt orienteret i rummet, hvilket er manifesteret i deres præcise strukturelle organisation.

Et stofs krystalgitter er en struktur med et geometrisk ordnet arrangement af partikler (atomer, molekyler eller ioner) på bestemte punkter i rummet. I forskellige gitter skelnes der mellem det internodale rum og selve knuderne - de punkter, hvor partiklerne selv er placeret.

Der er fire typer krystalgitter: metallisk, molekylær, atomær, ionisk. Typerne af gitter bestemmes i overensstemmelse med typen af partikler, der er placeret ved deres knudepunkter, såvel som arten af forbindelserne mellem dem.

Et krystalgitter kaldes molekylært, hvis molekyler er placeret ved dets noder. De er forbundet af intermolekylære relativt svage kræfter, kaldet van der Waals-kræfter, men selve atomerne inde i molekylet er forbundet med en betydeligt stærkere eller ikke-polær kraft). Det molekylære krystalgitter er karakteristisk for klor, fast brint og andre stoffer, der er gasformige ved almindelige temperaturer.

Krystallerne, der danner ædelgasserne, har også molekylære gitter bestående af monoatomiske molekyler. De fleste organiske faste stoffer har denne struktur. Antallet af hvilke har en molekylær struktur er meget lille. Disse er for eksempel faste hydrogenhalogenider, naturligt svovl, is, simple faste stoffer og nogle andre.

Ved opvarmning ødelægges relativt svage intermolekylære bindinger ret let, derfor har stoffer med sådanne gitter meget lave smeltepunkter og lav hårdhed, de er uopløselige eller lidt opløselige i vand, deres opløsninger leder praktisk talt ikke elektrisk strøm og er karakteriseret ved betydelig flygtighed . Minimum koge- og smeltepunkter er for stoffer fremstillet af ikke-polære molekyler.

Et krystalgitter kaldes metallisk, hvis noder er dannet af atomer og positive ioner (kationer) af metallet med frie valenselektroner (løsrevet fra atomerne under dannelsen af ioner), der tilfældigt bevæger sig i krystallens volumen. Disse elektroner er dog i det væsentlige semi-frie, da de kun kan bevæge sig frit inden for rammerne, der er begrænset af et givet krystalgitter.

Elektrostatiske elektroner og positive metalioner tiltrækkes gensidigt, hvilket forklarer stabiliteten af metalkrystalgitteret. Indsamlingen af frit bevægende elektroner kaldes elektrongas - det giver god elektrisk og Når der opstår en elektrisk spænding, skynder elektroner sig til den positive partikel, deltager i skabelsen af elektrisk strøm og interagerer med ioner.

Det metalliske krystalgitter er hovedsageligt karakteristisk for elementære metaller såvel som for forbindelser af forskellige metaller med hinanden. De vigtigste egenskaber, der er iboende i metalkrystaller (mekanisk styrke, flygtighed, svinger ret kraftigt. Sådanne fysiske egenskaber som plasticitet, formbarhed, høj elektrisk og termisk ledningsevne og en karakteristisk metallisk glans er kun karakteristiske for krystaller med et metalgitter .

De fleste faste stoffer har en krystallinsk struktur. Krystalcelle bygget af gentagne identiske strukturelle enheder, individuelle for hver krystal. Denne strukturelle enhed kaldes "enhedscellen". Med andre ord tjener krystalgitteret som en afspejling af den rumlige struktur af et fast stof.

Krystalgitre kan klassificeres på forskellige måder.

JEG. Ifølge symmetrien af krystaller gitter er klassificeret i kubiske, tetragonale, rombiske, sekskantede.

Denne klassificering er praktisk til at vurdere de optiske egenskaber af krystaller såvel som deres katalytiske aktivitet.

II. Af partiklernes natur, placeret ved gitterknuder og efter type kemisk binding der er en forskel mellem dem atomære, molekylære, ioniske og metalkrystalgitter. Typen af binding i en krystal bestemmer forskellen i hårdhed, opløselighed i vand, varmen fra opløsning og smeltevarme og elektrisk ledningsevne.

En vigtig egenskab ved en krystal er krystalgitter energi, kJ/mol – den energi, der skal bruges på at ødelægge en given krystal.

Molekylært gitter

Molekylære krystaller består af molekyler, der holdes i bestemte positioner af krystalgitteret af svage intermolekylære bindinger (van der Waals-kræfter) eller hydrogenbindinger. Disse gitter er karakteristiske for stoffer med kovalente bindinger.

Der er mange stoffer med et molekylært gitter. Disse er et stort antal organiske forbindelser (sukker, naphthalen osv.), krystallinsk vand (is), fast kuldioxid ("tøris"), faste hydrogenhalogenider, jod, faste gasser, herunder ædle,

Krystalgitterets energi er minimal for stoffer med ikke-polære og lavpolære molekyler (CH 4, CO 2, etc.).

Gittere dannet af mere polære molekyler har også en højere krystalgitterenergi. Gitterne med stoffer, der danner brintbindinger (H 2 O, NH 3), har den højeste energi.

På grund af den svage interaktion mellem molekyler er disse stoffer flygtige, smeltelige, har lav hårdhed, leder ikke elektrisk strøm (dielektriske stoffer) og har lav varmeledningsevne.

Atomgitter

I noder atomisk krystalgitter der er atomer af et eller forskellige grundstoffer forbundet med hinanden ved kovalente bindinger langs alle tre akser. Sådan krystaller som også kaldes kovalent, er relativt få i antal.

Eksempler på krystaller af denne type omfatter diamant, silicium, germanium, tin samt krystaller af komplekse stoffer, såsom bornitrid, aluminiumnitrid, kvarts og siliciumcarbid. Alle disse stoffer har et diamantlignende gitter.

Energien af krystalgitteret i sådanne stoffer falder praktisk talt sammen med energien af den kemiske binding (200 – 500 kJ/mol). Dette bestemmer deres fysiske egenskaber: høj hårdhed, smeltepunkt og kogepunkt.

De elektrisk ledende egenskaber af disse krystaller er varierede: diamant, kvarts, bornitrid er dielektrikum; silicium, germanium – halvledere; Metallisk gråt tin leder elektricitet godt.

I krystaller med et atomisk krystalgitter er det umuligt at skelne en separat strukturel enhed. Hele enkeltkrystallen er ét kæmpe molekyle.

Ionisk gitter

I noder ionisk gitter positive og negative ioner veksler, mellem hvilke elektrostatiske kræfter virker. Ionkrystaller danner forbindelser med ionbindinger, f.eks. natriumchlorid NaCl, kaliumfluorid og KF osv. Ioniske forbindelser kan også omfatte komplekse ioner, f.eks. NO 3 -, SO 4 2 -.

Ionkrystaller er også et kæmpe molekyle, hvor hver ion er væsentligt påvirket af alle andre ioner.

Energien af det ioniske krystalgitter kan nå betydelige værdier. Så E (NaCl) = 770 kJ/mol, og E (BeO) = 4530 kJ/mol.

Ioniske krystaller har høje smelte- og kogepunkter og høj styrke, men er skøre. Mange af dem leder elektricitet dårligt ved stuetemperatur (ca. tyve størrelsesordener lavere end metaller), men med stigende temperatur observeres en stigning i elektrisk ledningsevne.

Metalrist

Metal krystaller give eksempler på de simpleste krystalstrukturer.

Metalioner i gitteret af en metalkrystal kan omtrent betragtes i form af kugler. I faste metaller er disse kugler pakket med maksimal densitet, som angivet af den betydelige massefylde af de fleste metaller (fra 0,97 g/cm 3 for natrium, 8,92 g/cm 3 for kobber til 19,30 g/cm 3 for wolfram og guld). Den tætteste pakning af kugler i ét lag er en sekskantet pakning, hvor hver kugle er omgivet af seks andre kugler (i samme plan). Centrene af tre tilstødende kugler danner en ligesidet trekant.

Egenskaber af metaller såsom høj duktilitet og formbarhed indikerer en mangel på stivhed i metalgitre: deres fly bevæger sig ret let i forhold til hinanden.

Valenselektroner deltager i dannelsen af bindinger med alle atomer og bevæger sig frit gennem hele volumen af et stykke metal. Dette er angivet ved høje værdier af elektrisk ledningsevne og termisk ledningsevne.

Med hensyn til krystalgitterenergi indtager metaller en mellemposition mellem molekylære og kovalente krystaller. Krystalgitterets energi er:

De fysiske egenskaber af faste stoffer afhænger således væsentligt af typen af kemisk binding og struktur.

Faste stoffers struktur og egenskaber

Egenskaber	Krystaller
Metal	Ionisk	Molekylær	Atomar
Eksempler	K, Al, Cr, Fe	NaCl, KNO3	I 2, naphthalen	diamant, kvarts
Strukturelle partikler	Positive ioner og mobile elektroner	Kationer og anioner	Molekyler	Atomer
Type kemisk binding	Metal	Ionisk	I molekyler - kovalent; mellem molekyler - van der Waals kræfter og hydrogenbindinger	Mellem atomer - kovalent
t smelter	Høj	Høj	Lav	Meget høj
kogepunkt	Høj	Høj	Lav	Meget høj
Mekaniske egenskaber	Hård, formbar, tyktflydende	Hård, skør	Blød	Meget hård
Elektrisk ledningsevne	Gode guider	I fast form - dielektriske stoffer; i en smelte eller opløsning - ledere	Dielektrik	Dielektrik (undtagen grafit)
Opløselighed
i vand	Uopløselig	Opløselig	Uopløselig	Uopløselig
i ikke-polære opløsningsmidler	Uopløselig	Uopløselig	Opløselig	Uopløselig

(Alle definitioner, formler, grafer og ligninger for reaktioner er angivet.)

Ifølge Boyles atom-molekylære teori består alle stoffer af molekyler, der er i konstant bevægelse. Men er der nogen specifik struktur i stoffer? Eller består de simpelthen af tilfældigt bevægende molekyler?

Faktisk har alle stoffer i fast tilstand en klar struktur. Atomer og molekyler bevæger sig, men tiltræknings- og frastødningskræfterne mellem partikler er afbalancerede, så atomer og molekyler er placeret på et bestemt punkt i rummet (men fortsætter med at lave små udsving afhængigt af temperaturen). Sådanne strukturer kaldes krystalgitre. De steder, hvor selve molekylerne, ionerne eller atomerne befinder sig, kaldes noder. Og afstandene mellem noderne kaldes - perioder med identitet. Afhængigt af partiklernes position i rummet er der flere typer:

atomar;
ionisk;
molekylær;
metal.

I flydende og gasformige tilstande har stoffer ikke et klart gitter, deres molekyler bevæger sig kaotisk, hvorfor de ikke har nogen form. For eksempel er ilt, når det er i en gasform, en farveløs, lugtfri gas i en flydende tilstand (ved -194 grader) er det en blålig opløsning. Når temperaturen falder til -219 grader, bliver ilt til en fast tilstand og bliver rød. gitter, mens det bliver til en snelignende masse af blå farve.

Interessant nok har amorfe stoffer ikke en klar struktur, hvorfor de ikke har strenge smelte- og kogepunkter. Når de opvarmes, blødgøres harpiks og plasticin gradvist og bliver flydende, og de har ikke en klar overgangsfase.

Atomisk krystalgitter

Noderne indeholder atomer, som navnet antyder. Disse stoffer er meget stærke og holdbare, da der dannes en kovalent binding mellem partiklerne. Naboatomer deler et par elektroner med hinanden (eller rettere, deres elektronskyer er lagdelt oven på hinanden), og derfor er de meget godt forbundet med hinanden. Det mest oplagte eksempel er diamant, som har den største hårdhed på Mohs-skalaen. Interessant nok består diamant, ligesom grafit, af kulhydrater. Grafit er et meget sprødt stof (Mohs hårdhed 1), hvilket er et tydeligt eksempel på, hvor meget der afhænger af typen.

Atomområdet gitter dårligt fordelt i naturen, det omfatter: kvarts, bor, sand, silicium, siliciumoxid (IV), germanium, bjergkrystal. Disse stoffer er kendetegnet ved et højt smeltepunkt, styrke, og disse forbindelser er meget hårde og uopløselige i vand. På grund af de meget stærke bindinger mellem atomer interagerer disse kemiske forbindelser næsten ikke med andre og leder strøm meget dårligt.

Ionisk krystalgitter

I denne type er ioner placeret ved hver knude. Følgelig er denne type karakteristisk for stoffer med en ionbinding, for eksempel: kaliumchlorid, calciumsulfat, kobberchlorid, sølvphosphat, kobberhydroxid og så videre. Stoffer med et sådant partikelforbindelsesskema omfatter;

salt;
metalhydroxider;
metaloxider.

Natriumchlorid har skiftevis positive (Na +) og negative (Cl -) ioner. En klorion placeret i en knude tiltrækker to natriumioner (på grund af det elektromagnetiske felt), der er placeret i naboknuder. Der dannes således en terning, hvori partiklerne hænger sammen.

Det ioniske gitter er karakteriseret ved styrke, ildfasthed, stabilitet, hårdhed og ikke-flygtighed. Nogle stoffer kan lede elektricitet.

Molekylært krystalgitter

Noderne i denne struktur indeholder molekyler, der er tæt pakket sammen. Sådanne stoffer er karakteriseret ved kovalente polære og ikke-polære bindinger. Det er interessant, at der uanset den kovalente binding er en meget svag tiltrækning mellem partiklerne (pga. svage van der Waals-kræfter). Derfor er sådanne stoffer meget skrøbelige, har lave koge- og smeltepunkter og er også flygtige. Disse stoffer omfatter: vand, organiske stoffer (sukker, naphthalen), kulilte (IV), svovlbrinte, ædelgasser, to- (brint, oxygen, klor, nitrogen, jod), tre- (ozon), fire- (fosfor). ), otte-atomare (svovl) stoffer og så videre.

Et af de kendetegn er dette er, at den strukturelle og rumlige model er bevaret i alle faser (både fast, flydende og gasformig).

Metal krystal gitter

På grund af tilstedeværelsen af ioner ved knuderne, kan metalgitteret synes at ligne et ionisk gitter. Faktisk er der tale om to helt forskellige modeller, med forskellige egenskaber.

Metal er meget mere fleksibelt og duktilt end ionisk, det er kendetegnet ved styrke, høj elektrisk og termisk ledningsevne, disse stoffer smelter godt og leder elektrisk strøm godt. Dette forklares ved, at knudepunkterne indeholder positivt ladede metalioner (kationer), som kan bevæge sig gennem hele strukturen og derved sikre strømmen af elektroner. Partiklerne bevæger sig kaotisk rundt i deres knude (de har ikke nok energi til at gå ud over), men så snart et elektrisk felt opstår, danner elektroner en strøm og skynder sig fra det positive til det negative område.

Metalkrystalgitteret er karakteristisk for metaller, for eksempel: bly, natrium, kalium, calcium, sølv, jern, zink, platin og så videre. Den er blandt andet opdelt i flere typer emballage: sekskantet, kropscentreret (mindst tæt) og ansigtscentreret. Den første pakke er typisk for zink, kobolt, magnesium, den anden for barium, jern, natrium, den tredje for kobber, aluminium og calcium.

Dermed, afhængig af risttype mange egenskaber afhænger, såvel som stoffets struktur. Når du kender typen, kan du for eksempel forudsige, hvad et objekts ildfasthed eller styrke vil være.