Повеќето супстанции се карактеризираат со способност, во зависност од условите, да бидат во една од трите состојби на агрегација: цврста, течна или гасовита.
На пример, водата при нормален притисок во температурниот опсег 0-100 o C е течност, на температури над 100 o C може да постои само во гасовита состојба, а на температури под 0 o C е цврста.
Супстанциите во цврста состојба се поделени на аморфни и кристални.
Карактеристична карактеристика на аморфните супстанции е отсуството на јасна точка на топење: нивната флуидност постепено се зголемува со зголемување на температурата. Аморфните супстанции вклучуваат соединенија како восок, парафин, повеќето пластика, стакло итн.
Сепак, кристалните материи имаат специфична точка на топење, т.е. супстанција со кристална структура поминува од цврста во течна состојба не постепено, туку нагло, по постигнување на одредена температура. Примери на кристални супстанции вклучуваат кујнска сол, шеќер и мраз.
Разликата во физичките својства на аморфните и кристалните цврсти материи првенствено се должи на структурните карактеристики на таквите супстанции. Која е разликата помеѓу супстанцијата во аморфна и кристална состојба може најлесно да се разбере од следната илустрација:
Како што можете да видите, во аморфна супстанција, за разлика од кристалната, нема ред во распоредот на честичките. Ако во кристална супстанција ментално поврзете два атома блиску еден до друг со права линија, можете да откриете дека истите честички ќе лежат на оваа линија во строго дефинирани интервали:
Така, во случај на кристални супстанции, можеме да зборуваме за таков концепт како кристална решетка.
Кристална решетка наречена просторна рамка што ги поврзува точките во просторот во кои се наоѓаат честичките што го формираат кристалот.
Точките во просторот во кои се наоѓаат честичките што го формираат кристалот се нарекуваат кристални решетки јазли .
Во зависност од тоа кои честички се наоѓаат на јазлите на кристалната решетка, тие се разликуваат: молекуларна, атомска, јонска И метални кристални решетки .
Во јазли молекуларна кристална решетка
Ледена кристална решетка како пример за молекуларна решеткаПостојат молекули во кои атомите се поврзани со силни ковалентни врски, но самите молекули се држат една до друга со слаби меѓумолекуларни сили. Поради таквите слаби меѓумолекуларни интеракции, кристалите со молекуларна решетка се кревки. Таквите супстанции се разликуваат од супстанциите со други типови структура со значително пониски точки на топење и вриење, не спроведуваат електрична струја и може или не може да се растворат во различни растворувачи. Растворите на таквите соединенија може или не можат да спроведат електрична струја, во зависност од класата на соединението. Соединенијата со молекуларна кристална решетка вклучуваат многу едноставни супстанции - неметали (стврднат H 2, O 2, Cl 2, орторомбичен сулфур S 8, бел фосфор P 4), како и многу сложени супстанции - водородни соединенија на неметали, киселини, неметални оксиди, повеќето органски материи. Треба да се забележи дека ако супстанцијата е во гасовита или течна состојба, несоодветно е да се зборува за молекуларна кристална решетка: поправилно е да се користи терминот молекуларен тип на структура.
Дијамантска кристална решетка како пример за атомска решеткаВо јазли атомска кристална решетка
има атоми. Покрај тоа, сите јазли на таквата кристална решетка се „поврзани“ заедно преку силни ковалентни врски во еден кристал. Всушност, таков кристал е една џиновска молекула. Поради нивните структурни карактеристики, сите супстанции со атомска кристална решетка се цврсти, имаат високи точки на топење, хемиски се неактивни, нерастворливи ниту во вода, ниту во органски растворувачи и нивните топи не спроведуваат електрична струја. Треба да се запомни дека супстанциите со атомски тип на структура вклучуваат бор B, јаглерод C (дијамант и графит), силициум Si од едноставни супстанции и силициум диоксид SiO 2 (кварц), силициум карбид SiC, бор нитрид BN од сложени супстанции.
За супстанции со јонска кристална решетка
решетки места содржат јони поврзани едни со други преку јонски врски.
Бидејќи јонските врски се доста силни, супстанциите со јонска решетка имаат релативно висока цврстина и огноотпорност. Најчесто, тие се растворливи во вода, а нивните раствори, како топењето, спроведуваат електрична струја.
Супстанциите со јонска кристална решетка вклучуваат метални и амониумови соли (NH 4 +), бази и метални оксиди. Сигурен знак за јонската структура на супстанцијата е присуството во неговиот состав на атоми на типичен метал и неметал.
Кристална решетка од натриум хлорид како пример за јонска решетка
забележано во кристали на слободни метали, на пример, натриум Na, железо Fe, магнезиум Mg итн. Во случај на метална кристална решетка, нејзините јазли содржат катјони и метални атоми, меѓу кои се движат електроните. Во овој случај, подвижните електрони периодично се прикачуваат на катјоните, со што се неутрализира нивниот полнеж, а поединечните неутрални метални атоми за возврат „ослободуваат“ некои од нивните електрони, претворајќи се, пак, во катјони. Всушност, „слободните“ електрони не припаѓаат на поединечни атоми, туку на целиот кристал.
Ваквите структурни карактеристики доведуваат до фактот дека металите добро спроведуваат топлинска и електрична струја и често имаат висока еластичност (подвижност).
Ширењето на температурите на топење на металите е многу големо. На пример, точката на топење на живата е приближно минус 39 ° C (течност во нормални услови), а волфрам е 3422 ° C. Треба да се напомене дека во нормални услови сите метали освен живата се цврсти материи.
Во хемиски интеракции не влегуваат поединечни атоми или молекули, туку супстанции. Супстанциите се класифицираат според видот на врската молекуларна и немолекуларна згради.
Тоа се супстанции составени од молекули. Врските меѓу молекулите во таквите супстанции се многу слаби, многу послаби отколку меѓу атомите во молекулата, па дури и при релативно ниски температури се кршат - супстанцијата се претвора во течност, а потоа во гас (сублимација на јод). Точките на топење и вриење на супстанциите што се состојат од молекули се зголемуваат со зголемување на молекуларната тежина. Молекуларните супстанции вклучуваат супстанции со атомска структура (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), меѓу нив има метали и неметали.
Немолекуларна структура на супстанциите
На супстанции немолекуларнаструктури вклучуваат јонски соединенија. Повеќето соединенија на метали со неметали ја имаат оваа структура: сите соли (NaCl, K 2 S0 4), некои хидриди (LiH) и оксиди (CaO, MgO, FeO), бази (NaOH, KOH). Јонските (немолекуларни) супстанции имаат високи точки на топење и вриење.
Цврсти материи: кристални и аморфни
Аморфни материинемаат јасна точка на топење - кога се загреваат постепено омекнуваат и се претвораат во течна состојба. На пример, пластелин и разни смоли се во аморфна состојба.
Кристални материисе карактеризира со правилен распоред на честичките од кои се состојат: атоми, молекули и јони - на строго дефинирани точки во просторот. Кога овие точки се поврзани со прави линии, се формира просторна рамка, наречена кристална решетка. Точките во кои се наоѓаат кристалните честички се нарекуваат решетки јазли.
Во зависност од видот на честичките лоцирани на јазлите на кристалната решетка и природата на врската меѓу нив, се разликуваат четири типа на кристални решетки: јонски, атомски, молекуларни и метални .
Јонски кристални решетки
Јонскисе нарекуваат кристални решетки, во чии јазли има јони. Тие се формирани од супстанции со јонски врски, кои можат да ги поврзат и едноставните јони Na +, Cl - и сложените S0 4 2-, OH -. Следствено, солите и некои оксиди и хидроксиди на метали имаат јонски кристални решетки. На пример, кристал на натриум хлорид е изграден од наизменични позитивни Na + и негативни Cl - јони, формирајќи решетка во облик на коцка.
Јонска кристална решетка од кујнска сол
Врските меѓу јоните во таков кристал се многу стабилни. Затоа, супстанциите со јонска решетка се карактеризираат со релативно висока цврстина и цврстина, тие се огноотпорни и неиспарливи.
Атомски кристални решетки
Атомскисе нарекуваат кристални решетки, во чии јазли има поединечни атоми. Во таквите решетки, атомите се поврзани едни со други со многу силни ковалентни врски. Пример за супстанции со овој тип на кристални решетки е дијамантот, една од алотропните модификации на јаглеродот.
Атомска кристална решетка од дијамант
Повеќето супстанции со атомска кристална решетка имаат многу високи точки на топење (на пример, за дијамант е над 3500 ° C), тие се силни и тврди и практично нерастворливи.
Молекуларни кристални решетки
Молекуларнанаречени кристални решетки, во чии јазли се наоѓаат молекули.
Молекуларна кристална решетка од јод
Хемиските врски во овие молекули можат да бидат и поларни (HCl, H 2 O) и неполарни (N 2, O 2). И покрај фактот дека атомите во молекулите се поврзани со многу силни ковалентни врски, слабите меѓумолекуларни сили на привлекување дејствуваат помеѓу самите молекули. Затоа, супстанциите со молекуларни кристални решетки имаат мала цврстина, ниски точки на топење и се испарливи. Повеќето цврсти органски соединенија имаат молекуларни кристални решетки (нафтален, гликоза, шеќер).
Метални кристални решетки
Супстанциите со метални врски имаат металкристални решетки.
На местата на таквите решетки има атоми и јони (или атоми или јони, во кои металните атоми лесно се трансформираат, откажувајќи ги своите надворешни електрони „за општа употреба“). Оваа внатрешна структура на металите ги одредува нивните карактеристични физички својства: податливост, еластичност, електрична и топлинска спроводливост, карактеристичен метален сјај.
Страница 1
Молекуларните кристални решетки и соодветните молекуларни врски се формираат претежно во кристалите на оние супстанции во чии молекули врските се ковалентни. Кога се загреваат, врските меѓу молекулите лесно се уништуваат, поради што супстанциите со молекуларни решетки имаат ниски точки на топење.
Молекуларните кристални решетки се формираат од поларни молекули, меѓу кои се јавуваат силите на интеракција, таканаречените ван дер Валс сили, кои се електрични по природа. Во молекуларната решетка тие формираат прилично слаба врска. Мразот, природниот сулфур и многу органски соединенија имаат молекуларна кристална решетка.
Молекуларната кристална решетка на јод е прикажана на сл. 3.17. Повеќето кристални органски соединенија имаат молекуларна решетка.
Јазлите на молекуларната кристална решетка се формираат од молекули. На пример, кристалите на водород, кислород, азот, благородни гасови, јаглерод диоксид и органски материи имаат молекуларна решетка.
Присуството на молекуларна кристална решетка од цврстата фаза е причина за незначителна адсорпција на јони од мајчиниот пијалак и, следствено, за многу поголема чистота на талогот во споредба со талогот кој се карактеризира со јонски кристал. Бидејќи врнежите во овој случај се случуваат во регионот на оптимална киселост, што е различно за јоните таложени од овој реагенс, тоа зависи од вредноста на соодветните константи на стабилност на комплексите. Овој факт овозможува, со прилагодување на киселоста на растворот, да се постигне селективно, а понекогаш дури и специфично таложење на одредени јони. Слични резултати често може да се добијат со соодветна модификација на донорските групи во органските реагенси, земајќи ги предвид карактеристиките на комплексните катјони кои се таложат.
Кај молекуларните кристални решетки се забележува локална анизотропија на врските, имено: интрамолекуларните сили се многу големи во споредба со меѓумолекуларните.
Во молекуларните кристални решетки, молекулите се наоѓаат на местата на решетката. Повеќето супстанции со ковалентни врски формираат кристали од овој тип. Молекуларните решетки формираат цврст водород, хлор, јаглерод диоксид и други супстанции кои се гасовити на обични температури. Кристалите на повеќето органски материи исто така припаѓаат на овој тип. Така, познати се многу супстанции со молекуларна кристална решетка.
Во молекуларните кристални решетки, составните молекули се поврзани едни со други користејќи релативно слаби ван дер Валс сили, додека атомите во молекулата се поврзани со многу посилни ковалентни врски. Затоа, во таквите решетки молекулите ја задржуваат својата индивидуалност и заземаат едно место од кристалната решетка. Замена овде е можна ако молекулите се слични по форма и големина. Бидејќи силите што ги поврзуваат молекулите се релативно слаби, границите на замена овде се многу пошироки. Како што покажа Никитин, атомите на благородни гасови можат изоморфно да ги заменат молекулите на CO2, SO2, CH3COCH3 и други во решетките на овие супстанции. Сличноста на хемиската формула не е неопходна овде.
Во молекуларните кристални решетки, молекулите се наоѓаат на местата на решетката. Повеќето супстанции со ковалентни врски формираат кристали од овој тип. Молекуларните решетки формираат цврст водород, хлор, јаглерод диоксид и други супстанции кои се гасовити на обични температури. Кристалите на повеќето органски материи исто така припаѓаат на овој тип. Така, познати се многу супстанции со молекуларна кристална решетка. Молекулите лоцирани на местата на решетката се поврзани едни со други со интермолекуларни сили (природата на овие сили беше дискутирана погоре; видете ја страницата. Бидејќи меѓумолекуларните сили се многу послаби од силите на хемиските врски, молекуларните кристали се ниско-топливи, се карактеризираат со значителна испарливост и нивната тврдост е особено мала, точките на топење и вриење на оние супстанции чии молекули се неполарни. врските формирани од благородните кристали, исто така, треба да се класифицираат како молекуларни, кои се состојат од монатомски молекули, бидејќи валентните сили не играат улога во формирањето на овие кристали, а врските помеѓу честичките овде се од иста природа како и кај другите. молекуларните кристали ги одредуваат релативно големите меѓуатомски растојанија во овие кристали;
| Шема за регистрација на Debyegram. |
На јазлите на молекуларните кристални решетки има молекули кои се поврзани едни со други со слаби меѓумолекуларни сили. Таквите кристали формираат супстанции со ковалентни врски во молекулите. Познати се многу супстанции со молекуларна кристална решетка. Молекуларните решетки содржат цврст водород, хлор, јаглерод диоксид и други супстанции кои се гасовити на обични температури. Кристалите на повеќето органски материи исто така припаѓаат на овој тип.
При извршување на многу физички и хемиски реакции, супстанцијата преминува во цврста состојба на агрегација. Во овој случај, молекулите и атомите имаат тенденција да се распоредат во таков просторен редослед во кој силите на интеракција помеѓу честичките на материјата би биле максимално избалансирани. Така се постигнува јачината на цврстата материја. Атомите, откако ќе заземат одредена положба, вршат мали осцилаторни движења, чија амплитуда зависи од температурата, но нивната позиција во просторот останува фиксирана. Силите на привлекување и одбивност се балансираат меѓусебно на одредено растојание.
Современи идеи за структурата на материјата
Модерната наука наведува дека атомот се состои од наелектризирано јадро, кое носи позитивен полнеж и електрони, кои носат негативни полнежи. Со брзина од неколку илјади трилиони вртежи во секунда, електроните ротираат во нивните орбити, создавајќи електронски облак околу јадрото. Позитивниот полнеж на јадрото е нумерички еднаков на негативниот полнеж на електроните. Така, атомот на супстанцијата останува електрично неутрален. Можни интеракции со други атоми се случуваат кога електроните се одвојуваат од нивниот матичен атом, а со тоа се нарушува електричната рамнотежа. Во еден случај, атомите се распоредени по одреден редослед, кој се нарекува кристална решетка. Во друга, поради сложената интеракција на јадрата и електроните, тие се комбинираат во молекули од различни видови и сложеност.
Дефиниција за кристална решетка
Земени заедно, разни видови кристални решетки на супстанции се мрежи со различни просторни ориентации, во чии јазли се наоѓаат јони, молекули или атоми. Оваа стабилна геометриска просторна положба се нарекува кристална решетка на супстанцијата. Растојанието помеѓу јазлите на една кристална клетка се нарекува период на идентитет. Просторните агли под кои се наоѓаат клеточните јазли се нарекуваат параметри. Според методот на конструирање врски, кристалните решетки можат да бидат едноставни, центрирани во основата, насочени кон лицето и тело-центрирани. Ако честичките на материјата се наоѓаат само во аглите на паралелепипедот, таквата решетка се нарекува едноставна. Пример за таква решетка е прикажан подолу:
Ако, покрај јазлите, честичките на супстанцијата се наоѓаат во средината на просторните дијагонали, тогаш овој распоред на честички во супстанцијата се нарекува кристална решетка во центарот на телото. Овој тип е јасно прикажан на сликата.
Ако, покрај јазлите на темињата на решетката, има и јазол на местото каде што се сечат имагинарните дијагонали на паралелепипедот, тогаш имате тип на решетка во центарот на лицето.
Видови кристални решетки
Различните микрочестички што ја сочинуваат супстанцијата ги одредуваат различните типови на кристални решетки. Тие можат да го одредат принципот на градење врски помеѓу микрочестичките во кристалот. Физички типови на кристални решетки се јонски, атомски и молекуларни. Ова исто така вклучува различни видови метални кристални решетки. Хемијата ги проучува принципите на внатрешната структура на елементите. Видовите кристални решетки подетално се претставени подолу.
Јонски кристални решетки
Овие типови на кристални решетки се присутни во соединенија со јонски тип на врска. Во овој случај, местата на решетки содржат јони со спротивни електрични полнежи. Благодарение на електромагнетното поле, силите на меѓујонската интеракција се доста силни, а тоа ги одредува физичките својства на супстанцијата. Заеднички карактеристики се огноотпорност, густина, цврстина и способност за спроведување на електрична струја. Јонски типови на кристални решетки се наоѓаат во супстанции како што се кујнска сол, калиум нитрат и други.
Атомски кристални решетки
Овој тип на структура на материјата е својствен за елементите чија структура е одредена со ковалентни хемиски врски. Видовите кристални решетки од овој вид содржат поединечни атоми на јазлите, поврзани едни со други со силни ковалентни врски. Овој тип на врска се јавува кога два идентични атоми „споделуваат“ електрони, а со тоа формираат заеднички пар електрони за соседните атоми. Благодарение на оваа интеракција, ковалентните врски ги врзуваат атомите рамномерно и силно во одреден редослед. Хемиските елементи кои содржат атомски типови на кристални решетки се тврди, имаат висока точка на топење, се лоши спроводници на електрична енергија и се хемиски неактивни. Класичните примери на елементи со слична внатрешна структура вклучуваат дијамант, силициум, германиум и бор.
Молекуларни кристални решетки
Супстанциите кои имаат молекуларен тип на кристална решетка се систем на стабилни, заемнодејствувани, тесно спакувани молекули кои се наоѓаат на јазлите на кристалната решетка. Во таквите соединенија, молекулите ја задржуваат својата просторна положба во гасовити, течни и цврсти фази. На јазлите на кристалот, молекулите се држат заедно со слаби сили на Ван дер Валс, кои се десетици пати послаби од силите на јонска интеракција.
Молекулите што формираат кристал можат да бидат или поларни или неполарни. Поради спонтано движење на електроните и вибрациите на јадрата во молекулите, електричната рамнотежа може да се помести - вака настанува моментален електричен диполен момент. Соодветно ориентирани диполи создаваат привлечни сили во решетката. Јаглерод диоксидот и парафинот се типични примери на елементи со молекуларна кристална решетка.
Метални кристални решетки
Металната врска е пофлексибилна и еластична од јонската врска, иако може да изгледа дека и двете се засновани на истиот принцип. Видовите кристални решетки од метали ги објаснуваат нивните типични својства - како што се механичката цврстина, топлинската и електричната спроводливост и фузибилноста.
Карактеристична карактеристика на металната кристална решетка е присуството на позитивно наелектризираните метални јони (катјони) на местата на оваа решетка. Помеѓу јазлите има електрони кои се директно вклучени во создавањето електрично поле околу решетката. Бројот на електрони кои се движат наоколу во оваа кристална решетка се нарекува електронски гас.
Во отсуство на електрично поле, слободните електрони вршат хаотично движење, случајно во интеракција со решетки јони. Секоја таква интеракција го менува моментумот и насоката на движење на негативно наелектризираната честичка. Со своето електрично поле, електроните привлекуваат катјони кон себе, балансирајќи ја нивната меѓусебна одбивност. Иако електроните се сметаат за слободни, нивната енергија не е доволна за да ја напуштат кристалната решетка, па овие наелектризирани честички постојано се во нејзините граници.
Присуството на електрично поле му дава дополнителна енергија на електронскиот гас. Врската со јоните во кристалната решетка на металите не е силна, така што електроните лесно ги напуштаат нејзините граници. Електроните се движат по линиите на сила, оставајќи зад себе позитивно наелектризирани јони.
заклучоци
Хемијата придава големо значење на проучувањето на внатрешната структура на материјата. Видовите кристални решетки од различни елементи го одредуваат речиси целиот опсег на нивните својства. Со влијание врз кристалите и менување на нивната внатрешна структура, можно е да се подобрат саканите својства на супстанцијата и да се отстранат непожелните и да се трансформираат хемиските елементи. Така, проучувањето на внатрешната структура на околниот свет може да помогне да се разберат суштината и принципите на структурата на универзумот.