Назад Вперед
Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.
Тип уроку: Комбінований.
Основна мета уроку: Дати учням конкретні уявлення про аморфні та кристалічні речовини, типи кристалічних грат, встановити взаємозв'язок між будовою та властивостями речовин.
Завдання уроку.
Освітня: сформувати поняття про кристалічний та аморфний стан твердих тіл, ознайомити учнів з різними типами кристалічних грат, встановити залежність фізичних властивостей кристала від характеру хімічного зв'язку в кристалі та типу кристалічної решітки, дати учням основні уявлення про вплив природи хімічних зв'язків та тип властивості речовини, дати учням уявлення про закон сталості складу.
Виховна: продовжити формування світогляду учнів, розглянути взаємний вплив компонентів цілого- структурних частинок речовин, у яких виникають нові властивості, виховувати вміння організувати свою навчальну працю, дотримуватися правил роботи у колективі.
Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес школярів, використовуючи проблемні ситуації; удосконалювати вміння учнів встановлювати причинно-наслідкову залежність фізичних властивостей речовин від хімічного зв'язку та типу кристалічних ґрат, передбачати тип кристалічних ґрат на основі фізичних властивостей речовини.
Обладнання: Періодична система Д.І.Менделєєва, колекція "Метали", неметали: сірка, графіт, червоний фосфор, кисень; Презентація “Кристалічні грати”, моделі кристалічних грат різних типів (кухонної солі, алмазу та графіту, вуглекислого газу та йоду, металів), зразки пластмас та виробів з них, скло, пластилін, смоли, віск, жувальна гумка, шоколад, комп'ютер, мультимедійна установка, відеодосвід “Вигон бензойної кислоти”.
Хід уроку
1. Організаційний момент.
Вчитель вітає учнів, фіксує відсутніх.
Потім повідомляє тему уроку та мету уроку. Учні записують тему уроку у зошит. (Cлайд 1, 2).
2. Перевірка домашнього завдання
(2 учні біля дошки: Визначити вид хімічного зв'язку для речовин із формулами:
1) NaCl, CO 2 , I 2; 2) Na, NaOH, H 2 S (записують відповідь на дошці та включаються до опитування).
3. Аналіз ситуації.
Що вивчає хімія? Відповідь: Хімія - це наука про речовини, їх властивості та перетворення речовин.
Що ж таке речовина? Відповідь: Речовина – це те, з чого складається фізичне тіло. (Cлайд 3).
Вчитель: Які агрегатні стани речовин ви знаєте?
Відповідь: Існує три агрегатні стани: твердий, рідкий та газоподібний. (Cлайд 4).
Вчитель: Наведіть приклади речовин, які за різних температур можуть існувати у всіх трьох агрегатних станах.
Відповідь: Вода. За звичайних умов вода знаходиться в рідкому стані, при зниженні температури нижче 0 0 С вода переходить у твердий стан - лід, а при підвищенні температури до 100 0 С ми отримаємо водяну пару (газоподібний стан).
Вчитель (доповнення): Будь-яку речовину можна отримати у твердому, рідкому та газоподібному вигляді. Крім води – це метали, які за нормальних умов перебувають у твердому стані, при нагріванні починають розм'якшуватися, і за певної температури (t пл) переходять у рідкий стан - плавляться. За подальшого нагрівання, до температури кипіння, метали починають випаровуватися, тобто. переходити у газоподібний стан. Будь-який газ можна перевести в рідкий і твердий стан, знижуючи температуру: наприклад, кисень, який при температурі (-194 0 С) перетворюється на рідину блакитного кольору, а при температурі (-218,8 0 С) твердне в снігоподібну масу, що складається з кристалів синього кольору. Сьогодні на уроці ми розглядатимемо твердий стан речовини.
Вчитель: Назвіть, які тверді речовини у вас на столах.
Відповідь: Метали, пластилін, кухонна сіль: NaCl, графіт.
Як ви думаєте? Яка з цих речовин зайва?
Відповідь: Пластилін.
Вчитель: Чому?
Робляться припущення. Якщо учні не можуть, то за допомогою вчителя приходять до висновку, що пластилін на відміну від металів і хлориду натрію не має певної температури плавлення - він (пластилін) поступово розм'якшується і переходить у текучий стан. Такий, наприклад, шоколад, що тане в роті, або жувальна гумка, а також скло, пластмаси, смоли, віск (при поясненні вчитель демонструє класу зразки цих речовин). Такі речовини називають аморфними. (слайд 5), а метали та хлорид натрію - кристалічні. (Cлайд 6).
Таким чином, розрізняють два види твердих речовин : аморфні та кристалічні. (Слайд7).
1) У аморфних речовин немає певної температури плавлення та розташування частинок у них строго не впорядковано.
Кристалічні речовини мають певну температуру плавлення і, головне, характеризуються правильним розташуванням частинок, з яких вони побудовані: атомів, молекул та іонів. Ці частинки розташовані в строго визначених точках простору, і якщо ці вузли з'єднати прямими лініями, то утворюється просторовий каркас - кристалічні грати.
Вчитель задає проблемні питання
Як пояснити існування твердих речовин з різними властивостями?
2) Чому кристалічні речовини при ударі розколюються у певних площинах, а аморфні речовини цією властивістю не мають?
Вислухати відповіді учнів та підвести їх до висновку:
Властивості речовин у твердому стані залежать від типу кристалічних ґрат (передусім від того, які частинки знаходяться у її вузлах), що, у свою чергу, обумовлено типом хімічного зв'язку в даній речовині.
Перевірка домашнього завдання:
1) NaCl - іонний зв'язок,
СО 2 – ковалентний полярний зв'язок
I 2 – ковалентний неполярний зв'язок
2) Na - металевий зв'язок
NаОН - іонний зв'язок між Na + іОН - (Про і Н ковалентний)
Н 2 S – ковалентна полярна
Фронтальне опитування.
- Який зв'язок називається іонним?
- Який зв'язок називається ковалентним?
- Який зв'язок називається ковалентним полярним? неполярною?
- Що називається електронегативністю?
Висновок: Простежується логічна послідовність, взаємозв'язок явищ у природі: Будова атома->ЕО->Види хімічного зв'язку->Тип кристалічної решітки->Властивості речовин . (Слайд 10).
Вчитель: Залежно від виду частинок та від характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних грат: іонні, молекулярні, атомні та металеві. (Cлайд 11).
Результати оформлюються в наступну таблицю-зразок таблиці в учнів на парті. (Див. Додаток 1). (Cлайд 12).
Іонні кристалічні грати
Як ви думаєте? Для речовин із яким видом хімічного зв'язку буде характерний такий вид грат?
Відповідь: Для речовин з іонним хімічним зв'язком буде характерна іонна решітка.
Вчитель: Які частинки будуть у вузлах решітки?
Відповідь: Іони.
Які частинки називаються іонами?
Відповідь: Іони є частинками, що мають позитивний або негативний заряд.
Які іони бувають за складом?
Відповідь: Прості та складні.
Демонстрація - модель кристалічних ґрат хлориду натрію (NaCl).
Пояснення вчителя: У вузлах кристалічних ґрат хлориду натрію знаходяться іони натрію та хлору.
У кристалах NaCl окремих молекул хлориду натрію немає. Весь кристал слід розглядати як гігантську макромолекулу, що складається з рівного числа іонів Na + і Cl - , Na n Cl n де n - велике число.
Зв'язки між іонами у такому кристалі дуже міцні. Тому речовини з іонними гратами мають порівняно високу твердість. Вони тугоплавкі, нелеткі, тендітні. Розплави їх проводять електричний струм (чому?), Легко розчиняються у воді.
Іонні сполуки - це бінарні сполуки металів (I А та II A), солі, луги.
Атомні кристалічні грати
Демонстрація кристалічних грат алмазу та графіту.
В учнів на столі зразки графіту.
Вчитель: Які частинки будуть у вузлах атомної кристалічної решітки?
Відповідь: У вузлах атомних кристалічних ґрат знаходяться окремі атоми.
Вчитель: Який хімічний зв'язок між атомами виникатиме?
Відповідь: Ковалентний хімічний зв'язок.
Пояснення вчителя.
Справді, у вузлах атомних кристалічних ґрат знаходяться окремі атоми, пов'язані між собою ковалентними зв'язками. Так як атоми, подібно до іонів, можуть по-різному розташовуватися в просторі, то утворюються кристали різної форми.
Атомні кристалічні грати алмазу
У цих ґратах молекули відсутні. Весь кристал слід як гігантську молекулу. Прикладом речовин з таким типом кристалічних решіток можуть бути алотропні модифікації вуглецю: алмаз, графіт; також бір, кремній, червоний фосфор, германій. Запитання: Які ці речовини за складом? Відповідь: Прості за складом.
Атомні кристалічні грати мають як прості, а й складні. Наприклад, оксид алюмінію, оксид кремнію. Всі ці речовини мають дуже високі температури плавлення (у алмазу понад 3500 0 С), міцні та тверді, нелеткі, практично нерозчинні в рідинах.
Металеві кристалічні грати
Вчитель: Хлопці, у вас на столах є колекція металів, розглянемо ці зразки.
Питання: Який хімічний зв'язок характерний для металів?
Відповідь: Металева. Зв'язок у металах між позитивними іонами у вигляді узагальнених електронів.
Запитання: Які загальні фізичні властивості для металів характерні?
Відповідь: Блиск, електропровідність, теплопровідність, пластичність.
Питання: Поясніть, у чому причина того, що така кількість різноманітних речовин має однакові фізичні властивості?
Відповідь: Метали мають єдину будову.
Демонстрація моделей кристалічних ґрат металів.
Пояснення вчителя.
Речовини з металевим зв'язком мають металеві кристалічні грати.
У вузлах таких ґрат знаходяться атоми і позитивні іони металів, а в обсязі кристала вільно переміщуються валентні електрони. Електрони електростатично притягують позитивні іони металів. Цим пояснюється стабільність ґрат.
Молекулярні кристалічні грати
Вчитель демонструє та називає речовини: йод, сірка.
Запитання: Що поєднує ці речовини?
Відповідь: Ці речовини є неметалами. Прості за складом.
Питання: Який хімічний зв'язок усередині молекул?
Відповідь: Хімічний зв'язок усередині молекул ковалентний неполярний.
Питання: Які фізичні властивості їм характерні?
Відповідь: Летючі, легкоплавкі, малорозчинні у воді.
Вчитель: Давайте порівняємо властивості металів та неметалів. Учні відповідають, що характеристики принципово відрізняються.
Запитання: Чому властивості неметалів сильно відрізняються від властивостей металів?
Відповідь: У металів зв'язок металевий, а у неметалів ковалентний неполярний.
Вчитель: Отже, і тип решітки інший. Молекулярна.
Запитання: Які частинки знаходяться у вузлах ґрат?
Відповідь: Молекули.
Демонстрація кристалічних грат вуглекислого газу та йоду.
Пояснення вчителя.
Молекулярні кристалічні грати
Як бачимо, молекулярні кристалічні грати можуть мати не тільки тверді простіречовини: благородні гази, H 2 ,O 2 ,N 2 , I 2 , O 3 , білий фосфор Р 4 , а також складні: тверда вода, тверді хлороводень та сірководень. Більшість твердих органічних сполук мають молекулярні кристалічні ґрати (нафталін, глюкоза, цукор).
У вузлах ґрат знаходяться неполярні або полярні молекули. Незважаючи на те, що атоми всередині молекул пов'язані міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі сили міжмолекулярної взаємодії.
Висновок:Речовини неміцні, мають малу твердість, низьку температуру плавлення, летючі, здатні до сублімації.
Питання : Який процес називається сублімацією чи сублімацією?
Відповідь : Перехід речовини з твердого агрегатного стану відразу в газоподібний, минаючи рідкий, називається сублімацією або сублімацією.
Демонстрація досвіду: сублімація бензойної кислоти (відеоопит).
Робота із заповненою таблицею.
Додаток 1. (Слайд 17)
Кристалічні грати, вид зв'язку та властивості речовин
| Тип решітки | Види частинок у вузлах грат |
Вид зв'язку між частинками | Приклади речовин | Фізичні властивості речовин |
| Іонна | Іони | Іонна – зв'язок міцний | Солі, галогеніди (IA,IIA),оксиди та гідроксиди типових металів | Тверді, міцні, нелеткі, тендітні, тугоплавкі, багато розчинні у воді, розплави проводять електричний струм |
| Атомна | Атоми | 1. Ковалентна неполярна - зв'язок дуже міцний 2. Ковалентна полярна - зв'язок дуже міцний |
Прості речовина: алмаз(C), графіт(C), бор(B), кремній(Si).
Складні речовини: оксид алюмінію (Al 2 O 3), оксид кремнію (IY)-SiO 2 |
Дуже тверді, дуже тугоплавкі, міцні, нелеткі, не розчиняються у воді |
| Молекулярна | Молекули | Між молекумі-слабкі сили міжмолекулярного тяжіння, а ось усередині молекулміцний ковалентний зв'язок | Тверді речовини при особливих умовах, які при звичайних - гази або рідини (Про 2 ,Н 2 ,Cl 2 ,N 2 ,Br 2 , H 2 O, CO 2 HCl); сірка, білий фосфор, йод; органічні речовини |
Неміцні, леткі, легкоплавкі, здатні до сублімації, мають невелику твердість |
| Металева | Атом-іони | Металеварізна міцність | Метали та сплави | Ковкі, мають блиск, пластичність, тепло- і електропровідність. |
Питання: Який тип кристалічних ґрат з розглянутих вище не зустрічається в простих речовинах?
Відповідь: Іонні кристалічні грати.
Питання: Які кристалічні ґрати характерні для простих речовин?
Відповідь: Для простих речовин-металів-металеві кристалічні грати; для неметалів – атомна або молекулярна.
Робота з Періодичною системою Д.І.Менделєєва.
Запитання: Де в Періодичній системі знаходяться елементи-метали і чому? Елементи-неметали та чому?
Відповідь: Якщо провести діагональ від бору до астату, то в нижньому лівому кутку цієї діагоналі будуть знаходитися елементи-метали, т.к. на останньому енергетичному рівні вони містять від одного до трьох електронів. Це елементи I A, II A, III A (крім бору), а також олово та свинець, сурма та всі елементи побічних підгруп.
Елементи-неметали знаходяться у верхньому правому кутку від цієї діагоналі, т.к. на останньому енергетичному рівні містять від чотирьох до восьми електронів. Це елементи IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A та бор.
Вчитель: Давайте знайдемо елементи неметали, у яких прості речовини мають атомні кристалічні грати (Відповідь: С, В, Si) та молекулярну ( Відповідь: N, S, O , галогени та благородні гази ).
Вчитель: Сформулюйте висновок, як можна визначити тип кристалічних ґрат простої речовини залежно від положення елементів у Періодичній системі Д.І.Менделєєва.
Відповідь: Для елементів-металів, які знаходяться в I A, II A, IIIA (крім бору), а також олова та свинцю, та всіх елементів побічних підгруп у простій речовині тип решітки-металічна.
Для елементів-неметалів IY A і бору в простій речовині кристалічна решітка атомна; а у елементів Y A, YI A, YII A, YIII A у простих речовинах кристалічні грати молекулярні.
Продовжуємо працювати із заповненою таблицею.
Вчитель: Подивіться уважно на таблицю. Яка закономірність простежується?
Уважно слухаємо відповіді учнів, після чого разом із класом робимо висновок:
Існує така закономірність: якщо відома будова речовин, то можна передбачити їх властивості, або навпаки: якщо відомі властивості речовин, то можна визначити будову. (Cлайд 18).
Вчитель: Подивіться уважно на таблицю. Яку ще класифікацію речовин ви можете запропонувати?
Якщо учням важко, то вчитель пояснює, що речовини можна поділити на речовини молекулярної та немолекулярної будови. (Cлайд 19).
Речовини молекулярної будови складаються з молекул.
Речовини немолекулярної будови складаються з атомів, іонів.
Закон сталості складу
Вчитель: Сьогодні ми познайомимося з одним із основних законів хімії. Це закон сталості складу, який відкрили французьким хіміком Ж.Л.Прустом. Закон справедливий лише для речовин молекулярного будови. В даний час закон читається так: "Молекулярні хімічні сполуки незалежно від способу їх отримання мають постійний склад та властивості". Але для речовин із немолекулярною будовою цей закон не завжди справедливий.
Теоретичне та практичне значення закону полягає в тому, що на його основі склад речовин можна виразити за допомогою хімічних формул (для багатьох речовин немолекулярної будови хімічна формула показує склад не реально існуючої, а умовної молекули).
Висновок: хімічна формула речовини містить у собі велику інформацію.(Cлайд 21)
Наприклад, SO 3:
1. Конкретна речовина – сірчаний газ, або оксид сірки (YI).
2. Тип речовини - складне; клас – оксид.
3. Якісний склад – складається з двох елементів: сірки та кисню.
4. Кількісний склад - молекула складається з 1 атома сірки та 3 атомів кисню.
5. Відносна молекулярна маса - M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.
6. Молярна маса – М(SO 3) = 80 г/моль.
7. Багато іншої інформації.
Закріплення та застосування отриманих знань
(Слайд 22, 23).
Гра в хрестики-нуліки: закресліть по вертикалі, горизонталі, діагоналі речовини, що мають однакову кристалічну решітку.
Рефлексія.
Вчитель ставить запитання: “Хлопці, що нового ви дізналися на уроці?”.
Підбиття підсумків заняття
Вчитель: Хлопці, давайте підіб'ємо основні підсумки нашого уроку - дайте відповідь на запитання.
1. Які класифікації речовин ви дізналися?
2. Як ви розумієте термін кристалічні грати.
3. Які типи кристалічних ґрат ви тепер знаєте?
4. Про яку закономірність будови та властивостей речовин ви дізналися?
5. У якому агрегатному стані речовини мають кристалічні ґрати?
6. З яким основним законом хімії ви познайомилися на уроці?
Домашнє завдання: §22, конспект.
1. Складіть формули речовин: хлорид кальцію, оксид кремнію (IY), азот, сірководень.
Визначте тип кристалічних ґрат і спробуйте прогнозувати: які мають бути температури плавлення у цих речовин.
2. Творче завдання -> скласти питання до параграфу.
Вчитель дякує за урок. Виставляє позначки учням.
Сторінка 1
Молекулярні кристалічні решітки і відповідні їм молекулярні зв'язки утворюються переважно в кристалах тих речовин, в молекулах яких зв'язки є ковалентними. При нагріванні зв'язку між молекулами легко руйнуються, тому речовини з молекулярними решітками мають низькі температури плавлення.
Молекулярні кристалічні грати утворюються з полярних молекул, між якими виникають сили взаємодії, звані ван-дер-ваальсови сили, мають електричну природу. У молекулярних гратах вони здійснюють досить слабкий зв'язок. Молекулярні кристалічні грати мають лід, природна сірка та багато органічних сполук.
Молекулярні кристалічні грати йоду показані на рис. 3.17. Більшість кристалічних органічних сполук мають молекулярні ґрати.
Вузли молекулярних кристалічних ґрат утворені молекулами. Молекулярні грати мають, наприклад, кристали водню, кисню, азоту, благородних газів, діоксиду вуглецю, органічних речовин.
Наявність молекулярних кристалічних грат твердої фази є тут причиною незначної адсорбції іонів з маткового розчину, а отже, і набагато більш високої чистоти опадів порівняно з опадами, для яких характерна іонна кристал. Оскільки осадження в цьому випадку відбувається в оптимальній області кислотності, різної для іонів, що облягають цим реактивом, воно залежить від значення відповідних констант стійкості комплексів. Цей факт дозволяє, регулюючи кислотність розчину, досягати селективного, інколи ж навіть специфічного осадження певних іонів. Подібні результати часто можуть бути отримані шляхом відповідної зміни донорких груп в органічних реактивах з урахуванням особливостей катіонів-комплексоутворювачів, які осаджуються.
У молекулярних кристалічних ґратах спостерігається локальна анізотропія зв'язків, саме: внутрішньомолекулярні сили дуже великі проти міжмолекулярними.
У молекулярних кристалічних ґратах у вузлах ґрат знаходяться молекули. Більшість речовин із ковалентним зв'язком утворюють кристали такого типу. Молекулярні грати утворюють тверді водень, хлор, двоокис вуглецю та інші речовини, які за нормальної температури газоподібні. Кристали більшості органічних речовин також належать до цього типу. Таким чином, речовин з молекулярно кристалічними ґратами відомо дуже багато.
У молекулярних кристалічних ґратах складові їх молекули пов'язані між собою за допомогою відносно слабких ван-дер-ваальсових сил, тоді як атоми всередині молекули пов'язані значно сильнішим ковалентним зв'язком. Тому в таких ґратах молекули зберігають свою індивідуальність і займають один вузол кристалічних ґрат. Заміщення тут можливе у тому випадку, якщо молекули подібні між собою за формою та за розмірами. Оскільки сили, що зв'язують молекули, відносно слабкі, то й межі заміщення тут значно ширші. Як показав Нікітін, атоми благородних газів можуть ізоморфно заміщати молекули СО2, SO2, CH3COCH3 та інші в ґратах цих речовин. Подібність хімічної формули тут виявляється не обов'язковою.
У молекулярних кристалічних ґратах у вузлах ґрат знаходяться молекули. Більшість речовин із ковалентним зв'язком утворюють кристали такого типу. Молекулярні грати утворюють тверді водень, хлор, двоокис вуглецю та інші речовини, які за нормальної температури газоподібні. Кристали більшості органічних речовин також належать до цього типу. Таким чином, речовин з молекулярними кристалічними ґратами відомо дуже багато. Молекули, що знаходяться у вузлах решітки, пов'язані один з одним міжмолекулярними силами (природа цих сил була розглянута вище; див. стор. Оскільки міжмолекулярні сили значно слабші за сили хімічного зв'язку, то молекулярні кристали легкоплавки, характеризуються значною летючістю, твердість їх невелика. Особливо низькі температури плавлення і кипіння в тих речовин, молекули яких неполярні. газами також слід віднести до молекулярних, що складаються з одноатомних молекул, оскільки валентні сили в освіті цих кристалів ролі не відіграють, і зв'язки між частинками тут мають той же характер, що і в інших молекулярних кристалах; кристалів.
| Схема реєстрації дебаеграм. |
У вузлах молекулярних кристалічних ґрат знаходяться молекули, які пов'язані один з одним слабкими міжмолекулярними силами. Такі кристали утворюють речовини з ковалентним зв'язком у молекулах. Речовин з молекулярними кристалічними ґратами відомо дуже багато. Молекулярні грати мають тверді водень, хлор, діоксид вуглецю та інші речовини, які за нормальної температури газоподібні. Кристали більшості органічних речовин також належать до цього типу.
Існуюче у природі, утворено великою кількістю однакових частинок, пов'язані між собою. Усі речовини існують у трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому та твердому. Коли утруднений тепловий рух (при низьких температурах), а також у твердих речовинах частинки строго орієнтовані у просторі, що проявляється у їхній точній структурній організації.
Кристалічна решітка речовини - це структура з геометрично впорядкованим розташуванням частинок (атоми, молекули чи іони) у певних точках простору. У різних ґратах розрізняють міжвузловий простір і безпосередньо вузли - точки, у яких розташовані самі частки.
Кристалічні грати бувають чотирьох типів: металеві, молекулярні, атомні, іонні. Типи решіток визначаються відповідно до виду частинок, розташованих у їхніх вузлах, а також характеру зв'язків між ними.
Кристалічна решітка називається молекулярною у тому випадку, якщо в її вузлах розташовуються молекули. Вони пов'язані між собою міжмолекулярними порівняно слабкими силами, звані ван-дер-ваальсовими, проте самі атоми всередині молекули з'єднуються значно сильнішою чи неполярною). Молекулярні кристалічні грати властиві хлору, твердому водню, та іншим речовинам, що є газоподібними при звичайній температурі.
Кристали, які утворюють благородні гази, також мають молекулярні ґрати, що складаються з одноатомних молекул. Більшість твердих органічних речовин має саме таку структуру. Число ж яким властива молекулярна структура дуже невелика. Це, наприклад, тверді галогеноводи, природна сірка, лід, тверді прості речовини та деякі інші.
При нагріванні відносно слабкі міжмолекулярні зв'язки руйнуються досить легко, тому речовини з такими гратами мають дуже низькі температури плавлення і малу твердість, вони нерозчинні або малорозчинні у воді, їх розчини практично не проводять електричний струм, характеризуються значною летючістю. Мінімальні температури кипіння та плавлення - у речовин із неполярних молекул.
Металевою називається така кристалічна решітка, вузли якої сформовані атомами і позитивними іонами (катіонами) металу з вільними валентними електронами (що відчепилися від атомів при утворенні іонів), що безладно рухаються в обсязі кристала. Однак ці електрони по суті є напіввільними, так як можуть безперешкодно переміщатися тільки в рамках, які обмежують кристалічні грати.
Електростатичні електрони та позитивні іони металів взаємно притягуються, чим пояснюється стабільність металевих кристалічних ґрат. Сукупність вільних електронів, що рухаються, називають електронним газом - він забезпечує хорошу електро- і при появі електричної напруги електрони спрямовуються до позитивної частки, беручи участь у створенні електричного струму і взаємодіючи з іонами.
Металеві кристалічні грати характерні, головним чином, для елементарних металів, а також для з'єднань різних металів один з одним. Основні властивості, які притаманні металевим кристалам (механічна міцність, леткість, досить сильно коливаються. Однак такі фізичні властивості, як пластичність, ковкість, висока електро-і теплопровідність, характерний металевий блиск властиві лише виключно кристалам з металевими гратами).
Більшість твердих речовин має кристалічну будову. Кристалічні гратипобудована з однакових структурних одиниць, що повторюються, індивідуальних для кожного кристала. Ця структурна одиниця зветься "елементарний осередок". Іншими словами, кристалічні грати є відображенням просторової структури твердої речовини.
Класифікувати кристалічні решітки можна по-різному.
I. По симетрії кристалівграти класифікуються на кубічні, тетрагональні, ромбічні, гексагональні.
Ця класифікація зручна в оцінці оптичних властивостей кристалів, і навіть їх каталітичної активності.
ІІ. За природою частинок, що знаходяться у вузлах решітки та за типом хімічного зв'язкуміж ними розрізняють атомні, молекулярні, іонні та металеві кристалічні грати. Тип зв'язку в кристалі визначає відмінність у твердості, розчинності у воді, величині теплоти розчинення та теплоти плавлення, електричної провідності.
Важливою характеристикою кристала є енергія кристалічних ґрат,кДж/моль – енергія, яку потрібно витратити на руйнування даного кристала.
Молекулярні грати
Молекулярні кристалискладаються з молекул, що утримуються в певних положеннях кристалічних ґрат слабкими міжмолекулярними зв'язками (вандерваальсовими силами) або водневими зв'язками. Ці решітки характерні для речовин із ковалентними зв'язками.
Речовин з молекулярними гратами дуже багато. Це велика кількість органічних сполук (цукор, нафталін та ін.), Кристалічна вода (лід), твердий вуглекислий газ ("сухий лід"), тверді галогеноводороди, йод, тверді гази, в тому числі і благородні,
Мінімальна енергія кристалічних ґрат у речовин з неполярними та малополярними молекулами (СН 4 , СО 2 тощо).
Ґрати, утворені більш полярними молекулами, мають і більш високу енергію кристалічних ґрат. Найбільшу енергію мають решітки з речовинами, що утворюють водневі зв'язки (Н 2 Про, NН 3).
Через слабку взаємодію між молекулами ці речовини леткі, легкоплавки, мають невелику твердість, не проводять електричний струм (діелектрики) і мають низьку теплопровідність.
Атомні грати
У вузлах атомної кристалічної решіткизнаходяться атоми одного або різних елементів, пов'язаних між собою ковалентними зв'язками по всіх трьох осях. Такі кристали, які називають також ковалентними, порівняно нечисленні.
Прикладами кристалів цього типу можуть бути алмаз, кремній, германій, олово, а також кристали складних речовин, таких як нітрид бору, нітрид алюмінію, кварц, карбід кремнію. Всі ці речовини мають алмазоподібну решітку.
Енергія кристалічних ґрат у таких речовинах практично збігається з енергією хімічного зв'язку (200 – 500 кДж/моль). Це визначає їх фізичні властивості: високі твердість, температура плавлення і температура кипіння.
Різноманітні електропровідні властивості цих кристалів: алмаз, кварц, нітрид бору діелектрики; кремній, германій – напівпровідники; металеве сіре олово добре проводить електричний струм.
У кристалах з атомними кристалічними гратами не можна виділити окрему структурну одиницю. Весь монокристал є одну гігантську молекулу.
Іонні грати
У вузлах іонної решіткичергуються позитивні та негативні іони, між якими діють електростатичні сили. Іонні кристали утворюють сполуки з іонним зв'язком, наприклад, хлорид натрію NaCl, фторид калію і KF та ін. До складу іонних сполук можуть входити складні іони, наприклад, NO 3 - , SO 4 2 - .
Іонні кристали також є гігантською молекулою, в якій кожен іон зазнає значної дії з боку всіх інших іонів.
Енергія іонних кристалічних ґрат може досягати значних величин. Так, Е (NaCl) = 770 кДж/моль, а Е (ВеО) = 4530 кДж/моль.
Іонні кристали мають високі температури плавлення та кипіння і високу міцність, але крихкі. Багато хто з них погано проводять електричний струм при кімнатній температурі (приблизно на двадцять порядків нижче, ніж у металів), але зі зростанням температури спостерігається збільшення електричної провідності.
Металеві грати
Кристали металівдають приклади найпростіших кристалічних структур.
Іони металу у ґратах металевого кристала можна наближено розглядати у вигляді куль. У твердих металах ці кулі упаковані з максимальною щільністю, на що вказує значна щільність більшості металів (від 0,97 г/см 3 натрію, 8,92 г/см 3 у міді до 19,30 г/см 3 у вольфраму і золота ). Найбільш щільна упаковка куль в одному шарі – це гексагональна упаковка, в якій кожна куля оточена шістьма іншими кулями (у тій же площині). Центри будь-яких трьох сусідніх куль утворюють рівносторонній трикутник.
Такі властивості металів, як високі тягучість і ковкість, вказують на відсутність жорсткості у металевих ґратах: їх площини досить легко зсуваються одна щодо іншої.
Валентні електрони беруть участь в утворенні зв'язку з усіма атомами, вільно переміщуються по всьому об'єму шматка металу. На це вказують високі значення електропровідності та теплопровідності.
По енергії кристалічних ґрат метали займають проміжне положення між молекулярними і ковалентними кристалами. Енергія кристалічних ґрат складає:
Таким чином, фізичні властивості твердих речовин суттєво залежать від типу хімічного зв'язку та структури.
Структура та властивості твердих речовин
| Характеристики | Кристали | |||
| Металеві | Іонні | Молекулярні | Атомні | |
| Приклади | K, Al, Cr, Fe | NaCl, KNO 3 | I 2 , нафталін | алмаз, кварц |
| Структурні частки | Позитивні іони та рухливі електрони | Катіони та аніони | Молекули | Атоми |
| Тип хімічного зв'язку | Металева | Іонна | У молекулах – ковалентна; між молекулами – вандерваальсові сили та водневі зв'язки | Між атомами – ковалентна |
| t плавлення | Висока | Висока | Невисока | Дуже висока |
| t кипіння | Висока | Висока | Невисока | Дуже висока |
| Механічні властивості | Тверді, ковкі, тягучі | Тверді, тендітні | М'які | Дуже тверді |
| Електропровідність | Хороші провідники | У твердому вигляді діелектрики; у розплаві або розчині – провідники | Діелектрики | Діелектрики (крім графіту) |
| Розчинність | ||||
| у воді | Нерозчинні | Розчинні | Нерозчинні | Нерозчинні |
| у неполярних розчинниках | Нерозчинні | Нерозчинні | Розчинні | Нерозчинні |
(Всі визначення, формули, графіки та рівняння реакцій даються під запис.)
Згідно з атомно-молекулярною теорією Бойля, всі речовини складаються з молекул, які перебувають у постійному русі. Але чи існує якась певна структура речовин? Або вони просто складаються з молекул, що хаотично рухаються?
Насправді чітку структуру мають усі речовини, що у твердому стані. Атоми та молекули рухаються, але сили тяжіння та відштовхування між частинками збалансовані, тому атоми та молекули розташовуються у певній точці простору (але продовжують здійснювати невеликі коливання, що залежать від температури). Такі структури називаються кристалічними гратами. Місця, в яких знаходяться самі молекули, іони чи атоми, називають вузлами. А відстані між вузлами отримали назву – періоди ідентичності. Залежно від положення частинок у просторі розрізняють кілька типів:
- атомна;
- іонна;
- молекулярна;
- металева.
У рідкому та газоподібному стані речовини не мають чітких ґрат, їх молекули рухаються хаотично, саме тому вони не мають форми. Наприклад, кисень, перебуваючи в газоподібному стані, є безбарвним газом без запаху, в рідкому (при -194 градусів) – розчин блакитного кольору. Коли температура опускається до -219 градусів, кисень переходить у твердий стан і набуває кр. грати, при цьому він перетворюється на снігоподібну масу синього кольору.
Цікаво, що аморфні речовини не мають чіткої структури, тому вони не мають суворої температури плавлення і кипіння. Смола і пластилін при нагріванні поступово розм'якшуються і стають рідкими, вони не мають точної фази переходу.
Атомні кристалічні грати
У вузлах знаходяться атоми, про що і свідчить назва. Ці речовини дуже міцні та міцні, оскільки між частинками утворюється ковалентний зв'язок. Сусідні атоми утворюють між собою загальну пару електронів (а, точніше, їх електронні хмари нашаруються один на одного), і тому вони дуже добре пов'язані один з одним. Найбільш наочний приклад – алмаз, який за шкалою Мооса має найбільшу твердість. Цікаво, що діамант, як і графіт, складається з вуглеводу. Графіт є дуже тендітною речовиною (твердість за шкалою Мооса – 1), що є наочним прикладом того, як багато залежить від виду.
Атомна кр. гратипогано поширена у природі, до неї належать: кварц, бір, пісок, кремній, оксид кремнію (IV), германій, гірський кришталь. Для цих речовин характерна висока температура плавлення, міцність, а також ці сполуки дуже тверді та нерозчинні у воді. Через дуже сильний зв'язок між атомами ці хімічні сполуки майже не взаємодіють з іншими і дуже погано проводять струм.
Іонні кристалічні грати
У цьому вся типі іони розташовуються у кожному вузлі. Відповідно, цей вид характерний для речовин з іонним зв'язком, наприклад: хлорид калію, сульфат кальцію, хлорид міді, фосфат срібла, гідроксид міді і таке інше. До речовин з такою схемою сполук частинок відносяться;
- солі;
- гідроксиди металів;
- оксиди металів
Хлорид натрію має чергування позитивних (Na +) та негативних (Cl -) іонів. Один іон хлору, що знаходиться у вузлі, притягує до себе два іони натрію (завдяки електромагнітному полю), які знаходяться у сусідніх вузлах. Таким чином, утворюється куб, у якому частинки пов'язані між собою.
Для іонних ґрат характерна міцність, тугоплавкість, стійкість, твердість і нелетючість. Деякі речовини можуть проводити електричний струм.
Молекулярні кристалічні грати
У вузлах цієї структури є молекули, які щільно упаковані між собою. Для таких речовин характерний ковалентний полярний та неполярний зв'язок. Цікаво, що незалежно від ковалентного зв'язку між частинками утворюєте дуже слабке тяжіння (через слабкі ван-дер-вальсові сили). Саме тому такі речовини дуже тендітні, мають низьку температуру кипіння і плавлення, а також вони леткі. До таких речовин належать: вода, органічні речовини (цукор, нафталін), оксид вуглецю (IV), сірководень, благородні гази, двох-(водень, кисень, хлор, азот, йод), трьох-(озон), чотирьох-(фосфор) ), восьмиатомні (сірка) речовини і так далі.
Одна з відмінних рисце те, що структурна та просторова модель зберігається у всіх фазах (як у твердих, так у рідких та газоподібних).
Металеві кристалічні грати
Через наявність у вузлах іонів, може здатися, що металеві грати схожі на іонні. Насправді це дві абсолютно різні моделі, з різними властивостями.
Металева набагато гнучкіша і пластичніша за іонну, для неї характерна міцність, висока електро- і теплопровідність, ці речовини добре плавляться і відмінно проводять електричний струм. Це тим, що у вузлах перебувають позитивно заряджені іони металів (катіони), які можуть переміщатися у всій структурі, тим самим забезпечують протягом електронів. Частинки хаотично рухаються біля свого вузла (вони не мають достатньої енергії, щоб вийти за межі), але як тільки з'являється електричне поле, електрони утворюють потік і спрямовуються з позитивної негативної області.
Металеві кристалічні грати характерні для металів, наприклад: свинець, натрій, калій, кальцій, срібло, залізо, цинк, платина і так далі. Крім іншого, вона підрозділяється ще на кілька типів упаковок: гексагональна, об'ємно центрована (найменш щільна) та гранецентрована. Перша упаковка характерна для цинку, кобальту, магнію, друга для барію, заліза, натрію, третя для міді, алюмінію та кальцію.
Таким чином, від типу ґратзалежать багато властивостей, і навіть будова речовини. Знаючи тип, можна передбачити, наприклад, якою буде тугоплавкість чи міцність об'єкта.