Các loại hạt ở vị trí của mạng ion. Các loại mạng tinh thể của các chất khác nhau

Trang 1

Mạng tinh thể phân tử và các liên kết phân tử tương ứng được hình thành chủ yếu trong tinh thể của những chất mà trong phân tử của chúng có liên kết cộng hóa trị. Khi đun nóng, liên kết giữa các phân tử dễ bị phá hủy, đó là lý do tại sao các chất có mạng phân tử có điểm nóng chảy thấp.  

Mạng tinh thể phân tử được hình thành từ các phân tử phân cực, giữa chúng phát sinh lực tương tác, gọi là lực van der Waals, có bản chất là điện. Trong mạng phân tử chúng tạo thành liên kết khá yếu. Nước đá, lưu huỳnh tự nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ có mạng tinh thể phân tử.  

Mạng tinh thể phân tử của iốt được thể hiện trong hình. 3.17. Hầu hết các hợp chất hữu cơ kết tinh đều có mạng lưới phân tử.  

Các nút của mạng tinh thể phân tử được hình thành bởi các phân tử. Ví dụ, các tinh thể hydro, oxy, nitơ, khí hiếm, carbon dioxide và các chất hữu cơ có mạng lưới phân tử.  

Sự hiện diện của mạng tinh thể phân tử của pha rắn là nguyên nhân dẫn đến sự hấp phụ không đáng kể của các ion từ rượu mẹ và do đó làm cho kết tủa có độ tinh khiết cao hơn nhiều so với kết tủa được đặc trưng bởi tinh thể ion. Vì sự kết tủa trong trường hợp này xảy ra ở vùng axit tối ưu, khác với các ion được kết tủa bởi thuốc thử này, nên nó phụ thuộc vào giá trị của hằng số ổn định tương ứng của các phức. Thực tế này cho phép, bằng cách điều chỉnh độ axit của dung dịch, đạt được sự kết tủa có chọn lọc và đôi khi thậm chí cụ thể của một số ion nhất định. Các kết quả tương tự thường có thể đạt được bằng cách điều chỉnh thích hợp các nhóm cho trong thuốc thử hữu cơ, có tính đến đặc tính của các cation tạo phức được kết tủa.  

Trong mạng tinh thể phân tử, người ta quan sát thấy tính dị hướng cục bộ của các liên kết, cụ thể là: lực nội phân tử rất lớn so với lực liên phân tử.  

Trong mạng tinh thể phân tử, các phân tử nằm ở vị trí mạng tinh thể. Hầu hết các chất có liên kết cộng hóa trị đều tạo thành tinh thể loại này. Mạng phân tử tạo thành hydro rắn, clo, carbon dioxide và các chất khác ở dạng khí ở nhiệt độ bình thường. Tinh thể của hầu hết các chất hữu cơ cũng thuộc loại này. Vì vậy, rất nhiều chất có mạng tinh thể phân tử đã được biết đến.  

Trong mạng tinh thể phân tử, các phân tử cấu thành được kết nối với nhau bằng lực van der Waals tương đối yếu, trong khi các nguyên tử trong phân tử được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị mạnh hơn nhiều. Do đó, trong các mạng như vậy, các phân tử vẫn giữ được tính chất riêng của chúng và chiếm một vị trí của mạng tinh thể. Sự thay thế ở đây có thể thực hiện được nếu các phân tử có hình dạng và kích thước tương tự nhau. Vì các lực kết nối các phân tử tương đối yếu nên ranh giới thay thế ở đây rộng hơn nhiều. Như Nikitin đã chỉ ra, các nguyên tử của khí hiếm có thể thay thế đồng hình các phân tử CO2, SO2, CH3COCH3 và các phân tử khác trong mạng của các chất này. Sự giống nhau về công thức hóa học là không cần thiết ở đây.  

Trong mạng tinh thể phân tử, các phân tử nằm ở vị trí mạng tinh thể. Hầu hết các chất có liên kết cộng hóa trị đều tạo thành tinh thể loại này. Mạng phân tử tạo thành hydro rắn, clo, carbon dioxide và các chất khác ở dạng khí ở nhiệt độ bình thường. Tinh thể của hầu hết các chất hữu cơ cũng thuộc loại này. Vì vậy, rất nhiều chất có mạng tinh thể phân tử đã được biết đến. Các phân tử nằm ở vị trí mạng tinh thể được kết nối với nhau bằng lực liên phân tử (bản chất của các lực này đã được thảo luận ở trên; xem trang. Vì lực liên phân tử yếu hơn nhiều so với lực liên kết hóa học, tinh thể phân tử có độ nóng chảy thấp, đặc trưng bởi độ bay hơi đáng kể và độ cứng của chúng thấp. Nhiệt độ nóng chảy và sôi của những chất có phân tử không phân cực đặc biệt thấp, ví dụ, tinh thể parafin rất mềm, mặc dù liên kết cộng hóa trị C-C trong các phân tử hydrocarbon mà các tinh thể này được tạo ra cũng mạnh như nhau. các liên kết được hình thành bởi các khí tinh thể cao quý, cũng nên được phân loại là phân tử, bao gồm các phân tử đơn nguyên, vì lực hóa trị không đóng vai trò gì trong việc hình thành các tinh thể này và liên kết giữa các hạt ở đây có cùng bản chất như ở các loại khác. tinh thể phân tử; điều này quyết định khoảng cách tương tác giữa các nguyên tử trong các tinh thể này;  

Sơ đồ đăng ký Debyegram.

Tại các nút của mạng tinh thể phân tử có các phân tử được liên kết với nhau bằng lực liên phân tử yếu. Những tinh thể như vậy tạo thành các chất có liên kết cộng hóa trị trong phân tử. Rất nhiều chất có mạng tinh thể phân tử đã được biết đến. Mạng phân tử chứa hydro rắn, clo, carbon dioxide và các chất khác ở dạng khí ở nhiệt độ bình thường. Tinh thể của hầu hết các chất hữu cơ cũng thuộc loại này.  

Các chủ đề của bộ mã hóa Kỳ thi Thống nhất: Các chất có cấu trúc phân tử và phi phân tử. Loại mạng tinh thể. Sự phụ thuộc tính chất của các chất vào thành phần và cấu trúc của chúng.

Lý thuyết động học phân tử

Tất cả các phân tử được tạo thành từ các hạt nhỏ gọi là nguyên tử. Tất cả các nguyên tử hiện được phát hiện đều được tập hợp trong bảng tuần hoàn.

nguyên tử là hạt nhỏ nhất, không thể phân chia về mặt hóa học của một chất mà vẫn giữ được tính chất hóa học của nó. Các nguyên tử kết nối với nhau liên kết hóa học. Chúng tôi đã xem xét a. Hãy nhớ nghiên cứu lý thuyết về chủ đề: Các loại liên kết hóa học trước khi nghiên cứu bài viết này nhé!

Bây giờ chúng ta hãy xem các hạt trong vật chất có thể kết nối như thế nào.

Tùy thuộc vào vị trí của các hạt so với nhau, tính chất của các chất mà chúng tạo thành có thể khác nhau rất nhiều. Vì vậy, nếu các hạt nằm cách xa nhau xa(khoảng cách giữa các hạt lớn hơn nhiều so với kích thước của chính các hạt), thực tế không tương tác với nhau, chuyển động trong không gian một cách hỗn loạn và liên tục, khi đó chúng ta đang giải quyết khí đốt .

Nếu các hạt được định vị đóng với nhau nhưng hỗn loạn, hơn tương tác với nhau, thực hiện các chuyển động dao động mạnh ở một vị trí nhưng có thể nhảy sang vị trí khác thì đây là mô hình cấu trúc chất lỏng .

Nếu các hạt được định vị đóng với nhau, nhưng hơn thế nữa một cách có trật tự, Và tương tác nhiều hơn với nhau, nhưng chỉ di chuyển trong một vị trí cân bằng, gần như không di chuyển sang vị trí cân bằng khác tình hình, thì chúng ta đang giải quyết chất rắn .

Hầu hết các chất và hỗn hợp hóa học được biết đến có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng và khí. Ví dụ đơn giản nhất là Nước. Trong điều kiện bình thường nó chất lỏng, ở 0 o C nó đóng băng - chuyển từ trạng thái lỏng sang cứng, và ở 100 o C nó sôi - biến thành pha khí– hơi nước. Hơn nữa, nhiều chất trong điều kiện bình thường là chất khí, chất lỏng hoặc chất rắn. Ví dụ, không khí - hỗn hợp nitơ và oxy - là chất khí trong điều kiện bình thường. Nhưng ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, nitơ và oxy ngưng tụ và chuyển sang pha lỏng. Nitơ lỏng được sử dụng tích cực trong công nghiệp. Đôi khi bị cô lập huyết tương, và cả tinh thể lỏng, như các giai đoạn riêng biệt.

Nhiều tính chất của từng chất và hỗn hợp được giải thích sự sắp xếp lẫn nhau của các hạt trong không gian so với nhau!

Bài viết này xem xét tính chất của chất rắn, tùy thuộc vào cấu trúc của chúng. Tính chất vật lý cơ bản của chất rắn: điểm nóng chảy, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, độ bền cơ học, độ dẻo, v.v.

điểm nóng chảy - đây là nhiệt độ mà một chất chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại.

là khả năng của một chất có thể biến dạng mà không bị phân hủy.

Độ dẫn điện là khả năng dẫn dòng điện của một chất.

Dòng điện là chuyển động có trật tự của các hạt tích điện. Vì vậy, dòng điện chỉ có thể được thực hiện bởi các chất có chứa hạt tích điện di động. Dựa vào khả năng dẫn dòng điện, các chất được chia thành chất dẫn điện và chất điện môi. Chất dẫn điện là những chất có thể dẫn dòng điện (tức là chứa các hạt tích điện di động). Chất điện môi là những chất thực tế không dẫn dòng điện.

Trong chất rắn, các phân tử của chất đó có thể được định vị hỗn loạn, hoặc trật tự hơnÔ. Nếu các hạt của một chất rắn nằm trong không gian hỗn loạn, chất đó được gọi là vô định hình. Ví dụ về chất vô định hình than đá, thủy tinh mica.

Nếu các hạt của chất rắn được sắp xếp trong không gian một cách có trật tự, tức là dạng lặp lại các cấu trúc hình học ba chiều, chất đó được gọi là pha lê, và bản thân cấu trúc – mạng tinh thể . Hầu hết các chất chúng ta biết đều là tinh thể. Bản thân các hạt nằm ở nút mạng tinh thể.

Các chất kết tinh được phân biệt đặc biệt bằng loại liên kết hóa học giữa các phân tử trong tinh thể – nguyên tử, phân tử, kim loại, ion; theo hình dạng hình học của ô đơn giản nhất của mạng tinh thể - hình khối, hình lục giác, v.v.

Tùy thuộc vào loại hạt tạo thành mạng tinh thể , phân biệt cấu trúc tinh thể nguyên tử, phân tử, ion và kim loại .

Mạng tinh thể nguyên tử

Mạng tinh thể nguyên tử được hình thành khi các nút của tinh thể nằm ở vị trí nguyên tử. Các nguyên tử liên kết chặt chẽ với nhau liên kết hóa học cộng hóa trị. Theo đó, một mạng tinh thể như vậy sẽ rất bền bỉ, không dễ để tiêu diệt nó. Mạng tinh thể nguyên tử có thể được hình thành bởi các nguyên tử có hóa trị cao, tức là với số lượng lớn liên kết với các nguyên tử lân cận (4 hoặc nhiều hơn). Theo quy định, đây là những phi kim loại: các chất đơn giản - silicon, boron, carbon (kim cương biến đổi đẳng hướng, than chì) và các hợp chất của chúng (boron carbon, oxit silic (IV), v.v..). Vì liên kết hóa học chủ yếu xảy ra giữa các phi kim, electron tự do(giống như các hạt tích điện khác) trong các chất có mạng tinh thể nguyên tử trong hầu hết các trường hợp không. Vì vậy, những chất như vậy thường dẫn điện rất kém, tức là là chất điện môi. Đây là những mô hình chung, trong đó có một số trường hợp ngoại lệ.

Giao tiếp giữa các hạt trong tinh thể nguyên tử: .

Tại các nút của tinh thể với cấu trúc tinh thể nguyên tử nằm nguyên tử.

Trạng thái pha tinh thể nguyên tử trong điều kiện bình thường: như một quy luật, chất rắn.

chất, tạo thành tinh thể nguyên tử ở trạng thái rắn:

1. Chất đơn giản hóa trị cao (nằm ở giữa bảng tuần hoàn): boron, carbon, silicon, v.v.
2. Các chất phức tạp được tạo thành bởi các phi kim loại này: silica (silicon oxit, cát thạch anh) SiO 2; cacbua silic (corundum) SiC; boron cacbua, boron nitrit, v.v.

Tính chất vật lý của các chất có mạng tinh thể nguyên tử:

— sức mạnh;

- tính chịu lửa (điểm nóng chảy cao);

- độ dẫn điện thấp;

- độ dẫn nhiệt thấp;

- tính trơ về mặt hóa học (các chất không hoạt động);

- không hòa tan trong dung môi.

Mạng tinh thể phân tử- đây là một mạng, tại các nút có phân tử. Giữ các phân tử trong tinh thể lực hút liên phân tử yếu (lực van der Waals, liên kết hydro hoặc lực hút tĩnh điện). Theo đó, một mạng tinh thể như vậy, như một quy luật, khá dễ dàng để tiêu diệt. Các chất có mạng tinh thể phân tử - dễ nóng chảy, dễ vỡ. Lực hút giữa các phân tử càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy của chất càng cao. Theo quy định, nhiệt độ nóng chảy của các chất có mạng tinh thể phân tử không cao hơn 200-300K. Vì vậy, trong điều kiện bình thường, hầu hết các chất có mạng tinh thể phân tử đều tồn tại ở dạng chất khí hoặc chất lỏng. Theo quy luật, mạng tinh thể phân tử được hình thành ở dạng rắn bởi axit, oxit phi kim loại, các hợp chất nhị phân khác của phi kim loại, các chất đơn giản tạo thành các phân tử ổn định (oxy O 2, nitơ N 2, nước H 2 O, v.v.), các chất hữu cơ. Theo quy luật, đây là những chất có liên kết cộng hóa trị phân cực (ít thường xuyên không phân cực). Bởi vì các electron tham gia vào liên kết hóa học, các chất có mạng tinh thể phân tử - chất điện môi, không dẫn nhiệt tốt.

Giao tiếp giữa các hạt trong tinh thể phân tử: m Lực hút giữa các phân tử, tĩnh điện hoặc liên phân tử.

Tại các nút của tinh thể với cấu trúc tinh thể phân tử nằm phân tử.

Trạng thái pha tinh thể phân tử ở điều kiện thường: chất khí, chất lỏng và chất rắn.

chất, hình thành ở trạng thái rắn tinh thể phân tử:

1. Các chất phi kim đơn giản tạo thành các phân tử nhỏ, mạnh (O 2, N 2, H 2, S 8, v.v.);
2. Các chất phức tạp (hợp chất phi kim loại) có liên kết cộng hóa trị có cực (trừ silicon và oxit boron, hợp chất silicon và carbon) - nước H 2 O, oxit lưu huỳnh SO 3, v.v.
3. Khí hiếm đơn nguyên tử (heli, neon, argon, krypton vân vân.);
4. Hầu hết các chất hữu cơ không có liên kết ion — metan CH 4, benzen C 6 H 6, v.v.

Tính chất vật lý chất có mạng tinh thể phân tử:

- tính dễ nóng chảy (điểm nóng chảy thấp):

- khả năng nén cao;

- các tinh thể phân tử ở dạng rắn, cũng như ở dạng dung dịch và ở dạng nóng chảy, không dẫn dòng điện;

- trạng thái pha trong điều kiện bình thường - khí, chất lỏng, chất rắn;

- tính biến động cao;

- độ cứng thấp.

Mạng tinh thể ion

Nếu có các hạt tích điện ở các nút tinh thể – ion, chúng ta có thể nói về mạng tinh thể ion . Thông thường, các tinh thể ion xen kẽ ion dương(cation) và ion âm(anion), do đó các hạt được giữ trong tinh thể lực hút tĩnh điện . Tùy thuộc vào loại tinh thể và loại ion tạo thành tinh thể, những chất đó có thể khá bền và chịu lửa. Ở trạng thái rắn, thường không có các hạt tích điện di động trong tinh thể ion. Nhưng khi tinh thể hòa tan hoặc tan chảy, các ion được giải phóng và có thể chuyển động dưới tác động của điện trường bên ngoài. Những thứ kia. Chỉ có dung dịch hoặc chất tan chảy mới dẫn được dòng điện tinh thể ion. Mạng tinh thể ion là đặc trưng của các chất có liên kết hóa học ion. Ví dụ những chất như vậy - muối ăn NaCl, canxi cacbonat– CaCO 3, v.v… Mạng tinh thể ion thường được hình thành ở pha rắn muối, bazơ, cũng như các oxit kim loại và các hợp chất nhị phân của kim loại và phi kim loại.

Giao tiếp giữa các hạt trong tinh thể ion: .

Tại các nút của tinh thể với mạng ion nằm ở ion.

Trạng thái pha tinh thể ion trong điều kiện bình thường: như một quy luật, chất rắn.

Hóa chất với mạng tinh thể ion:

1. Muối (hữu cơ và vô cơ), kể cả muối amoni (Ví dụ, amoni clorua NH4Cl);
2. Căn cứ;
3. Oxit kim loại;
4. Các hợp chất nhị phân chứa kim loại và phi kim loại.

Tính chất vật lý của các chất có cấu trúc tinh thể ion:

- điểm nóng chảy cao (độ khúc xạ);

- dung dịch và chất tan của tinh thể ion là chất dẫn điện;

- hầu hết các hợp chất đều hòa tan trong dung môi phân cực (nước);

- trạng thái pha rắn của hầu hết các hợp chất trong điều kiện bình thường.

Và cuối cùng, kim loại được đặc trưng bởi một loại cấu trúc không gian đặc biệt - lưới tinh thể kim loại, đó là do liên kết hóa học kim loại . Các nguyên tử kim loại giữ các electron hóa trị khá yếu. Trong tinh thể được hình thành bởi kim loại, các quá trình sau xảy ra đồng thời: Một số nguyên tử nhường electron và trở thành ion tích điện dương; những cái này các electron chuyển động ngẫu nhiên trong tinh thể; một số electron bị hút bởi các ion. Các quá trình này xảy ra đồng thời và hỗn loạn. Như vậy, ion phát sinh , như trong sự hình thành liên kết ion và các electron dùng chung được hình thành , giống như sự hình thành liên kết cộng hóa trị. Các electron tự do chuyển động ngẫu nhiên và liên tục trong toàn bộ thể tích của tinh thể, giống như chất khí. Đó là lý do tại sao đôi khi chúng được gọi là " khí điện tử " Do sự có mặt của một số lượng lớn các hạt mang điện di động, kim loại dẫn dòng điện và nhiệt. Điểm nóng chảy của kim loại rất khác nhau. Kim loại còn có đặc điểm một ánh kim loại đặc biệt, dễ uốn, tức là khả năng thay đổi hình dạng mà không bị phá hủy dưới áp lực cơ học mạnh, bởi vì liên kết hóa học không bị phá hủy.

Giao tiếp giữa các hạt : .

Tại các nút của tinh thể với lưới tản nhiệt kim loại nằm ion kim loại và nguyên tử.

Trạng thái pha kim loại ở điều kiện thường: thường là chất rắn(ngoại trừ thủy ngân, một chất lỏng ở điều kiện bình thường).

Hóa chất với một mạng tinh thể kim loại - chất đơn giản - kim loại.

Tính chất vật lý của các chất có mạng tinh thể kim loại:

- độ dẫn nhiệt và điện cao;

- tính dẻo và tính dẻo;

- ánh kim loại;

- kim loại thường không tan trong dung môi;

- Hầu hết kim loại đều ở thể rắn ở điều kiện thường.

So sánh tính chất của các chất có mạng tinh thể khác nhau

Loại mạng tinh thể (hoặc thiếu mạng tinh thể) cho phép người ta đánh giá các tính chất vật lý cơ bản của một chất. Để so sánh đại khái các tính chất vật lý điển hình của các hợp chất có mạng tinh thể khác nhau, rất thuận tiện khi sử dụng các hóa chất có tính chất đặc trưng. Ví dụ, đối với mạng phân tử, đây là khí cacbonic, đối với mạng tinh thể nguyên tử - kim cương, đối với kim loại - đồng và đối với mạng tinh thể ion - muối ăn, natri clorua NaCl.

Bảng tóm tắt cấu tạo của các chất đơn giản được hình thành bởi các nguyên tố hóa học thuộc các phân nhóm chính của bảng tuần hoàn (các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ là kim loại nên có mạng tinh thể kim loại).

Bảng cuối cùng về mối quan hệ giữa tính chất của các chất và cấu trúc của chúng:

Hầu hết chất rắn có kết tinh cấu trúc được đặc trưng sự sắp xếp được xác định chặt chẽ của các hạt. Nếu bạn kết nối các hạt bằng những đường thông thường, bạn sẽ có được một khung không gian gọi là mạng tinh thể. Các điểm mà các hạt tinh thể tập trung được gọi là các nút mạng. Các nút của mạng tưởng tượng có thể chứa các nguyên tử, ion hoặc phân tử.

Tùy thuộc vào bản chất của các hạt nằm ở nút và tính chất liên kết giữa chúng, bốn loại mạng tinh thể được phân biệt: ion, kim loại, nguyên tử và phân tử.

ion được gọi là mạng trong đó các nút có các ion.

Chúng được hình thành bởi các chất có liên kết ion. Tại các nút của mạng như vậy có các ion dương và âm được kết nối với nhau bằng tương tác tĩnh điện.

Mạng tinh thể ion có muối, bazơ, oxit kim loại hoạt động. Các ion có thể đơn giản hoặc phức tạp. Ví dụ, tại các vị trí mạng tinh thể của natri clorua có các ion natri đơn giản Na và clo Cl −, và tại các vị trí mạng tinh thể của các ion kali sunfat đơn giản K và các ion sunfat phức tạp SO 4 2 − xen kẽ nhau.

Liên kết giữa các ion trong tinh thể như vậy rất mạnh. Vì vậy, các chất ion là chất rắn, chịu nhiệt, không bay hơi. Những chất như vậy là tốt hòa tan trong nước.

Mạng tinh thể natri clorua

Tinh thể natri clorua

Kim loại gọi là mạng, bao gồm các ion dương, nguyên tử kim loại và các electron tự do.

Chúng được hình thành bởi các chất có liên kết kim loại. Tại các nút của mạng kim loại có các nguyên tử và ion (có thể là nguyên tử hoặc ion, mà các nguyên tử dễ dàng biến thành, nhường lại các electron bên ngoài của chúng để sử dụng chung).

Mạng tinh thể như vậy là đặc trưng của các chất đơn giản của kim loại và hợp kim.

Điểm nóng chảy của kim loại có thể khác nhau (từ \(–37\) °C đối với thủy ngân đến hai đến ba nghìn độ). Nhưng mọi kim loại đều có đặc điểm tỏa sáng kim loại, tính dẻo, tính dẻo, dẫn điện tốt và sự ấm áp.

Lưới tinh thể kim loại

Phần cứng

Mạng nguyên tử được gọi là mạng tinh thể, tại các nút trong đó có các nguyên tử riêng lẻ được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.

Kim cương có loại mạng tinh thể này - một trong những dạng biến đổi đẳng hướng của carbon. Các chất có mạng tinh thể nguyên tử bao gồm than chì, silicon, boron và germani, cũng như các chất phức tạp, ví dụ carborundum SiC và silica, thạch anh, đá pha lê, cát, bao gồm oxit silic (\(IV\)) Si O 2.

Những chất này có đặc điểm cường độ cao và độ cứng. Vì vậy, kim cương là chất tự nhiên cứng nhất. Những chất có mạng tinh thể nguyên tử có rất điểm nóng chảy cao và sôi. Ví dụ, điểm nóng chảy của silica là \(1728\) °C, trong khi đối với than chì thì cao hơn - \(4000\) °C. Tinh thể nguyên tử thực tế không hòa tan.

Lưới tinh thể kim cương

Kim cương

phân tử được gọi là mạng, tại các nút trong đó có các phân tử được kết nối với nhau bằng tương tác giữa các phân tử yếu.

Mặc dù thực tế là các nguyên tử bên trong phân tử được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị rất mạnh, lực hút liên phân tử yếu tác dụng giữa chính các phân tử. Vì vậy, tinh thể phân tử có sức mạnh thấp và độ cứng, điểm nóng chảy thấp và sôi. Nhiều chất phân tử là chất lỏng và chất khí ở nhiệt độ phòng. Những chất như vậy dễ bay hơi. Ví dụ, iốt kết tinh và carbon monoxide rắn (\(IV\)) (“đá khô”) bay hơi mà không chuyển sang trạng thái lỏng. Một số chất phân tử có mùi .

Loại mạng này có các chất đơn giản ở trạng thái kết tụ rắn: khí hiếm có phân tử đơn nguyên tử (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), cũng như các phi kim loại có hai và phân tử đa nguyên tử (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Chúng có mạng tinh thể phân tử còn các chất có liên kết cộng hóa trị cực: nước - nước đá, amoniac rắn, axit, oxit phi kim loại. Số đông hợp chất hữu cơ cũng là các tinh thể phân tử (naphthalene, đường, glucose).

Những gì tồn tại trong tự nhiên được hình thành bởi một số lượng lớn các hạt giống hệt nhau được kết nối với nhau. Tất cả các chất tồn tại ở ba trạng thái kết tụ: khí, lỏng và rắn. Khi chuyển động nhiệt khó khăn (ở nhiệt độ thấp), cũng như trong chất rắn, các hạt được định hướng chặt chẽ trong không gian, điều này được thể hiện ở cách tổ chức cấu trúc chính xác của chúng.

Mạng tinh thể của một chất là một cấu trúc có sự sắp xếp hình học của các hạt (nguyên tử, phân tử hoặc ion) tại một số điểm nhất định trong không gian. Trong các mạng khác nhau, có sự phân biệt giữa không gian nội nút và chính các nút - những điểm mà chính các hạt nằm ở đó.

Có bốn loại mạng tinh thể: kim loại, phân tử, nguyên tử, ion. Các loại mạng được xác định tùy theo loại hạt nằm ở nút của chúng, cũng như bản chất của các kết nối giữa chúng.

Mạng tinh thể được gọi là phân tử nếu các phân tử nằm ở các nút của nó. Chúng được kết nối bằng lực liên phân tử tương đối yếu, gọi là lực van der Waals, nhưng bản thân các nguyên tử bên trong phân tử được liên kết bằng một lực mạnh hơn đáng kể hoặc lực không phân cực). Mạng tinh thể phân tử là đặc trưng của clo, hydro rắn và các chất khác ở dạng khí ở nhiệt độ bình thường.

Các tinh thể hình thành khí hiếm cũng có mạng phân tử bao gồm các phân tử đơn nguyên tử. Hầu hết các chất rắn hữu cơ đều có cấu trúc này. Số lượng có cấu trúc phân tử rất nhỏ. Ví dụ, đây là hydro halogenua rắn, lưu huỳnh tự nhiên, nước đá, chất rắn đơn giản và một số chất khác.

Khi đun nóng, các liên kết liên phân tử tương đối yếu bị phá hủy khá dễ dàng, do đó các chất có mạng như vậy có nhiệt độ nóng chảy rất thấp và độ cứng thấp, chúng không hòa tan hoặc ít tan trong nước, dung dịch của chúng thực tế không dẫn điện và có đặc điểm là dễ bay hơi. . Điểm sôi và điểm nóng chảy tối thiểu dành cho các chất được tạo thành từ các phân tử không phân cực.

Mạng tinh thể được gọi là kim loại, các nút được hình thành bởi các nguyên tử và ion dương (cation) của kim loại với các electron hóa trị tự do (tách ra khỏi nguyên tử trong quá trình hình thành ion), di chuyển ngẫu nhiên trong thể tích của tinh thể. Tuy nhiên, những electron này về cơ bản là bán tự do, vì chúng chỉ có thể chuyển động tự do trong khuôn khổ bị giới hạn bởi một mạng tinh thể nhất định.

Các electron tĩnh điện và các ion kim loại dương hút lẫn nhau, điều này giải thích tính ổn định của mạng tinh thể kim loại. Tập hợp các electron chuyển động tự do được gọi là khí electron - nó cung cấp dòng điện tốt và khi xuất hiện điện áp, các electron lao tới hạt dương, tham gia tạo ra dòng điện và tương tác với các ion.

Mạng tinh thể kim loại là đặc trưng chủ yếu của các kim loại nguyên tố, cũng như các hợp chất của các kim loại khác nhau với nhau. Các tính chất chính vốn có của tinh thể kim loại (độ bền cơ học, độ bay hơi, dao động khá mạnh. Tuy nhiên, các tính chất vật lý như độ dẻo, tính dẻo, độ dẫn điện và nhiệt cao và độ bóng kim loại đặc trưng chỉ đặc trưng cho các tinh thể có mạng kim loại .

Không phải các nguyên tử hay phân tử riêng lẻ tham gia vào các tương tác hóa học mà là các chất. Các chất được phân loại theo loại liên kết phân tử và phi phân tử các tòa nhà.

Đây là những chất được tạo thành từ các phân tử. Liên kết giữa các phân tử trong các chất như vậy rất yếu, yếu hơn nhiều so với giữa các nguyên tử bên trong phân tử và thậm chí ở nhiệt độ tương đối thấp chúng bị phá vỡ - chất biến thành chất lỏng và sau đó thành khí (thăng hoa của iốt). Điểm nóng chảy và sôi của các chất bao gồm các phân tử tăng lên khi khối lượng phân tử tăng lên. Các chất phân tử bao gồm các chất có cấu trúc nguyên tử (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), trong số đó có kim loại và phi kim loại.

Cấu trúc phi phân tử của các chất

Đến các chất phi phân tử cấu trúc bao gồm các hợp chất ion. Hầu hết các hợp chất của kim loại với phi kim đều có cấu trúc này: tất cả các muối (NaCl, K 2 S0 4), một số hydrua (LiH) và oxit (CaO, MgO, FeO), bazơ (NaOH, KOH). Các chất ion (phi phân tử) có điểm nóng chảy và sôi cao.

Chất rắn: tinh thể và vô định hình

Chất vô định hình chúng không có điểm nóng chảy rõ ràng - khi đun nóng, chúng mềm dần và chuyển sang trạng thái lỏng. Ví dụ, chất dẻo và các loại nhựa khác nhau ở trạng thái vô định hình.

Chất kết tinhđược đặc trưng bởi sự sắp xếp chính xác của các hạt mà chúng bao gồm: nguyên tử, phân tử và ion - tại các điểm được xác định chặt chẽ trong không gian. Khi các điểm này được nối bằng các đường thẳng sẽ tạo thành một khung không gian, gọi là mạng tinh thể. Những điểm mà các hạt tinh thể tập trung được gọi là nút mạng.

Tùy thuộc vào loại hạt nằm ở các nút của mạng tinh thể và tính chất liên kết giữa chúng, bốn loại mạng tinh thể được phân biệt: ion, nguyên tử, phân tử và kim loại .

Mạng tinh thể ion

ionđược gọi là mạng tinh thể, trong các nút có chứa các ion. Chúng được hình thành bởi các chất có liên kết ion, có thể liên kết cả các ion đơn giản Na +, Cl - và phức hợp S0 4 2-, OH -. Do đó, muối và một số oxit và hydroxit của kim loại có mạng tinh thể ion. Ví dụ, một tinh thể natri clorua được tạo thành từ các ion dương Na + và âm Cl - xen kẽ nhau, tạo thành một mạng hình lập phương.

Mạng tinh thể ion của muối ăn

Liên kết giữa các ion trong tinh thể như vậy rất ổn định. Do đó, các chất có mạng ion được đặc trưng bởi độ cứng và độ bền tương đối cao, chúng có tính chịu lửa và không bay hơi.

Mạng tinh thể nguyên tử

nguyên tửđược gọi là mạng tinh thể, trong các nút có các nguyên tử riêng lẻ. Trong mạng như vậy, các nguyên tử được kết nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị rất mạnh. Một ví dụ về các chất có loại mạng tinh thể này là kim cương, một trong những dạng biến đổi đẳng hướng của carbon.

Mạng tinh thể nguyên tử của kim cương

Hầu hết các chất có mạng tinh thể nguyên tử đều có điểm nóng chảy rất cao (ví dụ, đối với kim cương là trên 3500 ° C), chúng bền và cứng và thực tế không hòa tan.

Mạng tinh thể phân tử

phân tửđược gọi là mạng tinh thể, trong đó có các nút chứa các phân tử.

Mạng tinh thể phân tử của iốt

Liên kết hóa học trong các phân tử này có thể vừa phân cực (HCl, H 2 O) vừa không phân cực (N 2, O 2). Mặc dù thực tế là các nguyên tử bên trong phân tử được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị rất mạnh, nhưng lực hút liên phân tử yếu lại tác dụng giữa chính các phân tử. Do đó, các chất có mạng tinh thể phân tử có độ cứng thấp, điểm nóng chảy thấp và dễ bay hơi. Hầu hết các hợp chất hữu cơ rắn đều có mạng tinh thể phân tử (naphthalene, glucose, đường).

Lưới tinh thể kim loại

Những chất có liên kết kim loại có kim loại mạng tinh thể.

Tại vị trí của các mạng như vậy có các nguyên tử và ion (có thể là nguyên tử hoặc ion, trong đó các nguyên tử kim loại dễ dàng biến đổi, nhường các electron bên ngoài của chúng “để sử dụng chung”). Cấu trúc bên trong của kim loại quyết định các tính chất vật lý đặc trưng của chúng: tính dẻo, độ dẻo, độ dẫn điện và nhiệt, độ bóng kim loại đặc trưng.