Ainete molekulaarne ja mittemolekulaarne struktuur. Aine struktuur

Keemilistesse vastasmõjudesse ei astu mitte üksikud aatomid ega molekulid, vaid ained. Aineid eristatakse sideme tüübi järgi molekulaarne ja mittemolekulaarne struktuur. Molekulidest koosnevaid aineid nimetatakse molekulaarsed ained. Molekulidevahelised sidemed sellistes ainetes on väga nõrgad, palju nõrgemad kui molekuli sees olevate aatomite vahel ja juba suhteliselt madalal temperatuuril need katkevad – aine muutub vedelikuks ja seejärel gaasiks (joodisublimatsioon). Molekulidest koosnevate ainete sulamis- ja keemistemperatuur tõuseb koos molekulmassi suurenemisega. To molekulaarsed ained hõlmab aatomstruktuuriga aineid (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), nende hulgas on metalle ja mittemetalle. Ainetele mittemolekulaarne struktuur hõlmavad ioonseid ühendeid. Enamikul metalliühenditel mittemetallidega on selline struktuur: kõik soolad (NaCl, K 2 SO 4), mõned hüdriidid (LiH) ja oksiidid (CaO, MgO, FeO), alused (NaOH, KOH). Ioonsed (mittemolekulaarsed) ained on kõrged temperatuurid sulamine ja keemine.

Tahked ained: amorfsed ja kristalsed

Tahked ained jagunevad kristalne ja amorfne.

Amorfsed ained neil ei ole selget sulamistemperatuuri - kuumutamisel need järk-järgult pehmenevad ja muutuvad vedelaks. Amorfses olekus on näiteks plastiliin ja erinevad vaigud.

Kristallilised ained iseloomustatud õige asukoht need osakesed, millest nad koosnevad: aatomid, molekulid ja ioonid - rangelt määratletud ruumipunktides. Kui need punktid on ühendatud sirgjoontega, moodustub ruumiline raam, mida nimetatakse kristallvõreks. Punkte, kus kristalliosakesed paiknevad, nimetatakse võresõlmedeks. Sõltuvalt kristallvõre sõlmedes paiknevate osakeste tüübist ja nendevahelise ühenduse olemusest eristatakse nelja tüüpi kristallvõresid: ioonseid, aatom-, molekulaarseid ja metallilisi.

Kristallvõret nimetatakse ioonseks, mille kohtades on ioone. Neid moodustavad ioonse sidemega ained, mida saab seostada nii lihtioonidega Na +, Cl - kui ka komplekssete SO 4 2-, OH - ioonidega. Järelikult on metallide sooladel, osadel oksiididel ja hüdroksiididel ioonkristallvõre. Näiteks on naatriumkloriidi kristall ehitatud vahelduvatest positiivsetest Na + ja negatiivsetest Cl - ioonidest, moodustades kuubikujulise võre. Ioonidevahelised sidemed sellises kristallis on väga stabiilsed. Seetõttu iseloomustab ioonvõrega aineid suhteliselt kõrge kõvadus ja tugevus, need on tulekindlad ja mittelenduvad.

Kristallvõre - a) ja amorfne võre - b).

Aatomi kristallvõred

tuumaenergia nimetatakse kristallvõredeks, mille sõlmedes on üksikud aatomid. Sellistes võredes on aatomid omavahel seotud väga tugevad kovalentsed sidemed. Seda tüüpi kristallvõrega ainete näide on teemant, üks süsiniku allotroopsetest modifikatsioonidest. Enamikul aatomkristallvõrega ainetel on väga kõrge sulamistemperatuur (näiteks teemandis on see üle 3500 ° C), need on tugevad ja kõvad, praktiliselt lahustumatud.

Molekulaarkristallvõred

Molekulaarne nimetatakse kristallvõredeks, mille sõlmedes paiknevad molekulid. Nendes molekulides võivad keemilised sidemed olla nii polaarsed (HCl, H 2 O) kui ka mittepolaarsed (N 2, O 2). Vaatamata asjaolule, et molekulide aatomid on seotud väga tugevate kovalentsete sidemetega, molekulide endi vahel toimivad nõrgad molekulidevahelise tõmbejõud. Seetõttu on molekulaarsete kristallvõredega ained madala kõvaduse, madala sulamistemperatuuriga ja lenduvad. Enamikul tahketel orgaanilistel ühenditel on molekulaarsed kristallvõred (naftaleen, glükoos, suhkur).

Metallist kristallivõred

Ained koos metalliline side neil on metallist kristallvõre. Selliste võre sõlmedes on aatomid ja ioonid(kas aatomid, seejärel ioonid, milleks metalliaatomid kergesti muutuvad, andes oma välistele elektronidele “to ühine kasutamine"). Sellised sisemine struktuur metallid määrab nende omadused füüsikalised omadused: tempermalmistavus, plastilisus, elektri- ja soojusjuhtivus, iseloomulik metalliline läige.

petulehed

Tagasi edasi

Tähelepanu! Slaidi eelvaade on ainult informatiivsel eesmärgil ja ei pruugi esindada esitluse kogu ulatust. Kui olete huvitatud see töö palun laadige alla täisversioon.

Tunni tüüp: kombineeritud.

Tunni põhieesmärk: Anda õpilastele konkreetseid ideid amorfsete ja kristalsete ainete, kristallvõre tüüpide kohta, teha kindlaks seos ainete struktuuri ja omaduste vahel.

Tunni eesmärgid.

Õppetöö: kujundada arusaamu tahkete ainete kristalsest ja amorfsest olekust, tutvustada õpilastele erinevat tüüpi kristallvõresid, teha kindlaks kristalli füüsikaliste omaduste sõltuvus kristallis oleva keemilise sideme olemusest ja kristalli tüübist. võre, anda õpilastele põhiideed keemilise sideme olemuse ja kristallvõre tüüpide mõjust aine omadustele, anda õpilastele aimu koostise püsivuse seadusest.

Hariduslik: jätkata õpilaste maailmapildi kujundamist, arvestada terviku komponentide – ainete struktuursete osakeste – vastastikust mõju, mille tulemusena ilmnevad uued omadused, kasvatada oma õppetöö korraldamise oskust, järgima meeskonnas töötamise reegleid.

Arendav: arendada koolinoorte kognitiivset huvi probleemsituatsioonide abil; parandada õpilaste oskust tuvastada ainete füüsikaliste omaduste põhjuslikku sõltuvust keemilisest sidemest ja kristallvõre tüübist, ennustada kristallvõre tüüpi aine füüsikaliste omaduste põhjal.

Varustus: D. I. Mendelejevi perioodiline süsteem, kollektsioon “Metallid”, mittemetallid: väävel, grafiit, punane fosfor, hapnik; Ettekanne “Kristallvõred”, erinevat tüüpi kristallvõrede mudelid (sool, teemant ja grafiit, süsihappegaas ja jood, metallid), plastide ja nendest valmistatud toodete näidised, klaas, plastiliin, vaigud, vaha, närimiskumm, šokolaad, arvuti , multimeedia installatsioon, videoeksperiment “Bensoehappe sublimatsioon”.

Tundide ajal

1. Organisatsioonimoment.

Õpetaja tervitab õpilasi, parandab puudujaid.

Seejärel räägib ta tunni teema ja tunni eesmärgi. Õpilased kirjutavad tunni teema vihikusse. (Slaid 1, 2).

2. Kodutööde kontrollimine

(2 õpilast tahvlil: määrake ainete keemilise sideme tüüp järgmiste valemitega:

1) NaCl, CO 2, I 2; 2) Na, NaOH, H 2 S (vastus kirjutage tahvlile ja kaasatakse küsitlusesse).

3. Olukorra analüüs.

Õpetaja: Mida keemia õpib? Vastus: Keemia on teadus ainetest, nende omadustest ja ainete muundumisest.

Õpetaja: Mis on aine? Vastus: Mateeria on see, millest füüsiline keha koosneb. (Slaid 3).

Õpetaja: Milliseid ainete koondseisundeid te teate?

Vastus: Agregatsioonil on kolm olekut: tahke, vedel ja gaasiline. (Slaid 4).

Õpetaja: Tooge näiteid ainete kohta, mis erinevatel temperatuuridel võivad esineda kõigis kolmes agregatsiooni olekus.

Vastus: Vesi. Tavatingimustes on vesi vedelas olekus, kui temperatuur langeb alla 0 0 C, muutub vesi tahkeks olekuks - jääks ja temperatuuri tõustes 100 0 C-ni saame veeauru (gaasiline olek).

Õpetaja (lisa): Iga ainet võib saada tahkel, vedelal ja gaasilisel kujul. Lisaks veele on need metallid, mis tavatingimustes on tahkes olekus, kuumutamisel hakkavad nad pehmenema ja teatud temperatuuril (t pl) muutuvad vedelaks - sulavad. Edasisel kuumutamisel, keemistemperatuurini, hakkavad metallid aurustuma, s.t. minna gaasilisse olekusse. Iga gaasi saab temperatuuri alandamise teel muuta vedelaks ja tahkeks: näiteks hapnik, mis temperatuuril (-194 0 C) muutub siniseks vedelikuks ja temperatuuril (-218,8 0 C) tahkub lumetaoline kristallidest koosnev mass sinist värvi. Tänases tunnis käsitleme aine tahket olekut.

Õpetaja: Nimetage, millised tahked ained on teie tabelitel.

Vastus: Metallid, plastiliin, lauasool: NaCl, grafiit.

Õpetaja: Mis sa arvad? Millist neist ainetest on üleliigne?

Vastus: Plastiliin.

Õpetaja: Miks?

Tehakse oletusi. Kui õpilastel on raske, siis õpetaja abiga jõutakse järeldusele, et plastiliinil, erinevalt metallidest ja naatriumkloriidist, puudub konkreetne sulamistemperatuur - see (plastiliin) pehmeneb järk-järgult ja muutub vedelaks. Selline on näiteks suussulav šokolaad ehk nätsud, aga ka klaas, plastmassid, vaigud, vaha (selgitamisel näitab õpetaja nende ainete klassiproove). Selliseid aineid nimetatakse amorfseteks. (slaid 5) ning metallid ja naatriumkloriid on kristalsed. (Slaid 6).

Seega on tahkeid aineid kahte tüüpi : amorfne ja kristalne. (slaid 7).

1) Amorfsetel ainetel ei ole kindlat sulamistemperatuuri ja osakeste paigutus neis ei ole rangelt ette nähtud.

Kristallilistel ainetel on rangelt määratletud sulamistemperatuur ja mis kõige tähtsam, neid iseloomustab osakeste õige paigutus, millest need on ehitatud: aatomid, molekulid ja ioonid. Need osakesed asuvad ruumis rangelt määratletud punktides ja kui need sõlmed on ühendatud sirgjoontega, moodustub ruumiline raam - kristallrakk.

Õpetaja küsib probleemsed küsimused

Kuidas seletada nii erinevate omadustega tahkete ainete olemasolu?

2) Miks kristalsed ained kokkupõrkel nad jagunevad teatud tasapindadeks, kuid amorfsetel ainetel pole seda omadust?

Kuulake õpilaste vastuseid ja suunake need nende juurde järeldus:

Tahkes olekus olevate ainete omadused sõltuvad kristallvõre tüübist (peamiselt sellest, millised osakesed on selle sõlmedes), mis omakorda tuleneb keemilise sideme tüübist antud aines.

Kodutööde kontrollimine:

1) NaCl - ioonne side,

CO 2 - kovalentne polaarne side

I 2 - kovalentne mittepolaarne side

2) Na - metalliline side

NaOH - ioonside Na + ja OH - vahel (kovalentne O ja H)

H 2 S - kovalentne polaarne

esiküsitlus.

• Millist sidet nimetatakse iooniliseks?
• Millist sidet nimetatakse kovalentseks?
• Mis on polaarne kovalentne side? mittepolaarne?
• Mida nimetatakse elektronegatiivsuseks?

Järeldus: On loogiline jada, nähtuste seos looduses: Aatomi ehitus-> EO-> Keemiliste sidemete liigid-> Kristallvõre tüüp-> Ainete omadused . (slaid 10).

Õpetaja: Sõltuvalt osakeste tüübist ja nendevahelise seose olemusest eristuvad nad nelja tüüpi kristallvõre: ioonsed, molekulaarsed, aatomilised ja metallilised. (Slaid 11).

Tulemused on koostatud järgmises tabelis, näidistabelina õpilastele laual. (vt lisa 1). (Slaid 12).

Õpetaja: Mis sa arvad? Millise keemilise sidemega ainete puhul on seda tüüpi võre iseloomulik?

Vastus: Ioonse keemilise sidemega ainete puhul on iseloomulik ioonvõre.

Õpetaja: Millised osakesed asuvad võre sõlmedes?

Vastus: Joona.

Õpetaja: Milliseid osakesi nimetatakse ioonideks?

Vastus: Ioonid on osakesed, millel on positiivne või negatiivne laeng.

Õpetaja: Mis on ioonide koostis?

Vastus: Lihtne ja keeruline.

Demo on naatriumkloriidi (NaCl) kristallvõre mudel.

Õpetaja selgitus: Naatriumkloriidi kristallvõre sõlmedes on naatriumi- ja klooriioonid.

NaCl kristallides ei ole üksikuid naatriumkloriidi molekule. Kogu kristalli tuleks käsitleda kui hiiglaslikku makromolekuli, mis koosneb võrdsest arvust Na + ja Cl - ioonidest, Na n Cl n , kus n on suur arv.

Ioonidevahelised sidemed sellises kristallis on väga tugevad. Seetõttu on ioonvõrega ained suhteliselt suure kõvadusega. Need on tulekindlad, mittelenduvad, rabedad. Nende sulatused viiakse läbi elektrit(Miks?), Vees kergesti lahustuv.

Ioonsed ühendid on metallide (IA ja II A), soolade, leeliste binaarsed ühendid.

Teemandi ja grafiidi kristallvõrede demonstreerimine.

Õpilastel on laual grafiidi näidised.

Õpetaja: Millised osakesed asuvad aatomi kristallvõre sõlmedes?

Vastus: Üksikud aatomid asuvad aatomi kristallvõre sõlmedes.

Õpetaja: Milline keemiline side tekib aatomite vahel?

Vastus: Kovalentne keemiline side.

Õpetaja selgitus.

Tõepoolest, aatomikristallvõre sõlmedes on üksikud aatomid, mis on omavahel seotud kovalentsete sidemetega. Kuna aatomid, nagu ioonid, võivad ruumis paikneda erinevalt, tekivad erineva kujuga kristallid.

Teemandi aatomikristallvõre

Nendes võredes pole molekule. Kogu kristalli tuleks käsitleda kui hiiglaslikku molekuli. Seda tüüpi kristallvõrega ainete näideteks on süsiniku allotroopsed modifikatsioonid: teemant, grafiit; samuti boor, räni, punane fosfor, germaanium. Küsimus: Mis on need ained koostiselt? Vastus: Lihtne koostiselt.

Aatomikristallvõred pole mitte ainult lihtsad, vaid ka keerulised. Näiteks alumiiniumoksiid, ränioksiid. Kõik need ained on väga kõrge sulamistemperatuuriga (teemandil üle 3500 0 C), tugevad ja kõvad, mittelenduvad, vedelikes praktiliselt lahustumatud.

Õpetaja: Poisid, teie laudadel on metallide kogu, vaatame neid proove.

Küsimus: Mis on metallidele iseloomulik keemiline side?

Vastus: metallist. Side metallides positiivsete ioonide vahel sotsialiseeritud elektronide abil.

Küsimus: Millised on metallide üldised füüsikalised omadused?

Vastus: Läige, elektrijuhtivus, soojusjuhtivus, plastilisus.

Küsimus: Selgitage, miks nii paljudel erinevatel ainetel on samad füüsikalised omadused?

Vastus: Metallidel on üks struktuur.

Metallide kristallvõre mudelite demonstreerimine.

Õpetaja selgitus.

Metallilise sidemega ainetel on metallilised kristallvõred

Selliste võre sõlmedes on aatomid ja positiivsed metalliioonid ning valentselektronid liiguvad kristalli põhimassis vabalt. Elektronid tõmbavad elektrostaatiliselt positiivseid metalliioone. See seletab võre stabiilsust.

Õpetaja demonstreerib ja nimetab aineid: jood, väävel.

Küsimus: Mis on neil ainetel ühist?

Vastus: Need ained on mittemetallid. Lihtne koostiselt.

Küsimus: Mis on keemiline side molekulide sees?

Vastus: Molekulide sees olev keemiline side on kovalentne mittepolaarne.

Küsimus: Millised on nende füüsikalised omadused?

Vastus: Lenduv, sulav, vees vähelahustuv.

Õpetaja: Võrdleme metallide ja mittemetallide omadusi. Õpilased vastavad, et omadused on põhimõtteliselt erinevad.

Küsimus: Miks on mittemetallide omadused nii erinevad metallide omadustest?

Vastus: Metallidel on metalliline side, mittemetallidel aga mittepolaarne kovalentne side.

Õpetaja: Seetõttu on võre tüüp erinev. Molekulaarne.

Küsimus: millised osakesed on võrekohtades?

Vastus: Molekulid.

Süsinikdioksiidi ja joodi kristallvõrede demonstreerimine.

Õpetaja selgitus.

Molekulaarkristallvõre

Nagu näete, võib molekulaarkristallvõre olla mitte ainult tahke aine lihtne ained: väärisgaasid, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, valge fosfor P 4, aga ka keeruline: tahke vesi, tahke vesinikkloriid ja vesiniksulfiid. Enamikul tahketel orgaanilistel ühenditel on molekulaarsed kristallvõred (naftaleen, glükoos, suhkur).

Võresaidid sisaldavad mittepolaarseid või polaarseid molekule. Hoolimata asjaolust, et molekulide sees olevad aatomid on seotud tugevate kovalentsete sidemetega, mõjuvad molekulide endi vahel molekulidevahelise interaktsiooni nõrgad jõud.

Järeldus: Ained on haprad, madala kõvadusega, madal temperatuur sulav, lenduv, sublimatsioonivõimeline.

küsimus : Millist protsessi nimetatakse sublimatsiooniks või sublimatsiooniks?

Vastus : Aine üleminekut tahkest agregatsiooni olekust kohe gaasilisse olekusse, möödudes vedelast olekust, nimetatakse sublimatsioon või sublimatsioon.

Kogemuste demonstreerimine: bensoehappe sublimatsioon (videokogemus).

Töötage valmis tabeliga.

Lisa 1. (17. slaid)

Kristallvõred, sideme tüüp ja ainete omadused

Küsimus: Millist tüüpi kristallvõre eespool käsitletutest ei leidu lihtainetes?

Vastus: Ioonilised kristallvõred.

Küsimus: Millised kristallvõred on tüüpilised lihtainetele?

Vastus: Lihtainetele - metallidele - metallist kristallvõre; mittemetallide puhul - aatomi või molekulaarne.

Töötage D.I. Mendelejevi perioodilise süsteemiga.

Küsimus: Kus on metallielemendid perioodilises tabelis ja miks? Elemendid on mittemetallid ja miks?

Vastus: Kui joonistada diagonaal boorist astatiinile, siis sellest diagonaalist vasakpoolses alumises nurgas on metallelemendid, sest. viimasel energia tase need sisaldavad ühte kuni kolme elektroni. Need on elemendid I A, II A, III A (v.a boor), samuti tina ja plii, antimon ja kõik sekundaarsete alarühmade elemendid.

Mittemetallist elemendid asuvad selle diagonaali paremas ülanurgas, sest viimasel energiatasemel sisaldavad neli kuni kaheksa elektroni. Need on elemendid IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A ja boor.

Õpetaja: Leiame mittemetallist elemente, milles lihtainetel on aatomkristallvõre (Vastus: C, B, Si) ja molekulaarne ( Vastus: N, S, O , halogeenid ja väärisgaasid ).

Õpetaja: Sõnastage järeldus, kuidas saate määrata lihtsa aine kristallvõre tüüpi, sõltuvalt elementide asukohast D. I. Mendelejevi perioodilises süsteemis.

Vastus: Metallelementide puhul, mis on I A, II A, IIIA (v.a boor), samuti tina ja plii ning kõigi lihtaine sekundaarsete alarühmade elementide puhul on võretüüp metalliline.

Lihtaines mittemetalliliste elementide IY A ja boori puhul on kristallvõre aatom; ja elementidel Y A, YI A, YII A, YIII A lihtainetes on molekulaarne kristallvõre.

Jätkame tööd valmis tabeliga.

Õpetaja: Vaadake hoolikalt lauda. Millist mustrit täheldatakse?

Kuulame tähelepanelikult õpilaste vastuseid, misjärel koos klassiga järeldame:

Seal on järgmine muster: kui ainete struktuur on teada, siis saab ennustada nende omadusi või vastupidi: kui ainete omadused on teada, siis saab määrata ka struktuuri. (Slaid 18).

Õpetaja: Vaadake hoolikalt lauda. Millist muud ainete klassifikatsiooni oskate soovitada?

Kui õpilastel on raske, selgitab õpetaja seda Ained võib jagada molekulaarseteks ja mittemolekulaarseteks aineteks. (Slaid 19).

Molekulaarsed ained koosnevad molekulidest.

Mittemolekulaarse struktuuriga ained koosnevad aatomitest, ioonidest.

Õpetaja: Täna tutvume ühe keemia põhiseadusega. See on koostise püsivuse seadus, mille avastas prantsuse keemik J. L. Proust. Seadus kehtib ainult molekulaarstruktuuriga ainete kohta. Praegu kõlab seadus järgmiselt: "Molekulaarsetel keemilistel ühenditel on olenemata nende valmistamise meetodist püsiv koostis ja omadused." Kuid mittemolekulaarse struktuuriga ainete puhul ei kehti see seadus alati.

Teoreetilised ja praktiline väärtus Seadus seisneb selles, et selle alusel saab ainete koostist väljendada keemiliste valemitega (paljude mittemolekulaarse struktuuriga ainete puhul näitab keemiline valem mitte reaalse, vaid tingimusliku molekuli koostist).

Järeldus: Aine keemiline valem sisaldab palju teavet.(Slaid 21)

Näiteks SO 3:

1. Konkreetne aine on väävelgaas ehk vääveloksiid (YI).

2. Aine liik - kompleks; klass - oksiid.

3. Kvalitatiivne koostis - koosneb kahest elemendist: väävlist ja hapnikust.

4. Kvantitatiivne koostis - molekul koosneb 1 väävliaatomist ja 3 hapnikuaatomist.

5. Suhteline molekulmass - M r (SO 3) \u003d 32 + 3 * 16 \u003d 80.

6. Molaarmass - M (SO 3) \u003d 80 g / mol.

7. Palju muud teavet.

Omandatud teadmiste kinnistamine ja rakendamine

(Slaid 22, 23).

Tic-tac-toe mäng: kriipsuta maha vertikaalselt, horisontaalselt, diagonaalselt ained, millel on sama kristallvõre.

Peegeldus.

Õpetaja esitab küsimuse: "Poisid, mida uut te tunnis õppisite?".

Õppetunni kokkuvõte

Õpetaja: Poisid, võtame kokku meie tunni peamised tulemused - vastake küsimustele.

1. Milliseid ainete klassifikatsioone õppisite?

2. Kuidas mõistate terminit kristallvõre.

3. Milliseid kristallvõre tüüpe te praegu teate?

4. Millist ainete struktuuri ja omaduste mustrit õppisite?

5. Millises agregatsiooniseisundis on ainetel kristallvõred?

6. Millist keemia põhiseadust sa tunnis õppisid?

Kodutöö: §22, konspekt.

1. Koostage ainete valemid: kaltsiumkloriid, ränioksiid (IY), lämmastik, vesiniksulfiid.

Määrake kristallvõre tüüp ja proovige ennustada: millised peaksid olema nende ainete sulamistemperatuurid.

2. Loominguline ülesanne-> koostage lõigule küsimusi.

Õpetaja tänab tunni eest. Annab õpilastele hindeid.

Nagu me teame, võivad kõik materiaalsed ained eksisteerida kolmes põhiolekus: vedelad, tahked ja gaasilised. Tõsi, on ka plasma olek, mida teadlased peavad mitte vähem kui aine neljandaks olekuks, kuid meie artikkel ei puuduta plasmat. Aine tahke olek on seega tahke, kuna sellel on eriline kristalne struktuur, mille osakesed on kindlas ja täpselt määratletud järjekorras, luues seeläbi kristallvõre. Kristallvõre struktuur koosneb korduvatest identsetest elementaarrakkudest: aatomitest, molekulidest, ioonidest, muudest elementaarosakestest, mis on omavahel ühendatud erinevate sõlmedega.

Kristallvõrede tüübid

Sõltuvalt kristallvõre osakestest on seda neliteist tüüpi, toome neist kõige populaarsemad:

• Iooniline kristallvõre.
• Aatomikristallvõre.
• Molekulaarkristallvõre.
• kristallrakk.

Iooniline kristallvõre

Ioonide kristallvõre struktuuri põhijooneks on ioonide vastupidised elektrilaengud, mille tulemusena moodustub elektromagnetväli, mis määrab ioonse kristallvõrega ainete omadused. Ja see on tulekindlus, kõvadus, tihedus ja võime juhtida elektrivoolu. Sool võib olla ioonse kristallvõre tüüpiline näide.

Aatomikristallvõre

Aatomkristallvõrega ainetel on reeglina tugevad sõlmed, mis koosnevad päris aatomitest. Kovalentne side tekib siis, kui kaks identset aatomit jagavad üksteisega vennalikult elektrone, moodustades nii naaberaatomite jaoks ühise elektronpaari. Seetõttu seovad kovalentsed sidemed tugevalt ja ühtlaselt aatomeid ranges järjekorras - võib-olla on see kõige tunnusjoon aatomi kristallvõre struktuur. Sarnaste sidemetega keemilised elemendid võivad kiidelda oma kõvaduse ja kõrge sulamistemperatuuriga. Aatomkristallvõres on sellised keemilised elemendid nagu teemant, räni, germaanium, boor.

Molekulaarkristallvõre

Kristallvõre molekulaarset tüüpi iseloomustab stabiilsete ja tihedalt pakitud molekulide olemasolu. Need asuvad kristallvõre sõlmedes. Nendes sõlmedes hoiavad neid sellised van der Waalsi jõud, mis on kümme korda nõrgemad kui ioonse vastasmõju jõud. Markantne näide molekulaarkristallvõrest on jää – tahke aine, millel on aga omadus muutuda vedelikuks – kristallvõre molekulide vahelised sidemed on väga nõrgad.

metallist kristallvõre

Metallkristallvõre sideme tüüp on paindlikum ja plastilisem kui ioonsel, kuigi väliselt on need väga sarnased. Iseloomulik omadus see on positiivselt laetud katioonide (metalliioonide) olemasolu võre kohtades. Sõlmede vahel elavad loomises osalevad elektronid elektriväli, nimetatakse neid elektrone ka elektrigaasiks. Sellise metallkristallvõre struktuuri olemasolu selgitab selle omadusi: mehaaniline tugevus, soojus- ja elektrijuhtivus, sulavus.

Kristallvõred, video

Ja kokkuvõtteks üksikasjalik video selgitusi kristallvõre omaduste kohta.

Boyle’i aatom-molekulaarse teooria järgi koosnevad kõik ained molekulidest, mis on pidevas liikumises. Kuid kas ainetel on mingi kindel struktuur? Või koosnevad need lihtsalt juhuslikult liikuvatest molekulidest?

Tegelikult on kõigil tahkes olekus ainetel selge struktuur. Aatomid ja molekulid liiguvad, kuid osakeste vahelised tõmbe- ja tõukejõud on tasakaalus, mistõttu aatomid ja molekulid paiknevad kindlas ruumipunktis (kuid jätkavad temperatuurist olenevalt väikeseid kõikumisi). Selliseid struktuure nimetatakse kristallvõred. Nimetatakse kohti, kus asuvad molekulid ise, ioonid või aatomid sõlmed. Ja sõlmede vahelisi kaugusi nimetatakse - identiteediperioodid. Sõltuvalt osakeste asukohast ruumis on neid mitut tüüpi:

1. aatomi;
2. iooniline;
3. molekulaarne;
4. metallist.

Vedelas ja gaasilises olekus ainetel puudub selge võre, nende molekulid liiguvad juhuslikult, mistõttu neil puudub kuju. Näiteks hapnik, olles gaasilises olekus, on värvitu lõhnatu gaas, vedelikus (-194 kraadi juures) sinakas lahus. Kui temperatuur langeb -219 kraadini, muutub hapnik tahkeks ja muutub punaseks. võre, samal ajal kui see muutub lumetaoliseks siniseks massiks.

Huvitaval kombel pole amorfsetel ainetel selget struktuuri, järelikult ka puudub range temperatuur sulamine ja keemine. Vaik ja plastiliin pehmenevad kuumutamisel järk-järgult ja muutuvad vedelaks, neil pole selget üleminekufaasi.

Aatomikristallvõre

Sõlmedes on aatomid, mida nimi ütleb. Need ained on väga tugevad ja vastupidavad. sest osakeste vahele tekib kovalentne side. Naaberaatomid moodustavad ühise elektronpaari (õigemini on nende elektronpilved kihistunud üksteise peale) ja seetõttu on nad omavahel väga hästi seotud. Kõige ilmsem näide on teemant, millel on Mohsi skaalal kõrgeim kõvadus. Huvitav on see, et teemant, nagu ka grafiit, koosneb süsivesikutest. Grafiit on väga habras aine (Mohsi kõvadus - 1), mis on hea näide kui palju oleneb liigist.

Aatomi kr. võre looduses halvasti levinud, sisaldab: kvarts, boor, liiv, räni, ränioksiid (IV), germaanium, mäekristall. Neid aineid iseloomustab kõrge sulamistemperatuur, tugevus ning need ühendid on väga tahked ja vees lahustumatud. Aatomitevahelise väga tugeva sideme tõttu ei suhtle need keemilised ühendid teistega peaaegu üldse ja juhivad voolu väga halvasti.

Iooniline kristallvõre

Seda tüüpi ioonid asuvad igas kohas. Sellest tulenevalt on see tüüp iseloomulik ioonse sidemega ainetele, näiteks: kaaliumkloriid, kaltsiumsulfaat, vaskkloriid, hõbefosfaat, vaskhüdroksiid jne. Sellise osakeste ühendamise skeemiga ained hõlmavad;

• sool;
• metallihüdroksiidid;
• metallioksiidid.

Naatriumkloriidis on vaheldumisi positiivsed (Na +) ja negatiivsed (Cl -) ioonid. Üks kohas asuv kloriidioon tõmbab enda poole kaks naatriumiooni (tänu elektromagnetväli), mis asuvad naabersõlmedes. Seega moodustub kuubik, milles osakesed on omavahel seotud.

Ioonvõre iseloomustab tugevus, tulekindlus, stabiilsus, kõvadus ja mittelenduvus. Mõned ained võivad elektrit juhtida.

Molekulaarkristallvõre

Selle struktuuri sõlmedes on molekulid, mis on üksteisega tihedalt pakitud. Selliseid aineid iseloomustavad kovalentsed polaarsed ja mittepolaarsed sidemed. Huvitav on see, et olenemata kovalentsest sidemest tekib osakeste vahel väga nõrk külgetõmme (nõrkade van der Waalsi jõudude tõttu). Seetõttu on sellised ained väga haprad, madala keemis- ja sulamistemperatuuriga ning samuti lenduvad. Nende ainete hulka kuuluvad: vesi, orgaanilised ained (suhkur, naftaleen), süsinikoksiid (IV), vesiniksulfiid, väärisgaasid, kaks (vesinik, hapnik, kloor, lämmastik, jood), kolm (osoon), neli (fosfor) ), kaheksaaatomilised (väävli) ained jne.

Üks neist silmapaistvad omadused — see on see, et struktuurne ja ruumiline mudel säilib kõigis faasides (nii tahkes, vedelas kui ka gaasilises).

metallist kristallvõre

Ioonide olemasolu tõttu sõlmedes võib tunduda, et metallvõre sarnaneb ioonse võrega. Tegelikult on need kaks täiesti erinevat mudelit erinevad omadused.

Metall on palju painduvam ja plastilisem kui ioonne, seda iseloomustab tugevus, kõrge elektri- ja soojusjuhtivus, need ained sulavad hästi ja juhivad hästi elektrivoolu. See on tingitud asjaolust, et sõlmed sisaldavad positiivselt laetud metalliioone (katioone), mis võivad liikuda kogu struktuuri ulatuses, tagades seeläbi elektronide voolu. Osakesed liiguvad oma sõlme ümber juhuslikult (neil pole piisavalt energiat, et sellest kaugemale jõuda), kuid niipea, kui elektriväli, moodustavad elektronid voo ja tormavad positiivsest piirkonnast negatiivsesse.

Metallkristallvõre on iseloomulik metallidele, näiteks: plii, naatrium, kaalium, kaltsium, hõbe, raud, tsink, plaatina ja nii edasi. Muuhulgas jaguneb see mitut tüüpi pakkimiseks: kuusnurkne, kehakeskne (kõige vähem tihe) ja näokeskne. Esimene pakend on tüüpiline tsingile, koobaltile, magneesiumile, teine ​​baariumile, rauale, naatriumile, kolmas vasele, alumiiniumile ja kaltsiumile.

Sellel viisil, resti tüübi kohta sõltuvad paljud omadused, aga ka aine struktuur. Teades tüüpi, saate näiteks ennustada, milline on objekti tulekindlus või tugevus.

Enamik tahkeid aineid on kristalsed. Kristallrakk on ehitatud korduvatest identsetest struktuuriüksustest, mis on iga kristalli jaoks individuaalsed. Seda struktuuriüksust nimetatakse "elementaarrakuks". Teisisõnu, kristallvõre on tahke aine ruumilise struktuuri peegeldus.

Kristallvõresid saab liigitada mitmel viisil.

I. Vastavalt kristallide sümmeetriale võred liigitatakse kuup-, tetragonaalseteks, rombilisteks ja kuusnurkseteks.

See klassifikatsioon on mugav nii kristallide optiliste omaduste kui ka nende katalüütilise aktiivsuse hindamiseks.

II. Osakeste olemuse järgi mis asuvad võre sõlmedes ja keemilise sideme tüübi järgi eristada neid aatomi-, molekulaar-, ioon- ja metallikristallvõred. Sideme tüüp kristallis määrab kõvaduse erinevuse, vees lahustuvuse, lahustumissoojuse ja sulamissoojuse suuruse ning elektrijuhtivuse.

Kristalli oluline omadus on kristallvõre energia, kJ/mol – energia, mis on vajalik antud kristalli hävitamiseks.

molekulaarvõre

molekulaarsed kristallid koosnevad molekulidest, mida hoiavad kristallvõre teatud asendites nõrgad molekulidevahelised sidemed (van der Waalsi jõud) või vesiniksidemed. Need võred on iseloomulikud kovalentsete sidemetega ainetele.

Molekulaarvõrega aineid on palju. Need on suur hulk orgaanilisi ühendeid (suhkur, naftaleen jne), kristalne vesi (jää), tahke süsinikdioksiid (“kuiv jää”), tahked vesinikhalogeniidid, jood, tahked gaasid, sealhulgas väärisgaasid,

Kristallvõre minimaalne energia mittepolaarsete ja vähepolaarsete molekulidega (CH 4, CO 2 jne) ainete puhul.

Polaarsematest molekulidest moodustunud võredel on ka suurem kristallvõre energia. Suurima energiaga võred koos ainetega, mis moodustavad vesiniksidemeid (H 2 O, NH 3).

Molekulidevahelise nõrga vastasmõju tõttu on need ained lenduvad, sulavad, madala kõvadusega, ei juhi elektrivoolu (dielektrikud) ja madala soojusjuhtivusega.

aatomvõre

sõlmedes aatomi kristallvõre on ühe või erinevate elementide aatomid, mis on seotud kovalentsete sidemetega piki kõiki kolme telge. Sellised kristallid, mida nimetatakse ka kovalentne on suhteliselt vähe.

Seda tüüpi kristallide näideteks on teemant, räni, germaanium, tina, aga ka selliste komplekssete ainete kristallid nagu boornitriid, alumiiniumnitriid, kvarts, ränikarbiid. Kõigil neil ainetel on teemantitaoline võre.

Kristallvõre energia sellistes ainetes langeb praktiliselt kokku keemilise sideme energiaga (200 - 500 kJ/mol). See määrab ka nende füüsikalised omadused: kõrge kõvaduse, sulamistemperatuuri ja keemistemperatuuri.

Nende kristallide elektrit juhtivad omadused on erinevad: teemant, kvarts, boornitriid on dielektrikud; räni, germaanium - pooljuhid; metallist hall tina juhib hästi elektrit.

Aatomkristallvõrega kristallides on võimatu eraldi struktuuriüksust välja tuua. Kogu monokristall on üks hiiglaslik molekul.

Ioonvõre

sõlmedes ioonvõre vahelduvad positiivsed ja negatiivsed ioonid mille vahel toimivad elektrostaatilised jõud. Ioonkristallid moodustavad ioonsete sidemetega ühendeid, näiteks naatriumkloriidi NaCl, kaaliumfluoriidi ja KF jne. Ioonsed ühendid võivad sisaldada ka kompleksioone, näiteks NO3-, SO42-.

Ioonkristallid on ka hiiglaslikud molekulid, milles iga ioon on tugevalt mõjutatud kõigist teistest ioonidest.

Ioonse kristallvõre energia võib ulatuda oluliste väärtusteni. Niisiis, E (NaCl) \u003d 770 kJ / mol ja E (BeO) \u003d 4530 kJ / mol.

Ioonkristallidel on kõrge sulamis- ja keemistemperatuur ning suur tugevus aga habras. Paljud neist on halvad elektrijuhid. toatemperatuuril(ligikaudu paarkümmend suurusjärku madalam kui metallidel), kuid temperatuuri tõustes täheldatakse elektrijuhtivuse suurenemist.

metallist rest

metallist kristallid tooge näiteid kõige lihtsamate kristallstruktuuride kohta.

Metallikristalli võres olevaid metalliioone võib ligikaudselt käsitleda sfääridena. Tahkete metallide puhul on need kuulid täis maksimaalse tihedusega, mida näitab enamiku metallide märkimisväärne tihedus (0,97 g/cm3 naatriumi puhul, 8,92 g/cm3 vase puhul, 19,30 g/cm3 volframi ja kulla puhul). Kõige tihedam pallide pakend ühes kihis on kuusnurkne pakkimine, kus iga palli ümbritseb kuus teist palli (samas tasapinnas). Kolme kõrvuti asetseva kuuli keskpunktid moodustavad võrdkülgse kolmnurga.

Sellised metallide omadused nagu kõrge elastsus ja elastsus viitavad jäikuse puudumisele metallist restid: nende tasapindu nihutatakse üsna kergesti üksteise suhtes.

Valentselektronid osalevad sidemete moodustamisel kõigi aatomitega, liiguvad vabalt kogu metallitüki ruumala ulatuses. See on näidatud kõrged väärtused elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus.

Vastavalt kristallvõre energiale on metallid molekulaarsete ja kovalentsete kristallide vahel. Kristallvõre energia on:

Seega sõltuvad tahkete ainete füüsikalised omadused oluliselt keemilise sideme tüübist ja struktuurist.

Tahkete ainete struktuur ja omadused

(Kõik definitsioonid, valemid, graafikud ja reaktsioonide võrrandid on toodud kirje all.)