Кристаллические решетки

Прежде чем ознакомиться с данной темой для начало нужно вспомнить что такое агрегатное состояние вещества и какими они могут быть.

Агрегатное состояние вещества-это такое состояние одного и того же вещества, которые зависят от определенных температур и давления, а переходы между ними сопровождается скачкообразным изменением физических параметров. Всего выделяют 4 вида агрегатных состояний: твердое, жидкое и газообразное, а также плазма. Однако нас будет интересовать сегодня только твердое агрегатное состояние т.к. только в них можно увидеть какую-либо структуру.

АЛЛОТРОПНАЯ МОДИФИКАЦИЯ

ВАЖНО! У многих веществ и соединений есть свои аллотропные модификации. Аллотропные модификации— это вещества,образованные из одного химического элемента, однако имеющее различные свойства и строение.

Можно в этом плане вспомнить такой элемент как сера. Она бывают трех видов:ромбическая,моноклинная и пластическая.Ромбическая и моноклинные построенные из циклических S8,которые размещены по узлам моноклинной и ромбических решеток.Однако соединены и образуют так называемую корону с длинами связями S-S =0,206 нм .При нагревание она переходит в пластическую серу, которая по своей структуры ближе к аморфным.

Углерод имеет множество модификаций, но выделяют самые известные:алмаз,графит,карбин,фуллерен.Самая устойчивая из них алмаз, имеющая тетраэдрическое строение.Из за такого строения он имеет высокую твердость и является эталоном твердости( шкала Маоса).

Графит имеют слоистую решетку. Из-за наличия пространства между слоями графит имеет относительную мягкость, а также он жирный на ощупь.

Фуллерен C60 имеет сферическую форму( напоминающий футбольный мяч).Из за слабых вандервальссовых связей она имеет низкую твердость.Особенность ее в том что внутри она образуют полость, диаметр которой примерно 5А.

Фосфор также имеет аллотропные модификации.Самые известные из них:белая,черная и красная.Белый фосфор имеют молекулярную кристаллическую решетку ,а атомы P расположны по вершинам тетраэдра.Данное фосфор легко деформируется и режется ножом.Является ядовитым веществом.

Черный фосфор наиболее стабильная и химически неактивная модификация.Данное соединение имеет высокую твердость, жирная на ощупь,а также нерастворимо в воде и во многих органических растворителях.

Красный фосфор имеет формулу Pn и представляет собой полимер.Плотность его выше чем у белого фосфора 2,4гр/см3.Обычно его получает путем нагревания белого фосфора.

Как вы уже знаете все тела, предметы состоят из маленьких частиц-атомов. В твердых телах атомы могут быть расположены как хаотично, так и в строго определенном порядке. Тела, у которых отсутствует явный порядок в расположении атомов, называются аморфными. Примеры: смола,стекло,кремнезем,пластмасса, янтарь и т.д. 

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА

Кристаллическое вещество— вещество, в составе которой атомы расположены строго определенным образом. В отличии от аморфных тел кристаллическое вещество может иметь определенную температуру плавления, оно способно самоограняться ( приобретать определенную огранку), они анизотропны (зависимость каких-либо физических параметра от направления самих кристаллов), а также обладают симметрией.

Кристаллические вещества обычно характеризуются кристаллической решеткой. Кристаллическая решетка— пространственное расположение атомов, ионов в кристалле. Всего существуют 4 вида кристаллических решеток: ионная, молекулярная, металлическая и атомная. Каждый из них обладают определенными физическими свойствами. Можно также отметить, что кристаллическая решетка тесно связано с химической связью. Во многих случаях вид химической связи( ионная, ковалентная, металлическая)  предопределяет тип кристаллической решетки.

1) Ионный тип кристаллической решетки имеет в структуре противоположно заряженные ионы. Данные ионы удерживаются за счет электростатических сил. Вещества, имеющие данный вид решеток, обычно обладают высокой твердостью, тугоплавкостью и не летучестью. Также можно сказать, что многие вещества с такой решеткой обладают некоторой хрупкостью. Это объясняется некоторым смещением этих ионов в узлах решетки при механических воздействиях. В большинстве случаев их растворы могут проводить электрический ток. Стоит отметить, что некоторые вещества ионного характера нерастворимы или малорастворимы в воде (BaSO4,CaCO3 и т.д.). Ионную кристаллическую решетку имеют вещества, у которых ионный тип связи: соли (NaCl,KNO3),гидроксиды металлов(NaOH,KOH), а также некоторые оксиды металлов.

2)Узлы молекулярной кристаллической решетки образованы молекулами. Данный тип молекул связаны между собой за счет межмолекулярных взаимодействий. Из-за слабой связи для них характерно высокая летучесть, малая твердость, легкооплавкость. Данные тип решеток имеют вещества в которых присутствует ковалентный( полярный или неполярный) вид связи: простые вещества (O2,N2 ,S8,P4(белый)), сложные вещества (H2O,углекислый газ CO2, этанол C2H5OH),С60(фуллерен).

3)Металлический тип решеток характерен для металлов. Связь в этих решетках держится следующим образом : металлы в решетках склонны отдавать свои электроны Мe(0)-e—Me+1,за счет этого образуются положительно заряженные ионы(катионы),а внутри решетки образуется так называемый «электронный газ»(скопление электронов). Эти электроны перемещаются по всей решетке и становятся общими. Внутри в итоге образуется и электроны, и атомы металлов, и ионы металла. Это как раз и обуславливает почему наши металлы электро- и теплопроводны. Для них характерно чаще всего  ковкость, металлический блеск,  хорошая тепло- и электропроводность, многие металлы также имеют высокую температуру плавления. Примеры:Fe, Al, Zn, Mg и т.д. 

4)Атомная кристаллическая решетка относятся к довольно прочным типам решеток. В данной решетке атомы связаны между собой ковалентной связью. Яркими представителями являются: алмаз С,кремний Si,бор В, карборунд SiC,оксид кремния (IV) SiO2,карбиды и нитриды бора. Из-за отсутствия свободных электронов в узлах этой решетки для них нехарактерно электропроводность. Данные вещества обладают следующими физическими свойствами: высокая прочность, тугоплавкость, низкая тепло- и электропроводность, также они нерастворимы во многих  растворителях.

При решении различных задач связанных с идентификацией кристаллической решетки у веществ можно пользоваться определенным алгоритмом.

Алгоритм идентификации кристаллической решетки:

1)Для начала определяем какое у нас вещество(простое или сложное)

2)Простое вещество:выясняем тип связи:

  • Ковалентная неполярная( неМЕ с одинаковым ЭО,два одинаковых атома)——>молекулярная решетка
  • Металлическая (у всех металлов,s,p,d Ме)—->металлическая решетка

3)Сложное вещество:

  • Ковалентная полярная( неМЕ с разной ЭО,между двумя разными неМЕ)——>молекулярная решетка
  • Ионная (между элементами с разной ЭО, между МЕ и неМЕ)—->ионная кристаллическая решетка

ЗАПОМНИТЬ! К атомным относятся :С(алмаз,графит),В(бор),BN,B4С(нитрид и карбид бора),Si,Si02,SiC (карборунд),Al203.