Příklady látek s iontovou krystalovou mřížkou. Atomová krystalová mřížka. Klíčová slova a fráze
Jakákoli látka v přírodě, jak známo, se skládá z menších částic. Ty jsou zase spojeny a tvoří určitou strukturu, která určuje vlastnosti konkrétní látky.
Atomický je charakteristický a vyskytuje se při nízkých teplotách a vysoký krevní tlak. Vlastně právě díky tomu získávají kovy a řada dalších materiálů svou charakteristickou pevnost.
Struktura takových látek na molekulární úrovni vypadá jako krystalová mřížka, v níž je každý atom spojen se svým sousedem nejsilnějším spojením existujícím v přírodě - kovalentní vazbou. Všechny nejmenší prvky, které tvoří struktury, jsou uspořádány uspořádaně as určitou periodicitou. Atomová krystalová mřížka, která představuje mřížku, v jejíchž rozích se nacházejí atomy, obklopená vždy stejným počtem satelitů, prakticky nemění svou strukturu. Je dobře známo, že strukturu čistého kovu nebo slitiny lze změnit pouze zahřátím. V tomto případě platí, že čím vyšší je teplota, tím pevnější jsou vazby v mřížce.
Jinými slovy, atomová krystalová mřížka je klíčem k pevnosti a tvrdosti materiálů. Je však třeba zvážit, že uspořádání atomů v různých látkách se může také lišit, což zase ovlivňuje stupeň pevnosti. Takže například diamant a grafit, které obsahují stejný atom uhlíku, se od sebe extrémně liší, pokud jde o sílu: diamant je na Zemi, ale grafit se může odlupovat a lámat. Faktem je, že v krystalové mřížce grafitu jsou atomy uspořádány ve vrstvách. Každá vrstva připomíná plástev, ve kterém jsou atomy uhlíku spojeny spíše volně. Tato struktura způsobuje vrstvené drobení tužek: při zlomení se části grafitu jednoduše odloupou. Další věcí je diamant, jehož krystalovou mřížku tvoří excitované atomy uhlíku, tedy ty, které jsou schopny vytvořit 4 silné vazby. Zničit takový kloub je prostě nemožné.
Krystalové mřížky kovů mají navíc určité vlastnosti:
1. Mřížkové období- veličina, která určuje vzdálenost středů dvou sousedních atomů, měřená podél okraje mřížky. Obecně přijímané označení se neliší od toho v matematice: a, b, c jsou délka, šířka, výška mřížky, resp. Je zřejmé, že rozměry obrazce jsou tak malé, že vzdálenost se měří v nejmenších měrných jednotkách – desetině nanometru resp. angstromy.
2. K - koordinační číslo. Indikátor, který určuje hustotu shlukování atomů v jedné mřížce. V souladu s tím je jeho hustota tím větší, čím vyšší je číslo K. Ve skutečnosti toto číslo představuje počet atomů, které jsou co nejblíže a ve stejné vzdálenosti od studovaného atomu.
3. Mřížový základ. Také veličina charakterizující hustotu mřížky. Představuje celkový počet atomy, které patří ke konkrétní studované buňce.
4. Součinitel kompaktnosti měřeno výpočtem celkového objemu mřížky děleného objemem obsazeným všemi atomy v ní. Stejně jako předchozí dvě tato hodnota odráží hustotu studované mřížky.
Uvažovali jsme pouze o několika látkách, které mají atomovou krystalovou mřížku. Mezitím je jich velké množství. Přes svou velkou rozmanitost zahrnuje krystalická atomová mřížka jednotky, které jsou vždy spojeny prostředky (polárními nebo nepolárními). Kromě toho jsou takové látky prakticky nerozpustné ve vodě a vyznačují se nízkou tepelnou vodivostí.
V přírodě existují tři typy krystalových mřížek: krychlové centrované na tělo, kubické centrované na obličej a těsně uzavřené šestiúhelníkové.
Jak již víme, látka může existovat ve třech stavech agregace: plynný, tvrdý A kapalina. Kyslík, který je za normálních podmínek v plynném stavu, se při teplotě -194 °C přeměňuje v namodralou kapalinu a při teplotě -218,8 °C se mění ve sněhovou hmotu s modrými krystaly.
Teplotní rozsah pro existenci látky v pevném stavu je určen teplotami varu a tání. Pevné látky jsou krystalický A amorfní.
U amorfní látky není tam žádný pevný bod tání – zahřátím postupně měknou a přecházejí do tekutého stavu. V tomto stavu se nacházejí například různé pryskyřice a plastelína.
Krystalické látky Vyznačují se pravidelným uspořádáním částic, z nichž se skládají: atomů, molekul a iontů, v přesně definovaných bodech prostoru. Když jsou tyto body spojeny přímkami, vzniká prostorová kostra, která se nazývá krystalová mřížka. Body, ve kterých se nacházejí krystalové částice, se nazývají mřížkové uzly.
Uzly mřížky, kterou si představujeme, mohou obsahovat ionty, atomy a molekuly. Tyto částice provádějí oscilační pohyby. Při zvýšení teploty se zvětší i rozsah těchto kmitů, což vede k tepelné roztažnosti těles.
V závislosti na typu částic umístěných v uzlech krystalové mřížky a povaze spojení mezi nimi se rozlišují čtyři typy krystalových mřížek: iontový, atomový, molekulární A kov.
Iontový Tyto se nazývají krystalové mřížky, ve kterých jsou ionty umístěny v uzlech. Jsou tvořeny látkami s iontovými vazbami, které mohou vázat jak jednoduché ionty Na+, Cl-, tak komplexní SO24-, OH-. Iontové krystalové mřížky mají tedy soli, některé oxidy a hydroxyly kovů, tzn. ty látky, ve kterých existuje iontová chemická vazba. Uvažujme krystal chloridu sodného; skládá se z kladně se střídajících Na+ a záporných CL- iontů, dohromady tvoří mřížku ve tvaru krychle. Vazby mezi ionty v takovém krystalu jsou extrémně stabilní. Díky tomu mají látky s iontovou mřížkou relativně vysokou pevnost a tvrdost, jsou žáruvzdorné a netěkavé.
Atomový Krystalové mřížky jsou takové krystalové mřížky, jejichž uzly obsahují jednotlivé atomy. V takových mřížkách jsou atomy navzájem spojeny velmi silnými kovalentními vazbami. Například diamant je jednou z alotropních modifikací uhlíku.
Látky s atomovou krystalovou mřížkou nejsou v přírodě příliš běžné. Patří mezi ně krystalický bór, křemík a germanium a také komplexní látky, například obsahující oxid křemičitý - SiO 2: oxid křemičitý, křemen, písek, horský křišťál.
Naprostá většina látek s atomovou krystalovou mřížkou má velmi vysoké teploty tání (u diamantu přesahuje 3500 °C), takové látky jsou pevné a tvrdé, prakticky nerozpustné.
Molekulární Tyto se nazývají krystalové mřížky, ve kterých jsou molekuly umístěny v uzlech. Chemické vazby v těchto molekulách mohou být také polární (HCl, H 2 0) nebo nepolární (N 2, O 3). A přestože jsou atomy uvnitř molekul spojeny velmi silnými kovalentními vazbami, mezi molekulami samotnými působí slabé síly mezimolekulární přitažlivosti. Proto se látky s molekulárními krystalovými mřížkami vyznačují nízkou tvrdostí, nízkým bodem tání a těkavostí.
Příklady takových látek zahrnují pevnou vodu - led, pevný oxid uhelnatý (IV) - "suchý led", pevný chlorovodík a sirovodík, pevné jednoduché látky tvořené jedním - (vzácné plyny), dvěma - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), tři - (O 3), čtyři - (P 4), osmiatomové (S 8) molekuly. Naprostá většina pevných organické sloučeniny mají molekulární krystalové mřížky (naftalen, glukóza, cukr).
webové stránky, při kopírování celého materiálu nebo jeho části je vyžadován odkaz na zdroj.
Do chemických interakcí nevstupují jednotlivé atomy nebo molekuly, ale látky. Látky jsou klasifikovány podle typu vazby molekulární a nemolekulární budov.
Jsou to látky složené z molekul. Vazby mezi molekulami v takových látkách jsou velmi slabé, mnohem slabší než mezi atomy uvnitř molekuly a i při relativně nízkých teplotách se lámou – látka se mění v kapalinu a následně v plyn (sublimace jódu). Teploty tání a varu látek složených z molekul se zvyšují se zvyšujícím se počtem molekulární váha. Mezi molekulární látky patří látky s atomovou strukturou (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), mezi nimi jsou kovy i nekovy.
Nemolekulární struktura látek
K látkám nemolekulární struktury zahrnují iontové sloučeniny. Tuto strukturu má většina sloučenin kovů s nekovy: všechny soli (NaCl, K 2 S0 4), některé hydridy (LiH) a oxidy (CaO, MgO, FeO), zásady (NaOH, KOH). Iontové (nemolekulární) látky mají vysoké teploty tání a varu.
Pevné látky: krystalické a amorfní
Amorfní látky nemají jasnou teplotu tání – zahřátím postupně měknou a přecházejí do tekutého stavu. Například plastelína a různé pryskyřice jsou v amorfním stavu.
Krystalické látky jsou charakterizovány správné umístění ty částice, ze kterých se skládají: atomy, molekuly a ionty - v přesně definovaných bodech prostoru. Když jsou tyto body spojeny přímkami, vzniká prostorový rámec, tzv krystalová mřížka. Body, ve kterých se nacházejí krystalové částice, se nazývají mřížkové uzly.
V závislosti na typu částic umístěných v uzlech krystalové mřížky a povaze spojení mezi nimi se rozlišují čtyři typy krystalových mřížek: iontové, atomové, molekulární a kovové .
Iontové krystalové mřížky
Iontový se nazývají krystalové mřížky, v jejichž uzlech jsou ionty. Jsou tvořeny látkami s iontovými vazbami, které mohou vázat jak jednoduché ionty Na +, Cl -, tak komplexní S0 4 2-, OH -. V důsledku toho mají soli a některé oxidy a hydroxidy kovů iontové krystalové mřížky. Například krystal chloridu sodného je postaven ze střídajících se kladných iontů Na + a záporných Cl - a tvoří tak mřížku ve tvaru krychle.
Iontová krystalová mřížka kuchyňské soli
Vazby mezi ionty v takovém krystalu jsou velmi stabilní. Proto se látky s iontovou mřížkou vyznačují poměrně vysokou tvrdostí a pevností, jsou žáruvzdorné a netěkavé.
Atomové krystalové mřížky
Atomový se nazývají krystalové mřížky, v jejichž uzlech jsou jednotlivé atomy. V takových mřížkách jsou atomy navzájem spojeny velmi silnými kovalentními vazbami. Příkladem látek s tímto typem krystalových mřížek je diamant, jedna z alotropních modifikací uhlíku.
Atomová krystalová mřížka diamantu
Většina látek s atomovou krystalovou mřížkou má velmi vysoké body tání (např. u diamantu je to přes 3500 °C), jsou pevné a tvrdé a prakticky nerozpustné.
Molekulární krystalové mřížky
Molekulární nazývané krystalové mřížky, v jejichž uzlech se nacházejí molekuly.
Molekulární krystalová mřížka jódu
Chemické vazby v těchto molekulách mohou být jak polární (HCl, H 2 O), tak nepolární (N 2, O 2). Navzdory tomu, že atomy uvnitř molekul jsou spojeny velmi silnými kovalentními vazbami, působí mezi molekulami samotnými slabé mezimolekulární přitažlivé síly. Proto látky s molekulárními krystalovými mřížkami mají nízkou tvrdost, nízké teploty tající, těkavý. Většina pevných organických sloučenin má molekulární krystalové mřížky (naftalen, glukóza, cukr).
Kovové krystalové mřížky
Látky s kovovými vazbami mají kov krystalové mřížky.
V místech takových mřížek jsou atomy a ionty (buď atomy, nebo ionty, na které se atomy kovů snadno přeměňují a odevzdávají své vnější elektrony běžné použití"). Tato vnitřní struktura kovů určuje jejich charakteristické fyzikální vlastnosti: kujnost, plasticita, elektrická a tepelná vodivost, charakteristický kovový lesk.
Existující v přírodě, formované velký počet identické částice, které jsou navzájem spojeny. Všechny látky existují ve třech stavech agregace: plynné, kapalné a pevné. Při ztíženém tepelném pohybu (při nízkých teplotách), stejně jako u pevných látek, jsou částice striktně orientovány v prostoru, což se projevuje jejich přesnou strukturní organizací.
Krystalová mřížka látky je struktura s geometricky uspořádaným uspořádáním částic (atomů, molekul nebo iontů) v určitých bodech prostoru. V různých mřížkách se rozlišuje mezi intersticiálním prostorem a samotnými uzly – body, ve kterých se nacházejí samotné částice.
Existují čtyři typy krystalové mřížky: kovová, molekulární, atomová, iontová. Typy mřížek jsou určeny podle typu částic umístěných v jejich uzlech a také podle povahy spojení mezi nimi.
Krystalová mřížka se nazývá molekulární, pokud jsou molekuly umístěny v jejích uzlech. Jsou spojeny mezimolekulárními relativně slabými silami, nazývanými van der Waalsovy síly, ale samotné atomy uvnitř molekuly jsou spojeny výrazně silnější nebo nepolární silou). Molekulární krystalová mřížka je charakteristická pro chlór, pevný vodík a další látky, které jsou za běžných teplot plynné.
Krystaly, které tvoří vzácné plyny, mají také molekulární mřížky sestávající z monatomických molekul. Většina organických pevných látek má tuto strukturu. Číslo, které je charakteristické molekulární struktura, velmi malé. Jsou to například pevné halogenovodíky, přírodní síra, led, jednoduché pevné látky a některé další.
Při zahřátí se poměrně slabé mezimolekulární vazby poměrně snadno ničí, proto látky s takovými mřížkami mají velmi nízké teploty tání a nízkou tvrdost, jsou nerozpustné nebo málo rozpustné ve vodě, jejich roztoky prakticky nevedou elektrický proud a vyznačují se značnou těkavostí . Minimální body varu a tání jsou pro látky vyrobené z nepolárních molekul.
Kovová se nazývá krystalová mřížka, jejíž uzly jsou tvořeny atomy a kladnými ionty (kationty) kovu s volnými valenčními elektrony (oddělenými od atomů při vzniku iontů), náhodně se pohybujícími v objemu krystalu. Tyto elektrony jsou však v podstatě polovolné, protože se mohou volně pohybovat pouze v rámci, který je omezen danou krystalovou mřížkou.
Elektrostatické elektrony a kladné kovové ionty se vzájemně přitahují, což vysvětluje stabilitu kovové krystalové mřížky. Shromažďování volně se pohybujících elektronů se nazývá elektronový plyn - poskytuje dobré elektro- a Když elektrické napětí elektrony spěchají směrem ke kladné částici, účastní se vytváření elektrického proudu a interagují s ionty.
Kovová krystalová mřížka je charakteristická především pro elementární kovy a také pro sloučeniny různých kovů mezi sebou. Hlavní vlastnosti, které jsou krystalům kovů vlastní (mechanická pevnost, těkavost, poměrně silně kolísají. Takové fyzikální vlastnosti jako plasticita, kujnost, vysoká elektrická a tepelná vodivost a charakteristický kovový lesk jsou však charakteristické pouze pro krystaly s kovovou mřížkou .
Instrukce
Jak můžete snadno uhodnout ze samotného názvu, kovový typ mřížky se nachází v kovech. Tyto látky se obvykle vyznačují vysoká teplota tavení, kovový lesk, tvrdost, jsou dobrými vodiči elektrického proudu. Pamatujte, že mřížková místa tohoto typu obsahují buď neutrální atomy nebo kladně nabité ionty. V prostorech mezi uzly jsou elektrony, jejichž migrace zajišťuje vysokou elektrickou vodivost takových látek.
Iontový typ krystalové mřížky. Je třeba si uvědomit, že je součástí solí. Charakteristika - krystaly známé kuchyňské soli, chloridu sodného. V místech takových mřížek se střídavě střídají kladně a záporně nabité ionty. Takové látky jsou obvykle žáruvzdorné a mají nízkou těkavost. Jak asi tušíte, jsou iontového typu.
Atomový typ krystalové mřížky je vlastní jednoduchým látkám - nekovům, které, když normální podmínky zastupovat pevné látky. Například síra, fosfor,... V místech takových mřížek jsou neutrální atomy navzájem spojené kovalentními chemickými vazbami. Takové látky se vyznačují žáruvzdorností a nerozpustností ve vodě. Některé (například uhlík ve formě) mají výjimečně vysokou tvrdost.
Konečně posledním typem mřížky je molekulární. Nachází se v látkách, které jsou za normálních podmínek v kapalné nebo plynné formě. Jak lze opět snadno pochopit z názvu, v uzlech takových mřížek jsou molekuly. Mohou být buď nepolární (pro jednoduché plyny jako Cl2, O2) nebo polární (nejznámějším příkladem je voda H2O). Látky s tímto typem mřížky nevedou proud, jsou těkavé a mají nízké teploty tání.
Abyste tedy mohli s jistotou určit, jaký typ krystalové mřížky má konkrétní látka, měli byste pochopit, do jaké třídy látek patří a do jaké fyzikálně-chemické vlastnosti Má to.
Prameny:
- typ mřížky
V krystalech jsou chemické částice (molekuly, atomy a ionty) uspořádány v určitém pořadí, za určitých podmínek tvoří pravidelné symetrické mnohostěny. Existují čtyři typy krystalových mřížek – iontové, atomové, molekulární a kovové.
Krystaly
Krystalický stav je charakterizován přítomností uspořádání na dlouhé vzdálenosti v uspořádání částic a také symetrií krystalové mřížky. Pevné krystaly jsou trojrozměrné útvary, ve kterých se stejný strukturní prvek opakuje ve všech směrech.
Správný tvar krystalů je dán jejich vnitřní struktura. Pokud molekuly, atomy a ionty v nich nahradíte body místo těžišť těchto částic, získáte trojrozměrné pravidelné rozložení - . Opakující se prvky jeho struktury se nazývají elementární buňky a body se nazývají uzly krystalové mřížky. Existuje několik typů krystalů v závislosti na částicích, které je tvoří, a také na povaze chemické vazby mezi nimi.
Iontové krystalové mřížky
Iontové krystaly tvoří anionty a kationty, mezi kterými jsou. Tento typ krystalu zahrnuje soli většiny kovů. Každý kation je přitahován k aniontu a odpuzován jinými kationty, takže je nemožné izolovat jednotlivé molekuly v iontovém krystalu. Krystal lze považovat za jeden obrovský a jeho velikost není omezena, je schopen vázat nové ionty.
Atomové krystalové mřížky
V atomových krystalech jsou jednotlivé atomy spojeny kovalentními vazbami. Stejně jako iontové krystaly je lze považovat za obrovské molekuly. Atomové krystaly jsou přitom velmi tvrdé a odolné, špatně vedou elektrický proud a teplo. Jsou prakticky nerozpustné a vyznačují se nízkou reaktivitou. Látky s atomovými mřížkami tají při velmi vysokých teplotách.
Molekulární krystaly
Molekulární krystalové mřížky jsou tvořeny z molekul, jejichž atomy jsou spojeny kovalentními vazbami. Z tohoto důvodu působí mezi molekulami slabé molekulární síly. Takové krystaly se vyznačují nízkou tvrdostí, nízkým bodem tání a vysokou tekutostí. Látky, které tvoří, stejně jako jejich taveniny a roztoky, nevedou dobře elektrický proud.
Kovové krystalové mřížky
V kovových krystalových mřížkách jsou atomy uspořádány s maximální hustotou, jejich vazby jsou delokalizovány a procházejí celým krystalem. Takové krystaly jsou neprůhledné, mají kovový lesk, snadno se deformují a jsou dobrými vodiči elektřiny a tepla.
Tato klasifikace popisuje pouze omezující případy, většinu krystalů anorganické látky patří mezi mezilehlé typy - molekulárně-kovalentní, kovalentně-iontové atd. Jako příklad má grafitový krystal kovalentně-kovové vazby uvnitř každé vrstvy a molekulární vazby mezi vrstvami.
Prameny:
- alhimik.ru, Solids
Diamant je minerál, který patří k jedné z alotropních modifikací uhlíku. Jeho charakteristickým rysem je vysoká tvrdost, která mu právem vynáší titul nejtvrdší substance. Diamant je poměrně vzácný minerál, ale zároveň je nejrozšířenější. Jeho mimořádná tvrdost nachází uplatnění ve strojírenství a průmyslu.
Instrukce
Diamant má atomovou krystalovou mřížku. Atomy uhlíku, které tvoří základ molekuly, jsou uspořádány do tvaru čtyřstěnu, proto má diamant tak vysokou pevnost. Všechny atomy jsou spojeny silnými kovalentními vazbami, které vznikají na základě elektronové struktury molekuly.
Atom uhlíku má sp3 hybridizované orbitaly, které svírají úhel 109 stupňů a 28 minut. K překrytí hybridních orbitalů dochází v přímce v horizontální rovině.
Když se tedy orbitaly překrývají pod takovým úhlem, vznikne centrovaný, který patří do kubické soustavy, takže můžeme říci, že diamant má kubickou strukturu. Tato struktura je považována za jednu z nejsilnějších v přírodě. Všechny čtyřstěny tvoří trojrozměrnou síť vrstev šestičlenných kruhů atomů. Taková stabilní síť kovalentních vazeb a jejich trojrozměrné rozložení vede k dodatečné pevnosti krystalové mřížky.
