Тип кристална решетка на съществуващи вещества. Атомна, молекулярна, йонна и метална кристална решетка

Теми на USE кодификатора:Вещества с молекулярна и немолекулна структура. Тип кристална решетка. Зависимостта на свойствата на веществата от техния състав и структура.

Молекулярно-кинетична теория

Всички молекули са изградени от малки частици, наречени атоми. Всички открити в момента атоми са събрани в периодичната таблица.

атоме най-малката, химически неделима частица от вещество, която запазва своите химични свойства. Атомите се свързват един с друг химически връзки. Преди това разгледахме a. Не пропускайте да изучавате теорията по темата: Видове химични връзки, преди да изучавате тази статия!

Сега нека да разгледаме как частиците могат да се комбинират в материята.

В зависимост от разположението на частиците една спрямо друга, свойствата на образуваните от тях вещества могат да варират значително. Така че, ако частиците са разположени една от друга отдавна(разстоянието между частиците е много по-голямо от размера на самите частици), те практически не взаимодействат помежду си, движат се произволно и непрекъснато в пространството, тогава имаме работа с газ .

Ако частиците се намират близоедин към друг, но хаотично, Повече ▼ взаимодействат помежду си, правят интензивни осцилаторни движения в една позиция, но могат да скочат в друга позиция, тогава това е модел на структурата течности .

Ако частиците се намират близоедин към друг, но повече подреден, и взаимодействайте повечепомежду си, но се движат само в рамките на едно равновесно положение, практически без да се преместват в друго позиция, с която се занимаваме твърдо .

Повечето известни химикали и смеси могат да съществуват в твърди, течни и газообразни състояния. Най-простият пример е вода. При нормални условия то течност, при 0 o C замръзва - преминава от течно състояние в твърдо, а при 100°C кипи - отива в газова фаза- водна пара. В същото време много вещества при нормални условия са газове, течности или твърди вещества. Например въздухът, смес от азот и кислород, е газ при нормални условия. Но при високо налягане и ниска температура азотът и кислородът кондензират и преминават в течна фаза. Течният азот се използва активно в промишлеността. Понякога изолиран плазма, както и течни кристали,като отделни фази.

Много свойства на отделните вещества и смеси се обясняват с взаимното разположение на частиците в пространството една спрямо друга!

Тази статия разглежда свойства на твърдите тела, в зависимост от тяхната структура. Основни физични свойства на твърдите тела: точка на топене, електропроводимост, топлопроводимост, механична якост, пластичност и др.

Температура на топене е температурата, при която дадено вещество преминава от твърдо в течно състояние и обратно.

е способността на веществото да се деформира, без да се счупи.

Електропроводимост е способността на веществото да провежда ток.

Токът е подреденото движение на заредени частици. По този начин ток може да се провежда само от вещества, в които има движещи се заредени частици. Според способността да провеждат ток веществата се делят на проводници и диелектрици. Проводниците са вещества, които могат да провеждат ток (т.е. съдържат подвижни заредени частици). Диелектриците са вещества, които практически не провеждат ток.

В твърдо вещество частиците на дадено вещество могат да бъдат локализирани хаотично, или по-подреденотносно. Ако частиците на твърдото тяло са разположени в пространството хаотично, веществото се нарича аморфен. Примери за аморфни вещества - въглища, слюдено стъкло.

Ако частиците на твърдото тяло са подредени в пространството по подреден начин, т.е. образуват повтарящи се триизмерни геометрични структури, такова вещество се нарича кристал, и самата структура кристална решетка . Повечето от познатите ни вещества са кристали. Самите частици се намират в възликристална решетка.

Кристалните вещества се отличават по-специално с тип химична връзка между частиците в кристал - атомен, молекулен, метален, йонен; според геометричната форма на най-простата клетка на кристалната решетка - кубична, шестоъгълна и др.

Зависи от тип частици, образуващи кристална решетка , различавам атомна, молекулярна, йонна и метална кристална структура .

Атомна кристална решетка

Когато има, се образува атомна кристална решетка атоми. Атомите са свързани един с друг ковалентни химични връзки. Съответно, такава кристална решетка ще бъде много издръжлив, не е лесно да го унищожиш. Атомна кристална решетка може да се образува от атоми с висока валентност, т.е. с голям брой връзки със съседни атоми (4 или повече). Като правило това са неметали: прости вещества - силиций, бор, въглерод (алотропни модификации на диамант, графит) и техните съединения (боровъглерод, силициев (IV) оксид и др..). Тъй като между неметалите възниква предимно ковалентна химична връзка, свободни електрони(както и други заредени частици) във вещества с атомна кристална решетка в повечето случаи не. Следователно тези вещества обикновено са провеждат електричество много лошо, т.е. са диелектрици. Това са общи модели, от които има редица изключения.

Комуникация между частици в атомни кристали: .

Във възлите на кристала с подредена атомна кристална структура атоми.

Фазово състояние атомни кристали при нормални условия: като правило, твърди вещества.

вещества, които образуват атомни кристали в твърдо състояние:

Прости вещества висока валентност (намира се в средата на периодичната таблица): бор, въглерод, силиций и др.
Сложни вещества, образувани от тези неметали:силициев диоксид (силициев оксид, кварцов пясък) SiO 2 ; силициев карбид (корунд) SiC; борен карбид, борен нитрид и др.

Физични свойства на веществата с атомна кристална решетка:

— сила;

- огнеупорност (висока точка на топене);

- ниска електропроводимост;

- ниска топлопроводимост;

— химическа инертност (неактивни вещества);

- неразтворимост в разтворители.

Молекулярна кристална решеткае решетка, чиито възли са молекули. задържат молекулите в кристала слаби сили на междумолекулно привличане (сили на Ван дер Ваалс, водородни връзки или електростатично привличане). Съответно, такава кристална решетка, като правило, доста лесен за унищожаване. Вещества с молекулярна кристална решетка - крехък, крехък. Колкото по-голяма е силата на привличане между молекулите, толкова по-висока е точката на топене на веществото. По правило точките на топене на вещества с молекулярна кристална решетка не са по-високи от 200-300K. Следователно при нормални условия повечето вещества с молекулярна кристална решетка съществуват във формата газове или течности. Молекулярната кристална решетка, като правило, се образува в твърда форма от киселини, оксиди на неметали, други бинарни съединения на неметали, прости вещества, които образуват стабилни молекули (кислород O 2, азот N 2, вода H 2 O и др.), органични вещества. По правило това са вещества с ковалентна полярна (рядко неполярна) връзка. защото електроните участват в химични връзки, вещества с молекулярна кристална решетка - диелектрици, лоши проводници на топлина.

Комуникация между частици в молекулярни кристали: m междумолекулни, електростатични или междумолекулни сили на привличане.

Във възлите на кристала с подредена молекулярна кристална структура молекули.

Фазово състояние молекулярни кристали при нормални условия: газове, течности и твърди вещества.

вещества, образуващи се в твърдо състояние молекулярни кристали:

Прости неметални вещества, които образуват малки, силни молекули (O2, N2, H2, S8 и други);
Сложни вещества (съединения на неметали) с ковалентни полярни връзки (с изключение на оксиди на силиций и бор, съединения на силиций и въглерод) - вода H 2 O, серен оксид SO 3 и др.
Едноатомни редки газове (хелий, неон, аргон, криптон и т.н.);
Повечето органични вещества, които нямат йонни връзки — метан CH 4, бензен C 6 H 6 и др.

Физични свойства вещества с молекулярна кристална решетка:

- стопяемост (ниска точка на топене):

— висока свиваемост;

- молекулярните кристали в твърда форма, както и в разтвори и стопилки, не провеждат ток;

- фазово състояние при нормални условия - газове, течности, твърди вещества;

- висока волатилност;

- ниска твърдост.

Йонна кристална решетка

Ако има заредени частици във възлите на кристала - йони, можем да говорим за йонна кристална решетка . Като правило, с йонни кристали се редуват положителни йони(катиони) и отрицателни йони(аниони), така че частиците в кристала се задържат сили на електростатично привличане . В зависимост от вида на кристала и вида на йоните, които образуват кристала, такива вещества могат да бъдат доста силен и жилав. В твърдо състояние в йонните кристали по правило няма подвижни заредени частици. Но когато кристалът се разтвори или разтопи, йоните се освобождават и могат да се движат под действието на външно електрическо поле. Тези. провеждат ток само разтвори или стопийонни кристали. Йонната кристална решетка е характерна за веществата с йонна химична връзка. Примеритакива вещества сол NaCl калциев карбонат- CaCO 3 и др. Йонната кристална решетка, като правило, се образува в твърдата фаза соли, основи, както и метални оксиди и бинарни съединения на метали и неметали.

Комуникация между частици в йонни кристали: .

Във възлите на кристала с йонна решетка йони.

Фазово състояние йонни кристали при нормални условия: обикновено твърди вещества.

Химически вещества с йонна кристална решетка:

Соли (органични и неорганични), включително амониеви соли (например, амониев хлорид NH4CI);
основания;
метални оксиди;
Бинарни съединения, съдържащи метали и неметали.

Физични свойства на веществата с йонна кристална структура:

- висока точка на топене (огнеупорен);

- разтвори и стопилки на йонни кристали - токопроводници;

- повечето съединения са разтворими в полярни разтворители (вода);

- състояние на твърда фаза в повечето съединения при нормални условия.

И накрая, металите се характеризират със специален тип пространствена структура - метална кристална решетка, което се дължи метална химична връзка . Металните атоми държат валентни електрони доста слабо. В кристал, образуван от метал, следните процеси протичат едновременно: някои атоми отдават електрони и се превръщат в положително заредени йони; тези електроните се движат произволно в кристала; някои от електроните се привличат от йоните. Тези процеси се случват едновременно и произволно. По този начин, се появяват йони , както при образуването на йонна връзка, и се образуват общи електрони както при образуването на ковалентна връзка. Свободните електрони се движат произволно и непрекъснато в целия обем на кристала, подобно на газ. Поради това понякога се наричат електронен газ ". Поради наличието на голям брой подвижни заредени частици, метали провеждат електричество, топлина. Точката на топене на металите варира значително. Характеризират се и металите особен метален блясък, ковкост, т.е. способността да променя формата си без разрушаване при силен механичен стрес, т.к. химичните връзки не се прекъсват.

Комуникация между частици : .

Във възлите на кристала с метална решетка метални йони и атоми.

Фазово състояние метали при нормални условия: обикновено твърди вещества(изключение - живак, течност при нормални условия).

Химически вещества с метална кристална решетка - прости вещества - метали.

Физични свойства на веществата с метална кристална решетка:

– висока топло- и електропроводимост;

- ковкост и пластичност;

- метален блясък;

— металите обикновено са неразтворими в разтворители;

Повечето метали са твърди вещества при нормални условия.

Сравнение на свойствата на вещества с различни кристални решетки

Видът на кристалната решетка (или липсата на кристална решетка) позволява да се оценят основните физични свойства на веществото. За приблизително сравнение на типичните физични свойства на съединения с различни кристални решетки е много удобно да се използват химикали с характерни свойства. За молекулярна решетка, например, въглероден двуокис, за атомната кристална решетка - диамант, за метал - мед, а за йонната кристална решетка - сол, натриев хлорид NaCl.

Обобщена таблица за структурите на прости вещества, образувани от химични елементи от основните подгрупи на периодичната таблица (елементите от вторичните подгрупи са метали, следователно имат метална кристална решетка).

Последната таблица на връзката на свойствата на веществата със структурата:

Един от най-разпространените материали, с които хората винаги са предпочитали да работят, е металът. Във всяка епоха се дава предпочитание на различни видове от тези невероятни вещества. И така, IV-III хилядолетие пр. н. е. се считат за ерата на халколита или медта. По-късно е заменен от бронз, а след това влиза в сила актуалният и до днес – желязото.

Днес обикновено е трудно да си представим, че някога е било възможно да се направи без метални изделия, защото почти всичко, от битови предмети, медицински инструменти и завършвайки с тежко и леко оборудване, се състои от този материал или включва отделни части от него. Защо металите успяха да спечелят такава популярност? Какви са характеристиките и как е присъщо на тяхната структура, нека се опитаме да го разберем по-нататък.

Обща концепция за металите

"Химия. 9 клас" е учебник, използван от ученици. Именно в него металите се изучават в детайли. Разглеждането на техните физични и химични свойства е посветено на голяма глава, тъй като тяхното разнообразие е изключително голямо.

От тази възраст се препоръчва да се даде на децата представа за тези атоми и техните свойства, тъй като подрастващите вече могат напълно да оценят стойността на тези знания. Те прекрасно виждат, че разнообразието от предмети, машини и други неща, които ги заобикалят, се основава само на метална природа.

Какво е метал? От гледна точка на химията е обичайно да се отнасят към тези атоми тези, които имат:

малък на външно ниво;
проявяват силни възстановителни свойства;
имат голям атомен радиус;
как простите вещества имат редица специфични физични свойства.

Основата на знанията за тези вещества може да бъде получена чрез разглеждане на атомно-кристалната структура на металите. Той обяснява всички характеристики и свойства на тези съединения.

В периодичната система по-голямата част от цялата таблица е разпределена за метали, тъй като те образуват всички второстепенни подгрупи и основните от първа до трета група. Следователно тяхното числено превъзходство е очевидно. Най-често срещаните са:

калций;
натрий;
титан;
желязо;
магнезий;
алуминий;
калий.

Всички метали имат редица свойства, които им позволяват да бъдат комбинирани в една голяма група вещества. От своя страна тези свойства се обясняват именно с кристалната структура на металите.

Метални свойства

Специфичните свойства на разглежданите вещества включват следното.

Метален блясък. Всички представители на простите вещества го притежават и повечето от тях са еднакви.Само някои (злато, мед, сплави) се различават.
Ковкост и пластичност - способността да се деформира и възстановява доста лесно. При различните представители то е изразено в различна степен.
Електрическата и топлопроводимостта е едно от основните свойства, което определя обхвата на метала и неговите сплави.

Кристалната структура на металите и сплавите обяснява причината за всяко от посочените свойства и говори за тяхната тежест при всеки конкретен представител. Ако знаете характеристиките на такава структура, тогава можете да повлияете на свойствата на пробата и да я коригирате до желаните параметри, които хората правят от много десетилетия.

Атомно-кристална структура на металите

Какво представлява такава структура, с какво се характеризира? Самото име подсказва, че всички метали са кристали в твърдо състояние, тоест при нормални условия (с изключение на живака, който е течност). Какво е кристал?

Това е конвенционално графично изображение, изградено чрез пресичане на въображаеми линии през атомите, които подреждат тялото. С други думи, всеки метал е изграден от атоми. Те са разположени в него не произволно, а много закономерно и последователно. Така че, ако мислено комбинирате всички тези частици в една структура, ще получите красиво изображение под формата на правилно геометрично тяло с всякаква форма.

Това се нарича кристална решетка на метала. Тя е много сложна и пространствено обемна, затова за простота не е показана цялата, а само част, елементарна клетка. Наборът от такива клетки, събрани заедно и отразени в и образуват кристални решетки. Химията, физиката и науката за металите са науки, които изучават структурните характеристики на такива структури.

Сама е съвкупност от атоми, които се намират на определено разстояние един от друг и координират около себе си строго фиксиран брой други частици. Характеризира се с плътността на опаковката, разстоянието между съставните структури и координационното число. Като цяло всички тези параметри са характеристика на целия кристал и следователно отразяват свойствата, проявявани от метала.

Има няколко разновидности.Всички те са обединени от една характеристика - във възлите има атоми, а вътре има облак от електронен газ, който се образува от свободното движение на електрони вътре в кристала.

Видове кристални решетки

Четиринадесет опции за структурата на решетката обикновено се комбинират в три основни типа. Те са следните:

Телесно центриран куб.
Шестоъгълна плътна опаковка.
Гранецентриран куб.

Кристалната структура на металите беше изследвана едва когато стана възможно да се получат големи увеличения на изображения. А класификацията на видовете решетки е въведена за първи път от френския учен Bravais, с чието име те понякога се наричат.

Центрирана решетка на тялото

Структурата на кристалната решетка на металите от този тип е следната структура. Това е куб, в чиито възли има осем атома. Друга е разположена в центъра на свободното вътрешно пространство на клетката, което обяснява наименованието "телесноцентрирана".

Това е един от вариантите на най-простата структура на елементарната клетка, а оттам и на цялата решетка като цяло. От този тип са следните метали:

молибден;
ванадий;
хром;
манган;
алфа желязо;
бета желязо и други.

Основните свойства на такива представители са висока степен на ковкост и пластичност, твърдост и здравина.

лицево центрирана решетка

Кристалната структура на металите с лицево центрирана кубична решетка е следната структура. Това е куб, който включва четиринадесет атома. Осем от тях образуват решетъчни възли, а още шест са разположени по един на всяко лице.

Те имат подобна структура:

алуминий;
никел;
водя;
гама желязо;
мед.

Основните отличителни свойства са блясък на различни цветове, лекота, здравина, пластичност, повишена устойчивост на корозия.

Шестоъгълна решетка

Кристалната структура на металите с решетки е следната. Елементарната клетка се основава на шестоъгълна призма. В неговите възли има 12 атома, още два в основите и три атома свободно лежат вътре в пространството в центъра на структурата. Само седемнадесет атома.

Метали като:

алфа титан;
магнезий;
алфа кобалт;
цинк.

Основните свойства са висока степен на якост, силен сребрист блясък.

Дефекти в кристалната структура на металите

Въпреки това, всички разглеждани видове клетки могат да имат и естествени дефекти или така наречените дефекти. Това може да се дължи на различни причини: чужди атоми и примеси в металите, външни влияния и т.н.

Следователно има класификация, която отразява дефектите, които могат да имат кристалните решетки. Химията като наука изучава всеки от тях, за да установи причината и отстраняването, така че свойствата на материала да не се променят. И така, дефектите са както следва.

Точка. Те се предлагат в три основни типа: празни места, примеси или разместени атоми. Те водят до влошаване на магнитните свойства на метала, неговата електро- и топлопроводимост.
Линеен или дислокационен. Разпределете маргинални и винтови. Влошаване на здравината и качеството на материала.
повърхностни дефекти. Те влияят на външния вид и структурата на металите.

В момента са разработени методи за елиминиране на дефекти и получаване на чисти кристали. Не е възможно обаче те да бъдат напълно изкоренени; идеалната кристална решетка не съществува.

Стойността на знанията за кристалната структура на металите

От горния материал е очевидно, че познаването на фината структура и структура позволява да се предвидят свойствата на материала и да се повлияе върху тях. И това ви позволява да правите науката химия. 9-ти клас на общообразователно училище се фокусира върху обучението на учениците за ясно разбиране на важността на фундаменталната логическа верига: състав - структура - свойства - приложение.

Информацията за кристалната структура на металите много ясно илюстрира и позволява на учителя ясно да обясни и покаже на децата колко е важно да познават фината структура, за да използват правилно и компетентно всички свойства.

В природата има два вида твърди вещества, които значително се различават по своите свойства. Това са аморфни и кристални тела. А аморфните тела нямат точна точка на топене, те постепенно се размекват по време на нагряване и след това преминават в течно състояние. Пример за такива вещества е смола или обикновен пластилин. Но ситуацията е съвсем различна при кристалните вещества. Те остават в твърдо състояние до определена температура и едва след достигането й тези вещества се стопяват.

Всичко е свързано със структурата на такива вещества. В кристалните тела частиците, от които са съставени, са разположени в определени точки. И ако ги свържете с прави линии, ще получите един вид въображаема рамка, която се нарича кристална решетка. И видовете кристални решетки могат да бъдат много различни. А според вида на частиците, от които са „изградени“, решетките се делят на четири вида. Това са йонни, атомни, молекулни и

И съответно във възлите има йони, а между тях има йонна връзка. могат да бъдат както прости (Cl-, Na+), така и сложни (OH-, SO2-). И тези видове кристални решетки могат да съдържат някои метални хидроксиди и оксиди, соли и други подобни вещества. Вземете например обикновения натриев хлорид. Той редува отрицателни хлорни йони и положителни натриеви йони, които образуват кубична кристална решетка. Йонните връзки в такава решетка са много стабилни и веществата, "изградени" по този принцип, имат достатъчно висока якост и твърдост.

Съществуват и видове кристални решетки, наречени атомни. Тук атомите са разположени във възлите, между които има силна ковалентна връзка. Не много вещества имат атомна решетка. Те включват диамант, както и кристален германий, силиций и бор. Има някои по-сложни вещества, които съдържат и съответно имат атомна кристална решетка. Това са планински кристал и силициев диоксид. И в повечето случаи такива вещества са много силни, твърди и огнеупорни. Освен това са практически неразтворими.

И молекулярните видове кристални решетки имат различни вещества. Те включват замразена вода, тоест обикновен лед, "сух лед" - втвърден въглероден окис, както и твърд водороден сулфид и хлороводород. Молекулярните решетки също имат много твърди органични съединения. Те включват захар, глюкоза, нафталин и други подобни вещества. А молекулите, разположени във възлите на такава решетка, са свързани помежду си чрез полярни и неполярни химични връзки. И въпреки факта, че има силни ковалентни връзки между атомите вътре в молекулите, самите тези молекули се държат в решетката поради много слаби междумолекулни връзки. Следователно такива вещества са доста летливи, лесно се топят и нямат висока твърдост.

Е, металите имат различни видове кристални решетки. И техните възли могат да съдържат както атоми, така и йони. В същото време атомите могат лесно да се превърнат в йони, давайки своите електрони за „обща употреба“. По същия начин йоните, "улавяни" свободен електрон, могат да се превърнат в атоми. И такава решетка определя такива свойства на металите като пластичност, ковкост, топло- и електрическа проводимост.

Също така видовете кристални решетки на метали и други вещества са разделени на седем основни системи според формата на елементарните клетки на решетката. Най-простата е кубичната клетка. Има също ромбични, тетрагонални, хексагонални, ромбоедрични, моноклинни и триклинни единични клетки, които определят формата на цялата кристална решетка. Но в повечето случаи кристалните решетки са по-сложни от изброените по-горе. Това се дължи на факта, че елементарните частици могат да бъдат разположени не само във възлите на решетката, но и в нейния център или по нейните лица. А сред металите най-често срещаните са три сложни кристални решетки: лицево-центрирана кубична, плътно-центрирана кубична и хексагонална плътно опакована. Физическите характеристики на металите също зависят не само от формата на тяхната кристална решетка, но и от междуатомното разстояние и други параметри.

Твърдите вещества съществуват в кристално и аморфно състояние и имат предимно кристална структура. Отличава се с правилното разположение на частиците в точно определени точки, характеризира се с периодично повторение в обем.Ако мислено свържем тези точки с прави линии, получаваме пространствена рамка, която се нарича кристална решетка. Терминът "кристална решетка" се отнася до геометричен образ, който описва триизмерна периодичност в подреждането на молекули (атоми, йони) в кристално пространство.

Точките, в които са разположени частиците, се наричат възли на решетката. Междувъзловите връзки работят вътре в рамката. Видът на частиците и естеството на връзката между тях: молекули, атоми, йони - определят Общо се разграничават четири такива типа: йонни, атомни, молекулни и метални.

Ако йони (частици с отрицателен или положителен заряд) са разположени във възлите на решетката, тогава това е йонна кристална решетка, характеризираща се с връзки със същото име.

Тези връзки са много здрави и стабилни. Следователно веществата с този тип структура имат достатъчно висока твърдост и плътност, нелетливи и огнеупорни. При ниски температури те се държат като диелектрици. Въпреки това, по време на топенето на такива съединения, геометрично правилната йонна кристална решетка (подреждането на йони) се нарушава и силата на връзките намалява.

При температура, близка до точката на топене, кристалите с йонна връзка вече са способни да провеждат електрически ток. Такива съединения са лесно разтворими във вода и други течности, които са съставени от полярни молекули.

Йонната кристална решетка е характерна за всички вещества с йонен тип връзка - соли, метални хидроксиди, бинарни съединения на метали с неметали. няма посока в пространството, тъй като всеки йон е свързан с няколко противойона наведнъж, чиято сила на взаимодействие зависи от разстоянието между тях (закон на Кулон). Йонно свързаните съединения имат немолекулна структура, те са твърди вещества с йонни решетки, висока полярност, високи точки на топене и кипене, които са електропроводими във водни разтвори. Съединения с йонни връзки в тяхната чиста форма почти никога не се срещат.

Йонната кристална решетка е присъща на някои хидроксиди и оксиди на типични метали, соли, т.е. вещества с йонни

В допълнение към йонните връзки в кристалите има метални, молекулни и ковалентни връзки.

Кристалите, които имат ковалентна връзка, са полупроводници или диелектрици. Типични примери за атомни кристали са диамант, силиций и германий.

Диамантът е минерал, алотропна кубична модификация (форма) на въглерода. Кристалната решетка на диаманта е атомна, много сложна. Във възлите на такава решетка има атоми, свързани помежду си с изключително силни ковалентни връзки. Диамантът се състои от отделни въглеродни атоми, един по един в центъра на тетраедър, чиито върхове са четирите най-близки атома. Такава решетка се характеризира с лицево-центриран куб, който определя максималната твърдост на диаманта и доста висока точка на топене. В диамантената решетка няма молекули - и кристалът може да се разглежда като една внушителна молекула.

В допълнение, той е характерен за силиций, твърд бор, германий и съединения на отделни елементи със силиций и въглерод (силициев диоксид, кварц, слюда, речен пясък, карборунд). Като цяло има относително малко представители с атомна решетка.

Подробности Категория: Молекулярно-кинетична теория Публикувано на 14.11.2014 г. 17:19 ч. Преглеждания: 14960

В твърдите тела частиците (молекули, атоми и йони) са разположени толкова близо една до друга, че силите на взаимодействие между тях не им позволяват да се разлетят. Тези частици могат да извършват само колебателни движения около равновесното положение. Следователно твърдите тела запазват своята форма и обем.

Според молекулярния си строеж твърдите вещества се делят на кристален и аморфен .

Структурата на кристалните тела

Кристална клетка

Такива твърди тела се наричат кристални, в които молекулите, атомите или йоните са подредени в строго определен геометричен ред, образувайки структура в пространството, която се нарича кристална решетка . Този ред периодично се повтаря във всички посоки в триизмерното пространство. Продължава на големи разстояния и не е ограничен в пространството. Наричат го далечен ред .

Видове кристални решетки

Кристалната решетка е математически модел, който може да се използва за представяне на това как частиците са подредени в кристал. Мислено свързвайки в пространството с прави линии точките, в които се намират тези частици, ще получим кристална решетка.

Разстоянието между атомите, разположени във възлите на тази решетка, се нарича параметър на решетката .

В зависимост от това кои частици са разположени във възлите, кристалните решетки са молекулярни, атомни, йонни и метални .

Такива свойства на кристалните тела като точка на топене, еластичност и якост зависят от вида на кристалната решетка.

Когато температурата се повиши до стойност, при която започва топенето на твърдото вещество, кристалната решетка се разрушава. Молекулите получават повече свобода и твърдото кристално вещество преминава в течния стадий. Колкото по-силни са връзките между молекулите, толкова по-висока е точката на топене.

молекулярна решетка

В молекулярните решетки връзките между молекулите не са силни. Следователно при нормални условия такива вещества са в течно или газообразно състояние. Твърдото състояние за тях е възможно само при ниски температури. Тяхната точка на топене (преход от твърдо към течно) също е ниска. И при нормални условия те са в газообразно състояние. Примери за това са йод (I 2), "сух лед" (въглероден диоксид CO 2).

атомна решетка

При веществата, които имат атомна кристална решетка, връзките между атомите са силни. Следователно самите вещества са много твърди. Те се топят при високи температури. Силицият, германият, борът, кварцът, оксидите на някои метали и най-твърдото вещество в природата - диамантът, имат кристална атомна решетка.

Йонна решетка

Веществата с йонна кристална решетка включват алкали, повечето соли, оксиди на типични метали. Тъй като притегателната сила на йоните е много висока, тези вещества могат да се стопят само при много високи температури. Те се наричат огнеупорни. Имат висока якост и твърдост.

метална решетка

Във възлите на металната решетка, която имат всички метали и техните сплави, се намират както атоми, така и йони. Благодарение на тази структура металите имат добра ковкост и пластичност, висока топло- и електрическа проводимост.

Най-често формата на кристала е правилен многостен. Лицата и ръбовете на такива полиедри винаги остават постоянни за дадено вещество.

Единичен кристал се нарича единичен кристал . Има правилна геометрична форма, непрекъсната кристална решетка.

Примери за естествени монокристали са диамант, рубин, планински кристал, каменна сол, исландски шпат, кварц. При изкуствени условия монокристалите се получават в процеса на кристализация, когато разтворите или стопилките се охлаждат до определена температура и от тях се изолира твърдо вещество под формата на кристали. С бавна скорост на кристализация фасетирането на такива кристали има естествена форма. По този начин при специални индустриални условия се получават например монокристали на полупроводници или диелектрици.

Малки кристали, произволно слети един с друг, се наричат поликристали . Най-яркият пример за поликристал е гранитът. Всички метали също са поликристали.

Анизотропия на кристални тела

В кристалите частиците са разположени с различна плътност в различни посоки. Ако свържем атомите в права линия в една от посоките на кристалната решетка, тогава разстоянието между тях ще бъде еднакво в цялата тази посока. Във всяка друга посока разстоянието между атомите също е постоянно, но стойността му вече може да се различава от разстоянието в предишния случай. Това означава, че между атомите в различни посоки действат различни по големина сили на взаимодействие. Следователно физическите свойства на материята в тези посоки също ще се различават. Това явление се нарича анизотропия - зависимостта на свойствата на материята от посоката.

Електрическата проводимост, топлопроводимостта, еластичността, индексът на пречупване и други свойства на кристалното вещество се различават в зависимост от посоката в кристала. Електрическият ток се провежда по различен начин в различни посоки, материята се нагрява по различен начин, светлинните лъчи се пречупват по различен начин.

При поликристалите не се наблюдава анизотропия. Свойствата на материята остават еднакви във всички посоки.