Химия - удивительная наука. Столько невероятного можно обнаружить в, казалось бы, обычных вещах.
Всё материальное, что окружают нас повсюду, существует в нескольких агрегатных состояниях: газы, жидкости и твёрдые тела. Учёные выделили ещё и 4-е - плазму. При определённой температуре какое-либо вещество может переходить из одного состояние в другое. Например, вода: при нагревании свыше 100, из жидкой формы, превращается в пар. При температуре ниже 0 переходит в следующее агрегатную структуру - лёд.
Весь материальный мир имеет в своём составе массу одинаковых частиц, которые между собой связаны. Эти мельчайшие элементы строго выстраиваются в пространстве и образуют так называемый пространственный каркас.
Определение
Кристаллическая решётка - особая структура твёрдого вещества, при которой частицы стоят в геометрически строгом порядке в пространстве. В ней можно обнаружить узлы - места, где расположены элементы: атомы, ионы и молекулы и межузловое пространство.
Твёрдые вещества , в зависимости от диапазона высоких и низких температур, являются кристаллическими или аморфными - они характеризуются отсутствием определённой температуры плавления. При воздействии повышенных температур они размягчаются и постепенно переходят в жидкую форму. К такого рода веществам относятся: смола, пластилин.
В связи с этим можно поделить на несколько видов:
- атомную;
- ионную;
- молекулярную;
- металлическую.
Но при различных температурах одно вещество может иметь различные формы и проявлять многообразные свойства. Это явление называется аллотропной модификацией.
Атомный тип
В этом типе в узлах расположены атомы того или иного вещества, которые связаны ковалентными связями. Этот вид связи образован парой электронов двух соседних атомов. Благодаря этому они связываются равномерно и в строгом порядке.
Вещества с атомной кристаллической решёткой характеризуются следующими свойствами: прочность и большая температура плавления. Такой тип связи представлен у алмаза, кремния и бора .
Ионный тип
Противоположно заряженные ионы находятся на узлах, которые создают электромагнитное поле, характеризующее физические свойства вещества. К таковым будут относиться: электропроводность, тугоплавкость, плотность и твёрдость. Поваренная соль и нитрат калия характеризуются наличием ионной кристаллической решётки.
Не пропустите: механизм образования , конкретные примеры.
Молекулярный тип
В узлах такого типа находятся ионы, связанные между собой ван-дер-ваальсовыми силами. Благодаря слабым межмолекулярным связям такие вещества, например, лёд, двуокись углерода и парафин, характеризуются пластичностью, электро- и теплопроводностью.
Металлический тип
В своём строении напоминает молекулярную, но имеет всё же более прочные связи. Отличие данного типа в том, что на её узлах находятся положительно заряженные катионы . Электроны, которые находятся в межузловом
пространстве, участвуют в образовании электрического поля. Они ещё носят название электрического газа.
Простые металлы и сплавы, характеризуются металлическим типом решётки. Для них характерно наличие металлического блеска, пластичность, тепло- и электропроводность. Они могут плавиться при различных температурах.
| Тип кристаллической решетки | Характеристика |
| Ионные | Состоят из ионов. Образуют вещества с ионной связью. Обладают высокой твердостью, хрупкостью, тугоплавки и малолетучи, легко растворяются в полярных жидкостях, являются диэлектриками. Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и ослаблению прочности связи между ними. Поэтому их расплавы (растворы) проводят электрический ток. Ионные кристаллические решетки образуют многие соли, оксиды, основания. |
| Атомные (ковалентные) | В узлах находятся атомы, которые соединены между собой ковалентными связями. Атомных кристаллов много. Все они имеют высокую температуру плавления, не растворимы в жидкостях, обладают высокой прочностью, твердостью, имеют широкий диапазон электропроводимости. Атомные кристаллические решетки образуют элементы III и IV групп главных подгрупп (Si, Ge, B, C). |
Продолжение табл. З4
| Молекулярные | Состоят из молекул (полярных и неполярных), которые соединены между собой слабыми водородными, межмолекулярными и электростатическими силами. Поэтому молекулярные кристаллы имеют малую твердость, низкие температуры плавления, малорастворимы в воде, не проводят электрический ток и обладают высокой летучестью. Молекулярную решетку образует лед, твердый углекислый газ («сухой лед»), твердые галогенводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F 2 , Cl 2 , Br 2 , J 2 , H 2 , N 2 , O 2), трех- (O 3), четырех- (P 4), восьми- (S 8) атомными молекулами, многие кристаллические органические соединения. |
| Металлические | Состоят из атомов или ионов металлов, соединенных металлической связью. Узлы металлических решеток заняты положительными ионами, между которыми перемещаются валентные электроны, находящиеся в свободном состоянии (электронный газ). Металлическая решетка является прочной. Этим объясняются свойственные большинству металлов твердость, малая летучесть, высокая температура плавления и кипения. Она же обусловливает такие характерные свойства металлов как электро- и теплопроводность, блеск, ковкость, пластичность, непрозрачность, фотоэффект. Металлической кристаллической решеткой обладают чистые металлы и сплавы. |
Кристаллы по величине электропроводности делятся на три класса:
Проводники I рода – электропроводность 10 4 - 10 6 (Ом×см) -1 –вещества с металлической кристаллической решеткой, характеризующиеся наличием «переносчиков тока» - свободно перемещающихся электронов (металлы, сплавы).
Диэлектрики (изоляторы) – электропроводность 10 -10 -10 -22 (Ом×см) -1 – вещества с атомной, молекулярной и реже ионной решеткой, обладающие большой энергией связи между частицами (алмаз, слюда, органические полимеры и др.).
Полупроводники – электропроводность 10 4 -10 -10 (Ом×см) -1 – вещества с атомной или ионной кристаллической решеткой, обладающие более слабой энергией связи между частицами, чем изоляторы. С ростом температуры электропроводность у полупроводников возрастает (серое олово, бор, кремний и др.)
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Основы общей химии
На сайте сайт читайте: основы общей химии. c м дрюцкая..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Теоретические сведения
Химия – это естественная наука о веществах, их строении, свойствах и взаимопревращениях.
Важнейшей задачей химии является получение веществ и материалов с нужными для различных конкретных
Химические свойства оксидов
Основные
Амфотерные
Кислотные
Реагируют с избытком кислоты с образованием соли и воды. Основным оксидам соответствуют осн
Получение кислот
Кислородсодержащие
1.Кислотный оксид+вода
2. Неметалл +сильный окислитель
Химические свойства кислот
Кислородсодержащие
Бескислородные
1. Изменяют окраску индикатора
лакмус-красный, метилоранж- розовый
Получение солей
1. С использованием металлов
Средние (нормальные) соли
металл+неметалл
металл (ст
Химические свойства средних солей
Разложение при прокаливании
Cоль+металл
Соль+соль
Взаимосвязь между солями
Из средних солей можно получить кислые и основные соли, но возможен и обратный процесс.
Кислые
соли
НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Химическая номенклатура – свод правил, позволяющих однозначно составить ту, или иную формулу или название любого химического вещества, зная его состав и строение.
Числовые приставки
Множитель
Приставка
Множитель
Приставка
Множитель
Приставка
моно
Систематические и тривиальные названия некоторых веществ
Формула
Систематическое название
Тривиальное название
Хлорид натрия
Поваренная соль
Названия и символы элементов
Символы химических элементов согласно правилам ИЮПАК приведены в периодической таблице Д.И. Менделеева. Названия химических элементов в большинстве случаев имеют латинские корни. В случае, если эле
Формулы и названия сложных веществ
Так же как и в формуле бинарного соединения в формуле сложного вещества на первом месте стоит символ катиона или атома с частичным положительным зарядом, а на втором – аниона или атома с частичным
Систематические и международные названия некоторых сложных веществ
Формула
Систематическое название
Международное название
тетраоксосульфат(VI) натрия(I)
сульфа
Названия наиболее распространенных кислот и их анионов
Кислота
Анион (кислотный остаток)
Формула
Название
Формула
Название
&nb
Основания
Согласно международной номенклатуре названия оснований составляются из слова гидроксид и названия металла. Например, - гидроксид натрия, - гидроксид калия, - гидроксид кальция. Есл
Средние соли кислородсодержащих кислот
Названия средних солей состоят из традиционных названий катионов и анионов. Если элемент в образуемых им оксоанионах проявляет одну степень окисления, то название аниона оканчивается на -ат
Кислые и основные соли
Если в состав соли входят атомы водорода, которые при диссоциации проявляют кислотные свойства и могут быть замещены на катионы металлов, то такие соли называются кислыми. Названия
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
Атомно-молекулярное учение о строении вещества М.В. Ломоносова является одной из основ научной химии. Всеобщее признание атомно-молекулярная теория получила в начале ХIХ в. Пос
Химический элемент. Атомная и молекулярная масса. Моль
Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства.
Элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом я
Количество частиц в 1 моле любого вещества одно и то же и равно 6,02×1023. Это число называется числом Авогадро и обозначается
Количество молей вещества (nx) – это физическая величина, пропорциональная числу структурных единиц этого вещества.
(1)
где, - число час
Основные стехиометрические законы
Закон сохранения массы(М.В. Ломоносов, 1748 г.; А.Л. Лавуазье 1780 г.) служит основой при расчете материального баланса химических процессов): масса веществ, вступивших в хи
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент (Э) – это реальная ли условная частица вещества, которая может присоединять, замещать, высвобождать или быть каким-либо другим способом э
Решение.
Пример 4. Рассчитайте молярную массу эквивалентов серы в соединениях.
Решение
Теоретические сведения
Раствор –гомогенная термодинамически устойчивая система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодествия. Компонент, агрегатное состояние которого не
Теоретические сведения
Химический процесс можно рассматривать как первую ступень при восхождении от химических объектов – электрон, протон, атом – к живой системе.
Учение о химических процессах – это обла
Стандартные термодинамические функции
Вещество
Δ Н0298, кДж/моль
Δ G0298, кДж/моль
S0
Теоретические сведения
Кинетикахимических реакций - учение о химических процессах, о законах их протекания во времени, скоростях и механизмах.
С исследованиями кинетики химических реакций связан
Влияние температуры на скорость реакции.
При повышении температуры на каждые 10 0скорость большинства химических реакций увеличивается в 2-4 раза, и, наоборот, при понижении температуры – понижается соответственно во столько
Влияние катализатора на скорость реакции.
Одним из способов увеличения скорости реакции является снижение энергетического барьера, то есть уменьшение. Это достигается введением катализаторов. Катализатор – вещество
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Различают обратимые и необратимые реакции. Необратимыми реакциями называются такие, после протекания которых, систему и внешнюю среду одновременно нельзя вернуть в прежнее состояние. Они иду
Теоретические сведения
Химические свойства любого элемента определяются строением его атома. С исторической точки зрения, теория строения атома последовательно разрабатывалась: Э. Резерфордом, Н. Бором, Л. де Бройлем, Э.
Основные характеристики протона, нейтрона и электрона
Частица
Символ
Масса покоя
Заряд, Кл
кг
а.е.м.
протон
р
Корпускулярно-волновые свойства частиц
Характеристика состояния электронов в атоме основана на положении квантовой механики о двойственной природе электрона, обладающего одновременно свойствами частицы и волны.
Впервые двойстве
Число подуровней на энергетических уровнях
Главное квантовое число n
Орбитальное число l
Число подуровней
Обозначение подуровня
Число орбиталей на энергетических подуровнях
Орбитальное квантовое число
Магнитное квантовое число
Число орбиталей с данным значением l
l
Последовательность заполнение атомных орбиталей
Заселение электронами атомных орбиталей (АО) осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Гунда, а для многоэлектронных атомов – правилу Клечковского.
Электронные формулы элементов
Запись, отражающая распределение электронов в атоме химического элемента по энергетическим уровням и подуровням, называется электронной конфигурацией этого атома. В основном (невоз
Периодичность атомных характеристик
Периодический характер изменения химических свойств атомов элементов зависит от изменения радиуса атома и иона.
За радиус свободного атома принимают положение главного
Потенциалы (энергии) ионизации I1, эВ
Группы элементов
I
II
III
IV
V
VI
VII
VI
Потенциалы (энергии) ионизации I1, эВ элементов V группы
р-элементы
As 9,81
d-элементы
V 6,74
Sb 8,64
Nb 6,88
Bi 7,29
Значение энергии (Eср) сродства к электрону для некоторых атомов.
Элем.
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Относительная электроотрицательность элементов
H 2,1
Li 1,0
Be 1,5
B 2,0
Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от положения элемента в периодической системе и его степени окисления.
Слева направо по периоду у элементов происходит ослабление металлических свойств, и усиление неметаллических. Основные свойства оксидов ослабевают, а кислотные свойства оксидов усиливаются.
Характер изменения свойств оснований в зависимости от положения металла в периодической системе и его степени окисления.
По периоду слева направо наблюдается постепенное ослабление основных свойств гидроксидов. Например, Mg(OH)2 более слабое основание, чем NaOH, но более сильное основание, чем Al(OH)3
Зависимость силы кислот от положения элемента в периодической системе и его степени окисления.
По периоду для кислородосодержащих кислот слева направо возрастает сила кислот. Так, Н3РО4 более сильная, чем Н2SiO3; в свою очередь, H2SO
Свойства веществ в разных агрегатных состояниях
Состояние
Свойства
Газообразное
1. Способность принимать объем и форму сосуда.
2. Сжимаемость.
3. Быс
Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ
Вещество
Характеристика
Аморфное
1. Ближний порядок расположения частиц.
2. Изотропность физических сво
В Периодической системе Д.И. Менделеева
1. Укажите название элемента, его обозначение. Определите порядковый номер элемента, номер периода, группу, подгруппу. Укажите физический смысл параметров системы – порядкового номера, номера перио
Теоретические сведения
Все химические реакции по своей сути являются донорно-акцепторными и различаются по природе частиц, которыми обмениваются: электрон донорно-акцепторные и протон донорно-акцепторные. Химические реак
Характеристика элементов и их соединений в ОВР
Типичные восстановители
1. нейтральные атомы металлов: Ме0 – nē → Меп+
2. водород и неметаллы IV-VI групп: углерод, фосфор,
Типы ОВР
Межмолекулярные
реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов в различных молекулах.
Mg + O2 = 2MgO
Внутримо
Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
1. метод электронного баланса (схема)
1. Записать уравнение в молекулярной форме:
Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO
Участие ионов в различных средах
Среда
В продукте больше атомов кислорода
В продукте меньше атомов кислорода
Кислая
Ион + Н2О U
Стандартные электродные потенциалы металлов
Он позволяет сделать ряд выводов относительно химических свойств элементов:
1. каждый элемент способен восстанавливать из растворов солей все ионы, имеющие большее значение
Исходные данные
Вариант
Уравнение реакции
K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2
Теоретические сведения
Многие ионы способны присоединять к себе молекулы или противоположные ионы и превращаться в более сложные ионы, называемые комплексными.
Комплексные соединения (КС) – это соединения в узла
Строение комплексных соединений
В 1893 г. А.Вернер сформулировал положения, заложившие основу координационной теории.
Принцип координации: координирующий атом или ион (Меn+) окружён противоп
Основные комплексообразователи в КС
Комплексообразователь
Заряд иона
Примеры комплексов
Металл
n+
HCl ®++Cl- - первичная диссоциаци
Равновесие в растворе всегда смещается в сторону, где находится менее растворимое вещество или более слабый электролит.
Cl + HNO3 → AgCl↓ + NH4NO3
КН=6,8·10-8 ПР =1,8·10-10
Так как ПР <
Природа химической связи в комплексных соединениях
Первой теорией, объясняющей образование КС была теория ионной (гетерополярной) связиВ. Косселя и А. Магнуса: многозарядный ион – комплексообразователь (d-элемент) обладает сильным
Слабое поле
Действие лигандов вызывает расщепление d-подуровня:
dz2, dx2-y2 – высокоспиновый дуплет (d¡)
Геометрическая структура КС и тип гибридизации
К.ч.
Тип гибридизации
Геометрическая структура
Пример
sp
Линейная
n∙m (76)
Правило Нернста.ПР - в насыщенном ра
Теоретические сведения
Вода – слабый электролит. Она полярна и находится в виде гидратированных кластеров. Благодаря тепловому движению связь разрывается, происходит взаимодействие: Н2О↔[
Изменение окраски некоторых индикаторов
Индикатор
Область перехода окраски рН
Изменение окраски
Фенолфталеин
8,2-10
Бес
Уравнения Гендерсона – Гассельбаха
для буферных систем 1-го типа (слабая кислота и её анион):
pH = pKa + lg([акцептор протона]/[донор протона])
ГИДРОЛИЗ.
Гидролиз лежит в основе многих процессов в химической промышленности. В больших масштабах осуществляется гидролиз древесины. Гидролизная промышленность вырабатывает из непищевого сырья (древесины,
Механизм гидролиза по аниону.
1. Анионы, обладающие высоким поляризующим действием: сульфид, карбонат, ацетат, сульфит, фосфат, цианид, силикат – анионы слабых кислот. У них вакантной орбитали нет, работает избыточный отицатель
Объем учебной дисциплины «Общая и неорганическая химия» и виды учебной работы для студентов очного отделения фармацевтического факультета
Вид учебной работы
Всего часов/ зачетных единиц
Семестр
I
часов
Аудиторны
Лабораторных занятий по общей и неорганической химии для студентов дневного отделения фармацевтического факультета
I семестр (продолжительность - 5 часов)
№ занятия
Раздел 1 Общая химия
Модуль 1
В
Лекций по общей и неорганической химии для студентов дневного отделения фармацевтического факультета
I семестр (продолжительность - 2 часа)
№ п/п
Тема лекции
Предмет, задачи, методы и законы хими
Название важнейших кислот и солей.
Кислота
Названия
кислоты
соли
HAlO2
метаалюминиевая
м
Значения некоторых фундаментальных физческих постоянных
Постоянная
Обозначение
Численное значение
Скорость света в вакууме
Постоянная Планка
Элементарный электрический заряд
Термодинамические свойства веществ.
Вещество
ΔН0298,
кДж/моль
ΔS0298,
Дж/(моль·К)
ΔG0
Стандартные электродные потенциалы (Е0) некоторых систем
Связи между ионами в кристалле очень прочные и устойчивые.Поэтому вещества с ионной решёткой обладают высокой твёрдостью и прочностью, тугоплавки и нелетучи.
Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают следующими свойствами:
1. Относительно высокой твердостью и прочностю;
2. Хрупкостью;
3. Термостойкостью;
4. Тугоплавкостью;
5. Нелетучестью.
Примеры: соли – хлорид натрия, карбонат калия, основания – гидрооксид кальция, гидрооксид натрия.
4. Механизм образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный).
Каждый атом стремится завершить свой внешний электронный уровень, чтобы уменьшить потенциальную энергию. Поэтому ядро одного атома притягивается к себе электронную плотность другого атома и наоборот, происходит наложение электронных облаков двух соседних атомов.
Демонстрация аппликации и схемы образования ковалентной неполярной химической связи в молекуле водорода. (Учащиеся записывают и зарисовывают схемы).
Вывод: Связь между атомами в молекуле водорода осуществляется за счет общей электронной пары. Такая связь называется ковалентной.
Какую связь называют ковалентной неполярной? (Учебник стр. 33).
Составление электронных формул молекул простых веществ неметаллов:
CI CI - электронная формула молекулы хлора,
CI -- CI - структурная формула молекула хлора.
N N - электронная формула молекулы азота,
N ≡ N - структурная формула молекулы азота.
Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Кратность ковалентной связи.
Но молекулы могут образовывать и разные атомы неметаллов и в этом случае общая электронная пара будет смещаться к более электроотрицательному химическому элементу.
Изучить материал учебника на стр. 34
Вывод: Металлы имеют более низкое значение электроотрицательности, чем неметаллы. И между ними она сильно отличается.
Демонстрация схемы образования полярной ковалентной связи в молекуле хлороводорода.
Общая электронная пара смещена к хлору, как более электроотрицательному. Значит это ковалентная связь. Она образована атомами, электроотрицательности которых несильно отличаются, поэтому это ковалентная полярная связь.
Составление электронных формул молекул йодоводорода и воды:
H J - электронная формула молекулы йодоводорода,
H → J - структурная формула молекулы йодоводорода.
H O - электронная формула молекулы воды,
Н →О - структурная формула молекулы воды.
Самостоятельная работа с учебником: выписать определение электроотрицательности.
Молекулярные и атомные кристаллические решетки. Свойства веществ с молекулярными и атомными кристаллическими решетками
Самостоятельная работа с учебником.
Вопросы для самоконтроля
Атом, какого химического элемента имеет заряд ядра +11
– Записать схему электронного строения атома натрия
– Внешний слой завершен?
– Как добиться завершения заполнения электронного слоя?
– Составить схему отдачи электрона
– Сравнить строение атома и иона натрия
Сравнить строение атома и иона инертного газа неона.
Определить атом, какого элемента с количеством протонов 17.
– Запишите схему электронного строения атома.
– Слой завершен? Как этого добиться.
– Составить схему завершения электронного слоя хлора.
Задание по группам:
1-3 группа: Cоставьте электронные и структурные формулы молекул веществ и укажите тип связи Br 2 ; NH 3 .
4-6 группы: Cоставьте электронные и структурные формулы молекул веществ и укажите тип связи F 2 ; HBr.
Два ученика работают у дополнительной доски с этим же заданием для образца к самопроверке.
Устный опрос.
1. Дайте определение понятия «электроотрицательность».
2. От чего зависит электроотрицательность атома?
3. Как изменяется электроотрицательность атомов элементов в периодах?
4. Как изменяется электроотрицательность атомов элементов в главных подгруппах?
5. Сравните электроотрицательность атомов металлов и неметаллов. Отличаются ли способы завершения внешнего электронного слоя, характерные для атомов металлов и неметаллов? Каковы причины этого?
7. Какие химические элементы способны отдавать электроны, принимать электроны?
Что происходит между атомами при отдаче и принятии электронов?
Как называют частицы, образовавшиеся из атома в результате отдачи или присоединения электронов?
8. Что произойдет при встрече атомов металла и неметалла?
9. Как образуется ионная связь?
10. Химическая связь, образуемая за счет образования общих электронных пар называется …
11. Ковалентная связь бывает … и …
12. В чем сходство ковалентной полярной и ковалентной неполярной связи? От чего зависит полярность связи?
13. В чем различие ковалентной полярной и ковалентной неполярной связи?
ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 8
Дисциплина: Химия.
Тема: Металлическая связь. Агрегатные состояния веществ и водородная связь.
Цель занятия: Сформировать понятие об химических связях на примере металлической связи. Добиться понимания механизма образования связи.
Планируемые результаты
Предметные: формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; умение обрабатывать, объяснять результаты; готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;
Метапредметные: использование различных источников для получения химической информации, умение оценить ее достоверность для достижения хороших результатов в профессиональной сфере;
Личностные: умение использовать достижения современной химической науки и химических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;
Норма времени: 2 часа
Вид занятия: Лекция.
План занятия:
1. Металлическая связь. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая химическая связь.
2. Физические свойства металлов.
3. Агрегатные состояния веществ. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.
4. Водородная связь
Оснащение: Периодическая система химических элементов, кристаллическая решетка, раздаточный материал.
Литература:
1. Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил..
2. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 - изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил.
Преподаватель: Тубальцева Ю.Н.
Любое вещество в природе, как известно, состоит из более мелких частиц. Они, в свою очередь, связаны и образуют определенную структуру, которая определяет свойства конкретного вещества.
Атомная свойственна и возникает при низких температурах и высоком давлении. Собственно, именно благодаря такому , металлы и ряд других материалов приобретают характерную прочность.
Строение таких веществ на молекулярном уровне выглядит, как кристаллическая решетка, каждый атом в которой связан со своим соседом самым прочным соединением, существующим в природе - ковалентной связью. Все мельчайшие элементы, образующие структуры, расположены упорядоченно и с определенной периодичностью. Представляя собой сетку, в углах которой расположены атомы, окруженные всегда одинаковым числом спутников, атомная кристаллическая решетка практически не меняет своего строения. Общеизвестно, что изменить структуру чистого металла или сплава можно лишь нагревая его. При этом температура тем выше, чем более прочные связи в решетке.
Иными словами, атомная кристаллическая решетка является залогом прочности и твердости материалов. При этом, однако, стоит учитывать, что расположение атомов в различных веществах также может отличаться, что, в свою очередь, влияет на степень прочности. Так, например, алмаз и графит, имеющие в составе один и тот же атом углерода, в высшей мере отличаются друг от друга по показателям прочности: алмаз - на Земле, графит же может слоиться и ломаться. Дело в том, что в кристаллической решетке графита атомы расположены слоями. Каждый слой напоминает пчелиную соту, в которой атомы углерода сочленены достаточно слабо. Подобное строение обуславливает слоистое крошение грифелей карандаша: при поломке части графита попросту отслаиваются. Другое дело - алмаз, кристаллическая решетка которого состоит из возбужденных атомов углерода, то есть тех, что способны образовывать 4 прочных связи. Разрушить такое сочленение попросту невозможно.
Кристаллические решетки металлов, кроме того, обладают определенными характеристиками:
1. Период решетки - величина, определяющая расстояние между центрами двух рядом расположенных атомов, измеряемая по ребру решетки. Общепринятое обозначение не отличается от оного в математике: a, b, c - длина, ширина, высота решетки соответственно. Очевидно, что размеры фигуры столь малы, что расстояние измеряется в наименьших единицах измерения - десятой доли нанометра или ангстремах .
2. К - координационное число . Показатель, определяющий плотность упаковки атомов в рамках одной решетки. Соответственно, плотность ее тем больше, чем выше число К. По факту же данная цифра являет собой количество атомов, находящихся как можно ближе и на равном расстоянии от изучаемого атома.
3. Базис решетки . Также величина, характеризующая плотность решетки. Представляет собой общее число атомов, которые принадлежат конкретной изучаемой ячейке.
4. Коэффициент компактности измеряется путем подсчета общего объема решетки, поделенного на тот объем, что занимают все атомы в ней. Как и предыдущие две, эта величина отражает плотность изучаемой решетки.
Мы рассмотрели всего несколько веществ, которым свойственна атомная кристаллическая решетка. Меж тем, их великое множество. Несмотря на большое разнообразие, кристаллическая атомная решетка включает в себя единицы, всегда соединенные при помощи (полярной или неполярной). Кроме того, подобные вещества практически не растворяются в воде и характеризуются низкой теплопроводностью.
В природе существует три вида кристаллических решеток: кубическая объемно-центрированная, кубическая гранецентрированная, плотноупакованная гексагональная.
Для большинства веществ характерна способность в зависимости от условий находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном.
Например, вода при нормальном давлении в интервале температур 0-100 o C является жидкостью, при температуре выше 100 о С способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0 о С представляет собой твердое вещество.
Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.
Характерными признаками аморфных веществ является отсутствие четкой температуры плавления: их текучесть плавно увеличивается с ростом температуры. К аморфным веществам относятся такие соединения, как воск, парафин, большинство пластмасс, стекло и т.д.
Все же кристаллические вещества обладают конкретной температурой плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из твердого состоянии в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной температуры. В качестве примера кристаллических веществ можно привести поваренную соль, сахар, лед.
Разница в физических свойствах аморфных и кристаллических твердых веществ обусловлена прежде всего особенностями строения таких веществ. В чем заключается разница между веществом в аморфном и кристаллическом состоянии, проще всего понять из следующей иллюстрации:
Как можно заметить, в аморфном веществе, в отличие от кристаллического, отсутствует какой-либо порядок в расположении частиц. Если же в кристаллическом веществе мысленно соединить прямой два близкорасположенных друг к другу атома, то можно обнаружить, что на этой линии на строго определенных промежутках будут лежать одни и те же частицы:
Таким образом, в случае кристаллических веществах можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решетка.
Кристаллической решеткой называют пространственный каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл.
Точки пространства, в которых находятся образующие кристалл частицы, называют узлами кристаллической решетки .
В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают: молекулярную, атомную, ионную и металлическую кристаллические решетки .
В узлах молекулярной кристаллической решетки
Кристаллическая решетка льда как пример молекулярной решеткинаходятся молекулы, внутри которых атомы связаны прочными ковалентными связями, однако сами молекулы удерживаются друг возле друга слабыми межмолекулярными силами. Вследствие таких слабых межмолекулярных взаимодействий кристаллы с молекулярной решеткой являются непрочными. Такие вещества от веществ с иными типами строения отличаются существенно более низкими температурами плавления и кипения, не проводят электрический ток, могут как растворяться, так и не растворяться в различных растворителях. Растворы таких соединений могут как проводить, так и не проводить электрический ток в зависимости от класса соединения. К соединениям с молекулярной кристаллической решеткой относятся многие простые вещества — неметаллы (отвержденные H 2 , O 2 , Cl 2 , ромбическая сера S 8 , белый фосфор P 4), а также многие сложные вещества – водородные соединения неметаллов, кислоты, оксиды неметаллов, большинство органических веществ. Следует отметить, что, если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, говорить о молекулярной кристаллической решетке неуместно: корректнее использовать термин — молекулярный тип строения.
Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решеткиВ узлах атомной кристаллической решетки
находятся атомы. При этом все узлы такой кристаллической решетки «сшиты» между собой посредством прочных ковалентных связей в единый кристалл. Фактически, такой кристалл является одной гигантской молекулой. Вследствие особенностей строения все вещества с атомной кристаллической решеткой являются твердыми, обладают высокими температурами плавления, химически мало активны, не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, а их расплавы не проводят электрический ток. Следует запомнить, что к веществам с атомным типом строения из простых веществ относятся бор B, углерод C (алмаз и графит), кремний Si, из сложных веществ — диоксид кремния SiO 2 (кварц), карбид кремния SiC, нитрид бора BN.
У веществ с ионной кристаллической решеткой
в узлах решетки находятся ионы, связанные друг с другом посредством ионных связей.
Поскольку ионные связи достаточно прочны, вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего они растворимы в воде, а их растворы, как и расплавы проводят электрический ток.
К веществам с ионным типом кристаллической решетки относятся соли металлов и аммония (NH 4 +), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.
Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки
наблюдается в кристаллах свободных металлов, например, натрия Na, железа Fe, магния Mg и т.д. В случае металлической кристаллической решетки, в ее узлах находятся катионы и атомы металлов, между которыми движутся электроны. При этом движущиеся электроны периодически присоединяются к катионам, таким образом нейтрализуя их заряд, а отдельные нейтральные атомы металлов взамен «отпускают» часть своих электронов, превращаясь, в свою очередь, в катионы. Фактически, «свободные» электроны принадлежат не отдельным атомам, а всему кристаллу.
Такие особенности строения приводят к тому, что металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, часто обладают высокой пластичностью (ковкостью).
Разброс значений температур плавления металлов очень велик. Так, например, температура плавления ртути составляет примерно минус 39 о С (жидкая в обычных условиях), а вольфрама — 3422 °C. Следует отметить, что в обычных условиях все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами.
