Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Тип урока : Комбинированный.
Основная цель урока: Дать учащимся конкретные представления об аморфных и кристаллических веществах, типах кристаллических решеток, установить взаимосвязь между строением и свойствами веществ.
Задачи урока.
Образовательная: сформировать понятия о кристаллическом и аморфном состоянии твердых тел, ознакомить учащихся с различными типами кристаллических решеток, установить зависимость физических свойств кристалла от характера химической связи в кристалле и типа кристаллической решетки, дать учащимся основные представления о влиянии природы химической связи и типов кристаллических решеток на свойства вещества, дать учащимся представление о законе постоянства состава.
Воспитательная: продолжить формирование мировоззрения учащихся, рассмотреть взаимное влияние компонентов целого- структурных частиц веществ, в результате которого появляются новые свойства, воспитывать умения организовать свой учебный труд, соблюдать правила работы в коллективе.
Развивающая: развивать познавательный интерес школьников, используя проблемные ситуации; совершенствовать умения учащихся устанавливать причинно-следственную зависимость физических свойств веществ от химической связи и типа кристаллической решетки, предсказывать тип кристаллической решетки на основе физических свойств вещества.
Оборудование: Периодическая система Д.И.Менделеева, коллекция “Металлы”, неметаллы: сера, графит, красный фосфор, кислород; Презентация “Кристаллические решетки”, модели кристаллических решеток разных типов (поваренной соли, алмаза и графита, углекислого газа и йода, металлов), образцы пластмасс и изделий из них, стекло, пластилин, смолы, воск, жевательная резинка, шоколад, компьютер, мультимедийная установка, видеопыт “Возгонка бензойной кислоты”.
Ход урока
1. Организационный момент.
Учитель приветствует учеников, фиксирует отсутствующих.
Затем сообщает тему урока и цель урока. Учащиеся записывают тему урока в тетрадь. (Cлайд 1, 2).
2. Проверка домашнего задания
(2 ученика у доски: Определить вид химической связи для веществ с формулами:
1) NaCl, CO 2 , I 2 ; 2) Na, NaOH, H 2 S (записывают ответ на доске и включаются в опрос).
3. Анализ ситуации.
Учитель: Что изучает химия? Ответ: Химия - это наука о веществах, их свойствах и превращениях веществ.
Учитель: Что же такое вещество? Ответ: Вещество - это то, из чего состоит физическое тело. (Cлайд 3).
Учитель: Какие агрегатные состояния веществ вы знаете?
Ответ: Существует три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное. (Cлайд 4).
Учитель: Приведите примеры веществ, которые при различных температурах могут существовать во всех трех агрегатных состояниях.
Ответ: Вода. При обычных условиях вода находится в жидком состоянии, при понижении температуры ниже 0 0 С вода переходит в твердое состояние - лед, а при повышении температуры до 100 0 С мы получим водяной пар (газообразное состояние).
Учитель (дополнение): Любое вещество можно получить в твердом, жидком и газообразном виде. Кроме воды – это металлы, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии, при нагревании начинают размягчаться, и при определенной температуре(t пл) переходят в жидкое состояние - плавятся. При дальнейшем нагревании, до температуры кипения, металлы начинают испаряться, т.е. переходить в газообразное состояние. Любой газ можно перевести в жидкое и твердое состояние, понижая температуру: например, кислород, который при температуре (-194 0 С) превращается в жидкость голубого цвета, а при температуре (-218,8 0 С) затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета. Сегодня на уроке мы будем рассматривать твердое состояние вещества.
Учитель: Назовите, какие твердые вещества находятся у вас на столах.
Ответ: Металлы, пластилин, поваренная соль: NaCl, графит.
Учитель: Как вы думаете? Какое из этих веществ лишнее?
Ответ: Пластилин.
Учитель: Почему?
Делаются предположения. Если ученики затрудняются, то с помощью учителя приходят к выводу, что пластилин в отличие от металлов и хлорида натрия не имеет определенной температуры плавления - он (пластилин) постепенно размягчается и переходит в текучее состояние. Таков, например, шоколад, который тает во рту, или жевательная резинка, а также стекло, пластмассы, смолы, воск (при объяснении учитель демонстрирует классу образцы этих веществ). Такие вещества называют аморфными. (слайд 5), а металлы и хлорид натрия - кристаллические. (Cлайд 6).
Таким образом, различают два вида твердых веществ: аморфные и кристаллические. (слайд7).
1) У аморфных веществ нет определенной температуры плавления и расположение частиц в них строго не упорядочено.
Кристаллические вещества имеют строго определенную температуру плавления и, главное, характеризуются правильным расположением частиц, из которых они построены: атомов, молекул и ионов. Эти частицы расположены в строго определенных точках пространства, и, если эти узлы соединить прямыми линиями, то образуется пространственный каркас - кристаллическая решетка .
Учитель задает проблемные вопросы
Как объяснить существование твердых веществ со столь различными свойствами?
2) Почему кристаллические вещества при ударе раскалываются в определенных плоскостях, а аморфные вещества этим свойством не обладают?
Выслушать ответы учеников и подвести их к выводу :
Свойства веществ в твердом состоянии зависят от типа кристаллической решетки (прежде всего от того, какие частицы находятся в ее узлах), что, в свою очередь, обусловлено типом химической связи в данном веществе.
Проверка домашнего задания:
1) NaCl – ионная связь,
СО 2 – ковалентная полярная связь
I 2 – ковалентная неполярная связь
2) Na – металлическая связь
NаОН - ионная связь между Na + иОН - (О и Н ковалентная)
Н 2 S - ковалентная полярная
Фронтальный опрос.
- Какая связь называется ионной?
- Какая связь называется ковалентной?
- Какая связь называется ковалентной полярной? неполярной?
- Что называется электроотрицательностью?
Вывод: Прослеживается логическая последовательность, взаимосвязь явлений в природе: Строение атома->ЭО->Виды химической связи->Тип кристаллической решетки->Свойства веществ. (слайд 10).
Учитель: В зависимости от вида частиц и от характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток : ионные, молекулярные, атомные и металлические. (Cлайд 11).
Результаты оформляются в следующую таблицу-образец таблицы у учеников на парте. (см. Приложение 1). (Cлайд 12).
Ионные кристаллические решетки
Учитель: Как вы думаете? Для веществ с каким видом химической связи будет характерен такой вид решетки?
Ответ: Для веществ с ионной химической связью будет характерна ионная решетка.
Учитель: Какие частицы будут находиться в узлах решетки?
Ответ: Ионы.
Учитель: Какие частицы называются ионами?
Ответ: Ионы-это частицы, имеющие положительный или отрицательный заряд.
Учитель: Какие ионы бывают по составу?
Ответ: Простые и сложные.
Демонстрация - модель кристаллической решетки хлорида натрия (NaCl).
Объяснение учителя: В узлах кристаллической решетки хлорида натрия находятся ионы натрия и хлора.
В кристаллах NaCl отдельных молекул хлорида натрия не существует. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую макромолекулу, состоящую из равного числа ионов Na + и Cl - , Na n Cl n , где n – большое число.
Связи между ионами в таком кристалле очень прочные. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки, нелетучи, хрупки. Расплавы их проводят электрический ток (Почему?), легко растворяются в воде.
Ионные соединения - это бинарные соединения металлов (I А и II A), соли, щелочи.
Атомные кристаллические решетки
Демонстрация кристаллических решеток алмаза и графита.
У учеников на столе образцы графита.
Учитель: Какие частицы будут находиться в узлах атомной кристаллической решетки?
Ответ: В узлах атомной кристаллической решетки находятся отдельные атомы.
Учитель: Какая химическая связь между атомами будет возникать?
Ответ: Ковалентная химическая связь.
Объяснения учителя.
Действительно, в узлах атомных кристаллических решеток находятся отдельные атомы, связанные между собой ковалентными связями. Так как атомы, подобно ионам, могут по-разному располагаться в пространстве, то образуются кристаллы разной формы.
Атомная кристаллическая решетка алмаза
В данных решетках молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток могут служить аллотропные модификации углерода: алмаз, графит; а также бор, кремний, красный фосфор, германий. Вопрос: Какие эти вещества по составу? Ответ: Простые по составу.
Атомные кристаллические решетки имеют не только простые, но и сложные. Например, оксид алюминия, оксид кремния. Все эти вещества имеют очень высокие температуры плавления (у алмаза свыше 3500 0 С), прочны и тверды, нелетучи, практически нерастворимы в жидкостях.
Металлические кристаллические решетки
Учитель: Ребята, у вас на столах коллекция металлов, рассмотрим эти образцы.
Вопрос: Какая химическая связь характерна для металлов?
Ответ: Металлическая. Связь в металлах между положительными ионами посредством обобществленных электронов.
Вопрос: Какие общие физические свойства для металлов характерны?
Ответ: Блеск, электропроводность, теплопроводность, пластичность.
Вопрос: Объясните, в чем причина того, что у такого числа разнообразных веществ одинаковые физические свойства?
Ответ: Металлы имеют единое строение.
Демонстрация моделей кристаллических решеток металлов.
Объяснение учителя.
Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки
В узлах таких решеток находятся атомы и положительные ионы металлов, а в объеме кристалла свободно перемещаются валентные электроны. Электроны электростатически притягивают положительные ионы металлов. Этим объясняется стабильность решетки.
Молекулярные кристаллические решетки
Учитель демонстрирует и называет вещества: йод, сера.
Вопрос: Что объединяет эти вещества?
Ответ: Эти вещества являются неметаллами. Простые по составу.
Вопрос: Какая химическая связь внутри молекул?
Ответ: Химическая связь внутри молекул ковалентная неполярная.
Вопрос: Какие физические свойства для них характерны?
Ответ: Летучие, легкоплавкие, малорастворимые в воде.
Учитель: Давайте сравним свойства металлов и неметаллов. Ученики отвечают, что свойства принципиально отличаются.
Вопрос: Почему свойства неметаллов сильно отличаются от свойств металлов?
Ответ: У металлов связь металлическая, а у неметаллов ковалентная неполярная.
Учитель: Следовательно, и тип решетки другой. Молекулярная.
Вопрос: Какие частицы находятся в узлах решетки?
Ответ: Молекулы.
Демонстрация кристаллических решеток углекислого газа и йода.
Объяснение учителя.
Молекулярная кристаллическая решетка
Как видим, молекулярную кристаллическую решетку могут иметь не только твердые простые вещества: благородные газы, H 2 ,O 2 ,N 2, I 2 , O 3 , белый фосфор Р 4 , но и сложные : твердая вода, твердые хлороводород и сероводород. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).
В узлах решеток находятся неполярные или полярные молекулы. Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия.
Вывод: Вещества непрочные, имеют малую твердость, низкую температуру плавления, летучи, способны к возгонке.
Вопрос : Какой процесс называется возгонкой или сублимацией?
Ответ : Переход вещества из твердого агрегатного состояния сразу в газообразное, минуя жидкое, называется возгонкой или сублимацией .
Демонстрация опыта: возгонка бензойной кислоты (видеоопыт).
Работа с заполненной таблицей.
Приложение 1. (Слайд 17)
Кристаллические решетки, вид связи и свойства веществ
| Тип решетки | Виды частиц в узлах решетки |
Вид связи между частицами | Примеры веществ | Физические свойства веществ |
| Ионная | Ионы | Ионная – связь прочная | Соли, галогениды (IA,IIA),оксиды и гидроксиды типичных металлов | Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, расплавы проводят электрический ток |
| Атомная | Атомы | 1. Ковалентная неполярная - связь
очень прочная 2. Ковалентная полярная - связь очень прочная |
Простые веществ
а
:
алмаз(C), графит(C) , бор(B), кремний(Si).
Сложные вещества: оксид алюминия (Al 2 O 3), оксид кремния (IY)-SiO 2 |
Очень твердые, очень тугоплавкие, прочные,нелетучие, не растворимы в воде |
| Молекулярная | Молекулы | Между молекуми- слабые силы межмолекулярного притяжения, а вот внутри молекулпрочная ковалентная связь | Твердые вещества при особых
условиях, которые при обычных- газы или жидкости (О 2 ,Н 2 ,Cl 2 ,N 2 ,Br 2 , H 2 O, CO 2 ,HCl); сера, белый фосфор, йод; органические вещества |
Непрочные, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, имеют небольшую твердость |
| Металлическая | Атом-ионы | Металлическаяразной прочности | Металлы и сплавы | Ковкие, обладают блеском, пластичностью, тепло- и электропроводны |
Вопрос: Какой тип кристаллической решетки из рассмотренных выше не встречается в простых веществах?
Ответ: Ионные кристаллические решетки.
Вопрос: Какие кристаллические решетки характерны для простых веществ?
Ответ: Для простых веществ-металлов- металлическая кристаллическая решетка; для неметаллов - атомная или молекулярная.
Работа с Периодической системой Д.И.Менделеева.
Вопрос: Где в Периодической системе находятся элементы-металлы и почему? Элементы-неметаллы и почему?
Ответ: Если провести диагональ от бора до астата, то в нижнем левом углу от этой диагонали будут находиться элементы-металлы, т.к. на последнем энергетическом уровне они содержат от одного до трех электронов. Это элементы I A, II A, III A (кроме бора), а также олово и свинец, сурьма и все элементы побочных подгрупп.
Элементы-неметаллы находятся в верхнем правом углу от этой диагонали, т.к. на последнем энергетическом уровне содержат от четырех до восьми электронов. Это элементы IY A,Y A, YI A, YII A, YIII A и бор.
Учитель: Давайте найдем элементы неметаллы, у которых простые вещества имеют атомную кристаллическую решетку (Ответ: С, В, Si) и молекулярную (Ответ: N, S, O , галогены и благородные газы ).
Учитель: Сформулируйте вывод, как можно определить тип кристаллической решетки простого вещества в зависимости от положения элементов в Периодической системе Д.И.Менделеева.
Ответ: Для элементов-металлов, которые находятся в I A, II A, IIIA (кроме бора), а также олова и свинца, и всех элементов побочных подгрупп в простом веществе тип решетки-металлическая.
Для элементов-неметаллов IY A и бора в простом веществе кристаллическая решетка атомная; а у элементов Y A, YI A, YII A, YIII A в простых веществах кристаллическая решетка молекулярная.
Продолжаем работать с заполненной таблицей.
Учитель: Посмотрите внимательно на таблицу. Какая закономерность прослеживается?
Внимательно слушаем ответы учеников, после чего вместе с классом делаем вывод:
Существует следующая закономерность: если известно строение веществ, то можно предсказать их свойства, или наоборот: если известны свойства веществ, то можно определить строение. (Cлайд 18).
Учитель: Посмотрите внимательно на таблицу. Какую еще классификацию веществ вы можете предложить?
Если ученики затрудняются, то учитель объясняет, что вещества можно разделить на вещества молекулярного и немолекулярного строения. (Cлайд 19).
Вещества молекулярного строения состоят из молекул.
Вещества немолекулярного строения состоят из атомов, ионов.
Закон постоянства состава
Учитель: Сегодня мы познакомимся с одним из основных законом химии. Это закон постоянства состава, который был открыт французским химиком Ж.Л.Прустом. Закон справедлив только для веществ молекулярного строения. В настоящее время закон читается так:”Молекулярные химические соединения независимо от способа их получения имеют постоянный состав и свойства”. Но для веществ с немолекулярным строением этот закон не всегда справедлив.
Теоретическое и практическое значение закона состоит в том, что на его основе состав веществ можно выразить с помощью химических формул(для многих веществ немолекулярного строения химическая формула показывает состав не реально существующей, а условной молекулы).
Вывод: химическая формула вещества заключает в себе большую информацию. (Cлайд 21)
Например, SO 3:
1. Конкретное вещество - серный газ, или оксид серы (YI).
2.Тип вещества - сложное; класс - оксид.
3. Качественный состав - состоит из двух элементов: серы и кислорода.
4. Количественный состав - молекула состоит из1 атома серы и 3 атомов кислорода.
5.Относительная молекулярная масса - M r (SO 3)= 32 + 3 * 16 = 80.
6. Молярная масса - М(SO 3) = 80 г/моль.
7. Много другой информации.
Закрепление и применение полученных знаний
(Слайд 22, 23).
Игра в крестики-нолики: зачеркните по вертикали, горизонтали, диагонали вещества, имеющие одинаковую кристаллическую решетку.
Рефлексия.
Учитель задает вопрос: “Ребята, что нового вы узнали на уроке?”.
Подведение итогов занятия
Учитель: Ребята, давайте подведем основные итоги нашего урока - ответьте на вопросы.
1. Какие классификации веществ вы узнали?
2. Как вы понимаете термин кристаллическая решетка.
3. Какие типы кристаллических решеток вы теперь знаете?
4. О какой закономерности строения и свойств веществ вы узнали?
5. В каком агрегатном состоянии вещества имеют кристаллические решетки?
6. С каким основным законом химии вы познакомились на уроке?
Домашнее задание: §22, конспект.
1. Составьте формулы веществ: хлорид кальция, оксид кремния (IY), азот, сероводород.
Определите тип кристаллической решетки и попытайтесь прогнозировать: каковы должны быть температуры плавления у этих веществ.
2. Творческое задание -> составить вопросы к параграфу.
Учитель благодарит за урок. Выставляет отметки ученикам.
Кристалл – это тело, частицы которого (атомы, ионы, молекулы) располагаются не в хаотичном, а в сурово определенном порядке. Данный порядок периодично повторяется, образуя как бы воображаемую «решетку». Принято считать, что существует четыре типа кристаллических решеток: металлические, ионные, ядерные и молекулярные. А как дозволено определить, какой тип кристаллической решетки имеет то либо иное вещество?
Инструкция
1. Как легко дозволено додуматься из самого называния, металлический тип решетки встречается у металлов. Эти вещества характеризуются, как водится, высокой температурой плавления, металлическим блеском, твердостью, являются отменными проводниками электрического тока. Запомните, что в узлах решеток такого типа находятся либо нейтральные атомы либо позитивно заряженные ионы. В интервалах между узлами – электроны, миграция которых и обеспечивает высокую электропроводимость сходственных веществ.
2. Ионный тип кристаллической решетки. Следует запомнить, что он присущ оксидам и солям. Классический пример – кристаллы каждом вестимой поваренной соли, хлорида натрия. В узлах таких решеток попеременно чередуются правильно и негативно заряженные ионы. Такие вещества, как водится, тугоплавки, с малой летучестью. Как легко додуматься, они имеют ионный тип химической связи.
3. Ядерный тип кристаллической решетки присущ простым веществам – неметаллам, которые при типичных условиях представляют собою твердые тела. Скажем, сере, фосфору, углероду. В узлах таких решеток находятся нейтральные атомы, связанные друг с ином ковалентной химической связью. Таким веществам свойственна тугоплавкость, нерастворимость в воде. Некоторым (скажем, углероду в виде алмаза) – экстраординарно высокая твердость.
4. Наконец, конечный тип решетки – молекулярный. Он встречается у веществ, находящихся при типичных условиях в жидком либо газообразном виде. Как вновь-таки легко дозволено осознать из наименования, в узлах таких решеток – молекулы. Они могут быть как неполярного вида (у примитивных газов типа Cl2, О2), так и полярного вида (самый знаменитый пример – вода H2O). Вещества с таким типом решетки не проводят ток, летучи, имеют низкие температуры плавления.
5. Таким образом, дабы с уверенностью определить, какой тип кристаллической решетки имеет то либо иное вещество, вам следует разобраться, к какому классу веществ оно относится и какие физико-химические свойства имеет.
Температуру плавления твердого вещества измеряют для определения степени его чистоты. Примеси в чистом веществе традиционно понижают температуру плавления либо увеличивают промежуток, в котором плавится соединение. Способ с применением капилляра является типичным для контроля оглавления примесей.
Вам понадобится
- – испытуемое вещество;
- – стеклянный капилляр, запаянный с одного конца (диаметром 1 мм);
- – стеклянная трубка диаметром 6-8 мм и длиной не менее 50 см;
- – нагреваемый блок.
Инструкция
1. Заранее высушенное испытуемое вещество разотрите в ступке в мельчайший порошок. Опрятно возьмите капилляр и открытым концом погрузите в вещество, при этом некоторое его число должно попасть в капилляр.
2. Поставьте стеклянную трубку вертикально на твердую поверхность и несколько раз киньте через нее капилляр запаянным концом вниз. Это содействует уплотнению вещества. Для определения температуры плавления столбик вещества в капилляре должен быть около 2-5 мм.
3. Капилляр с веществом прикрепите к термометру резиновым колечком так, дабы запаянный конец капилляра находился на ярусе ртутного шара термометра, а вещество – приблизительно на его середине.
4. Разместите термометр с капилляром в нагреваемый блок и отслеживайте за изменениями испытуемого вещества при возрастании температуры. Термометр до и в процессе нагревания не должен касаться стенок блока и других мощно нагретых поверхностей, напротив он может лопнуть.
5. Как только температура на термометре приблизится к температуре плавления чистого вещества, уменьшите нагревание, дабы не пропустить момент начала плавления .
6. Подметьте температуру, при которой возникают первые капли жидкости в капилляре (предисловие плавления ), и температуру, при которой исчезают последние кристаллы вещества (конец плавления ). В этом промежутке вещество начинает спадать до полного перехода в жидкое состояние. При проведении обзора также обратите внимание на метаморфоза цвета либо разложение вещества.
7. Повторите измерения еще 1-2 раза. Итоги всего измерения представьте в виде соответствующего температурного промежутка, в течение которого вещество переходит из твердого состояния в жидкое. В заключение обзора сделайте завершение о чистоте испытуемого вещества.
Видео по теме
В кристаллах химические частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены в определенном порядке, в некоторых условиях они образуют верные симметричные многогранники. Выделяют четыре типа кристаллических решеток - ионные, ядерные, молекулярные и металлические.
Кристаллы
Кристаллическое состояние характеризуется наличием далекого порядка в расположении частиц, а также симметрией кристаллической решетки. Твердыми кристаллами называют трехмерные образования, у которых один и тот же элемент конструкции повторяется во всех направлениях. Верная форма кристаллов обусловлена их внутренним строением. Если в них заменить молекулы, атомы и ионы точками взамен центров тяжести этих частиц, получится трехмерное регулярное разделение – кристаллическая решетка. Повторяющиеся элементы ее конструкции называют элементарными ячейками, а точки - узлами кристаллической решетки. Выделяют несколько типов кристаллов в зависимости от частиц, которые их образуют, а также от нрава химической связи между ними.
Ионные кристаллические решетки
Ионные кристаллы образуют анионы и катионы, между которыми есть ионная связь. К данному типу кристаллов относятся соли и гидроксиды большинства металлов. Весь катион притягивается r аниону и отталкивается от других катионов, следственно в ионном кристалле немыслимо выделить одиночные молекулы. Кристалл дозволено рассматривать как одну большую молекулу, причем ее размеры не ограничены, она способна присоединять новые ионы.
Атомные кристаллические решетки
В ядерных кристаллах отдельные атомы объединены ковалентными связями. Как и ионные кристаллы, их также дозволено рассматривать как большие молекулы. При этом ядерные кристаллы дюже твердые и крепкие, нехорошо проводят электричество и тепло. Они фактически нерастворимы, для них характерна низкая реакционная способность. Вещества с ядерными кристаллическими решетками плавятся при дюже высоких температурах.
Молекулярные кристаллы
Молекулярные кристаллические решетки образуются из молекул, атомы которых объединены ковалентными связями. Из-за этого между молекулами действуют слабые молекулярные силы. Такие кристаллы отличаются малой твердостью, низкой температурой плавления и высокой текучестью. Вещества, которые они образуют, а также их расплавы и растворы нехорошо проводят электрический ток.
Металлические кристаллические решетки
В кристаллических решетках металлов атомы расположены с максимальной плотностью, их связи являются делокализованными, они распространяются на каждый кристалл. Такие кристаллы непрозрачны, отличаются металлическим блеском, легко деформируются, при этом классно проводят электричество и тепло.Данная систематизация описывает лишь предельные случаи, множество кристаллов неорганических веществ принадлежит к промежуточным типам - молекулярно-ковалентным, ковалентно-ионным и др. В качестве примера дозволено привести кристалл графита, внутри всякого слоя у него ковалентно-металлические связи, а между слоями - молекулярные.
Алмаз – это минерал, относящийся к одной из аллотропных модификаций углерода. Отличительной чертой его является высокая твердость, которая по праву приносит ему звание самого твердого вещества. Алмаз довольно редкий минерал, но совместно с этим и самый обширно общеизвестный. Исключительная его твердость находит свое использование в машиностроении и промышленности.
Инструкция
1. Алмаз имеет ядерную кристаллическую решетку. Атомы углерода, составляющие основу молекулы, располагаются в виде тетраэдра, вследствие чему алмаз имеет такую высокую крепкость. Все атомы связаны крепкими ковалентными связями, которые образуются, исходя из электронного строения молекулы.
2. Атом углерода имеет sp3-гибридизацию орбиталей, которые располагаются под углом в 109 градусов и 28 минут. Перекрывание гибридных орбиталей происходит по прямой линии в горизонтальной плоскости.
3. Таким образом, при перекрывании орбиталей под таким углом образуется центрированный тетраэдр, тот, что относится к кубической системе, следственно дозволено сказать, что алмаз имеет кубическую конструкцию. Такая конструкция считается одной из самых крепких в природе. Все тетраэдры образуют трехмерную сеть из слоев шестичленных колец атомов. Такая устойчивая сеть ковалентных связей и трехмерное их разделение ведет к дополнительной прочности кристаллической решетки.
4. Кристаллическая решетка у алмаза довольно трудная. Она состоит из 2-х примитивных подрешеток. Область пространства, лежащая ближе к данному атому, чем к остальным атомам, для решетки алмаза представляет собой триакисов усеченный тетраэдр. Таким типом решетки владеют также кремний, германий и олово, предпочтительно альфа-форма.
5. Триакисов усеченный тетраэдр представляет собой многогранник, сделанный из четырех шестиугольников и двенадцати равнобедренных треугольников. Он может быть использован для тесселяции трехмерного пространства. В качестве примера тесселяции дозволено разглядеть квадрат, тот, что нужно разрезать по диагонали, то есть тесселировать квадрат на два треугольника. Тесселяция сама по себе улучшает реализм трехмерной модели, а применительно к кристаллической решетке алмаза делает ее больше реалистичной.
6. На данный момент наука пришла к приобретению алмазов синтетическим методом. Для синтеза таких кристаллов применяют, как водится, высокоуглеродистый сплав никеля с марганцем либо высокочастотную плазму, сосредоточенную на подложке, где образуется сам алмаз. При приобретения минерала таким методом, его кристаллическая решетка крепко отличается от решетки, которую имеет настоящий алмаз. Происходит смещение слоев углерода, в связи с чем они располагаются хаотично. Именно следственно кристаллы, полученные таким методом, владеют меньшей прочностью и довольно высокой хрупкостью.
Большинство твердых веществ имеет кристаллическое строение. Кристаллическая решетка построена из повторяющихся одинаковых структурных единиц, индивидуальных для каждого кристалла. Эта структурная единица носит название “элементарная ячейка”. Другими словами, кристаллическая решетка служит отображением пространственной структуры твердого вещества.
Классифицировать кристаллические решетки можно различным образом.
I. По симметрии кристаллов решетки классифицируются на кубические, тетрагональные, ромбические, гексагональные.
Эта классификация удобна при оценке оптических свойств кристаллов, а также их каталитической активности.
II. По природе частиц , находящихся в узлах решетки и по типу химической связи между ними различают атомные, молекулярные, ионные и металлические кристаллические решетки . Тип связи в кристалле определяет различие в твердости, растворимости в воде, величине теплоты растворения и теплоты плавления, электрической проводимости.
Важной характеристикой кристалла является энергия кристаллической решетки, кДж/моль – энергия, которую необходимо затратить на разрушение данного кристалла.
Молекулярная решетка
Молекулярные кристаллы состоят из молекул, удерживаемых в определенных положениях кристаллической решетки слабыми межмолекулярными связями (вандерваальсовыми силами) или водородными связями. Эти решетки характерны для веществ с ковалентными связями.
Веществ с молекулярной решеткой очень много. Это большое число органических соединений (сахар, нафталин и др.), кристаллическая вода (лед), твердый углекислый газ (“сухой лед”), твердые галогеноводороды, иод, твердые газы, в том числе и благородные,
Минимальна энергия кристаллической решетки у веществ с неполярными и малополярными молекулами (СН 4 , СО 2 и т.п.).
Решетки, образованные более полярными молекулами, имеют и более высокую энергию кристаллической решетки. Наибольшей энергией обладают решетки с веществами, образующими водородные связи (Н 2 О, NН 3).
Из-за слабого взаимодействия между молекулами эти вещества летучи, легкоплавки, имеют небольшую твердость, не проводят электрический ток (диэлектрики) и обладают низкой теплопроводностью.
Атомная решетка
В узлах атомной кристаллической решетки находятся атомы одного или различных элементов, связанных между собой ковалентными связями по всем трем осям. Такие кристаллы , которые называют также ковалентными , сравнительно немногочисленны.
Примерами кристаллов этого типа могут служить алмаз, кремний, германий, олово, а также кристаллы сложных веществ, таких как нитрид бора, нитрид алюминия, кварц, карбид кремния. Все эти вещества имеют алмазоподобную решетку.
Энергия кристаллической решетки в таких веществах практически совпадает с энергией химической связи (200 – 500 кДж/моль). Это определяет и их физические свойства: высокие твердость, температура плавления и температура кипения.
Разнообразны электропроводящие свойства этих кристаллов: алмаз, кварц, нитрид бора – диэлектрики; кремний, германий – полупроводники; металлическое серое олово хорошо проводит электрический ток.
В кристаллах с атомной кристаллической решеткой нельзя выделить отдельную структурную единицу. Весь монокристалл представляет собой одну гигантскую молекулу .
Ионная решетка
В узлах ионной решетки чередуются положительные и отрицательные ионы, между которыми действуют электростатические силы. Ионные кристаллы образуют соединения с ионной связью, например, хлорид натрия NaCl, фторид калия и KF и др. В состав ионных соединений могут входить и сложные ионы, например, NO 3 - , SO 4 2 - .
Ионные кристаллы также представляют собой гигантскую молекулу, в которой каждый ион испытывает значительной воздействие со стороны всех остальных ионов.
Энергия ионной кристаллической решетки может достигать значительных величин. Так, Е (NaCl) = 770 кДж/моль, а Е (ВеО) = 4530 кДж/моль.
Ионные кристаллы имеют высокие температуры плавления и кипения и высокую прочность, но хрупки. Многие из них плохо проводят электрический ток при комнатной температуре (примерно на двадцать порядков ниже, чем у металлов), но с ростом температуры наблюдается увеличение электрической проводимости.
Металлическая решетка
Кристаллы металлов дают примеры простейших кристаллических структур.
Ионы металла в решетке металлического кристалла можно приближенно рассматривать в виде шаров. В твердых металлах эти шары упакованы с максимальной плотностью, на что указывает значительная плотность большинства металлов (от 0,97 г/см 3 у натрия, 8,92 г/см 3 у меди до 19,30 г/см 3 у вольфрама и золота). Наиболее плотная упаковка шаров в одном слое – это гексагональная упаковка, в которой каждый шар окружен шестью другими шарами (в той же плоскости). Центры любых трех соседних шаров образуют равносторонний треугольник.
Такие свойства металлов, как высокие тягучесть и ковкость, указывают на отсутствие жесткости в металлических решетках: их плоскости довольно легко сдвигаются одна относительно другой.
Валентные электроны участвуют в образовании связи со всеми атомами, свободно перемещаются по всему объему куска металла. На это указывают высокие значения электропроводимости и теплопроводности.
По энергии кристаллической решетки металлы занимают промежуточное положение между молекулярными и ковалентными кристаллами. Энергия кристаллической решетки составляет:
Таким образом, физические свойства твердых веществ существенно зависят от типа химической связи и структуры.
Структура и свойства твердых веществ
| Характеристики | Кристаллы | |||
| Металлические | Ионные | Молекулярные | Атомные | |
| Примеры | K, Al, Cr, Fe | NaCl, KNO 3 | I 2 , нафталин | алмаз, кварц |
| Структурные частицы | Положительные ионы и подвижные электроны | Катионы и анионы | Mолекулы | Атомы |
| Тип химической связи | Металлическая | Ионная | В молекулах – ковалентная; между молекулами – вандерваальсовы силы и водородные связи | Между атомами – ковалентная |
| t плавления | Высокая | Высокая | Невысокая | Очень высокая |
| t кипения | Высокая | Высокая | Невысокая | Очень высокая |
| Механические свойства | Твердые, ковкие, тягучие | Твердые, хрупкие | Мягкие | Очень твердые |
| Электропроводность | Хорошие проводники | В твердом виде – диэлектрики; в расплаве или растворе – проводники | Диэлектрики | Диэлектрики (кроме графита) |
| Растворимость | ||||
| в воде | Нерастворимы | Растворимы | Нерастворимы | Нерастворимы |
| в неполяр- ных раство- рителях | Нерастворимы | Нерастворимы | Растворимы | Нерастворимы |
(Все определения, формулы, графики и уравнения реакций даются под запись.)
Кристаллические решетки Тип решетки Виды частиц в узлах решетки Вид связи между частицами Примеры веществ Физические свойства веществ Ионная ИоныИонная Это бинарные соединения металлов (I А и II A), соли, оксиды и гидроксиды типичных металлов. Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, растворы и расплавы проводят электрический ток.
Кристаллические решетки Тип решетки Виды частиц в узлах решетки Вид связи между частицами Примеры веществ Физические свойства веществ Атомная Атомы 1. Ковалентная неполярная - связь очень прочная 2. Ковалентная полярная - связь прочная Простые вещества: алмаз (C), графит (C), бор (B), кремний (Si), красный фосфор. Сложные вещества: оксид алюминия (Al 2 O 3), оксид кремния (IY) -SiO 2. Очень твердые, тугоплавкие, нелетучие, не растворимы в воде.
Кристаллические решетки Тип решетки Виды частиц в узлах решетки Вид связи между частицами Примеры веществ Физические свойства веществ Молеку лярная Молеку лы Между молекулами- слабые силы межмолекулярного притяжения, а внутри молекул прочная ковалентная связь. Твердые вещества при низких температурах. При обычных - газы или жидкости – О 2, Н 2, Cl 2, N 2, Br 2, H 2 O, CO 2, HCl, благородные газы, сера, белый фосфор Р 4, йод; органические вещества. Непрочные, летучие, легкоплавкие, имеют небольшую твердость.
Кристаллические решетки Тип решетки Виды частиц в узлах решетки Вид связи между частицами Примеры веществ Физические свойства веществ Металл ическая Атомы, ионы Металлич еская, разной прочности Металлы и сплавы. Металлы, которые находятся в I A, II A, IIIA (кроме бора), а металлы побочных подгрупп Ковкие, обладают металлическим блеском, тепло - и электропроводностью
Молекулярное и немолекулярное строение веществ. Строение вещества
В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения . Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами . Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются - вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы. К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K 2 SO 4), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, KOH). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.
Твердые вещества: аморфные и кристаллические
Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные .
Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления - при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.
Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов - в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки. В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними, различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
Ионными называют кристаллические решетки , в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na+, Cl — , так и сложные SO 4 2- , OH — . Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия построен из чередующихся положительных ионов Na + и отрицательных Cl — , образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
Атомные кристаллические решетки
Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями . Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз - одно из аллотропных видоизменений углерода. Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически нерастворимы.
Молекулярные кристаллические решетки
Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными (HCl, H 2 O), и неполярными (N 2 , O 2). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения . Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).
Молекулярная кристаллическая решетка(углекислый газ)
Металлические кристаллические решетки
Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.
Шпаргалки
