Прежде, чем ознакомиться с данной темой, нужно вспомнить, что такое агрегатное состояние вещества и какими они могут быть.
| Агрегатное состояние вещества — это такие состояния одного и того же вещества, которые зависят от определенных температур и давления, а переходы между ними сопровождаются скачкообразным изменением физических параметров. |
Всего выделяют 4 вида агрегатных состояний: твердое, жидкое и газообразное, а также плазма. Однако, на данный момент нас будет интересовать только твердое агрегатное состояние, т.к. только в нем можно увидеть какую-либо структуру.
АЛЛОТРОПНАЯ МОДИФИКАЦИЯ
ВАЖНО! У многих веществ и соединений есть свои аллотропные модификации.
| Аллотропные модификации— это вещества, образованные из одного химического элемента, однако имеющие различные свойства и строение. |
● Давайте рассмотрим такой элемент, как сера. Она бывает трех видов: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинные построенные из циклических S8, которые размещены по узлам моноклинной и ромбических решеток. Однако, соединены и образуют, так называемую, корону с длинами связями S-S =0,206 нм . При нагревании она переходит в пластическую серу, которая по своей структуры ближе к аморфным.
● Углерод имеет множество модификаций, но выделяют самые известные: алмаз, графит, карбин, фуллерен. Самая устойчивая из них — алмаз, имеющая тетраэдрическое строение. Из-за такого строения он имеет высокую твердость и является эталоном твердости по шкале Мооса.
Графит имеет слоистую решетку. Из-за наличия пространства между слоями графит имеет относительную мягкость, а также он жирный на ощупь.
Фуллерен C60 имеет сферическую форму (напоминающую футбольный мяч). Из-за слабых вандервальссовых связей имеет низкую твердость. Особенность заключается в том, что внутри образуется полость, диаметр которой примерно 5Å.
● Фосфор также имеет аллотропные модификации. Самые известные из них: белая, черная и красная.
Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку, а атомы P расположены по вершинам тетраэдра. Данная модификация фосфора легко деформируется и режется ножом. Является ядовитым веществом!
Черный фосфор наиболее стабильная и химически неактивная модификация. Данное соединение имеет высокую твердость, нерастворимо в воде и во многих органических растворителях.
Красный фосфор имеет формулу Pn и представляет собой полимер. Плотность его выше, чем у белого фосфора 2,4 гр/см3. Обычно его получают путем нагревания белого фосфора.
Как вы уже знаете, все тела и предметы состоят из маленьких частиц — атомов. В твердых телах атомы могут быть расположены как хаотично, так и в строго определенном порядке. Тела, у которых отсутствует явный порядок в расположении атомов, называются аморфными.
Примеры: смола, стекло, кремнезем, пластмасса, янтарь и т.д.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА
| Кристаллическое вещество — вещество, в составе которого атомы расположены строго определенным образом. |
В отличии от аморфных тел, кристаллическое вещество может иметь определенную температуру плавления. Они способно самоограняться (приобретать определенную огранку), анизотропны (зависимость каких-либо физических параметра от направления самих кристаллов), а также обладают симметрией.
Кристаллические вещества обычно характеризуются кристаллической решеткой.
| Кристаллическая решетка — пространственное расположение атомов и ионов в кристалле. |
Всего существуют 4 вида кристаллических решеток: ионная, молекулярная, металлическая и атомная. Каждый из них обладает определенными физическими свойствами.
Можно также отметить, что кристаллическая решетка тесно связана с химической связью. Во многих случаях вид химической связи (ионная, ковалентная, металлическая) предопределяет тип кристаллической решетки.
1) Ионный тип кристаллической решетки имеет в структуре противоположно заряженные ионы. Данные ионы удерживаются за счет электростатических сил.
Вещества, имеющие данный вид решеток, обычно обладают высокой твердостью, тугоплавкостью и нелетучестью. Также можно сказать, что многие вещества с такой решеткой обладают некоторой хрупкостью. Это объясняется некоторым смещением этих ионов в узлах решетки при механических воздействиях.
В большинстве случаев их растворы могут проводить электрический ток.
Стоит отметить, что некоторые вещества ионного характера нерастворимы или малорастворимы в воде (BaSO4, CaCO3 и т.д.).
Ионную кристаллическую решетку имеют вещества, у которых ионный тип связи: соли (NaCl, KNO3), гидроксиды металлов (NaOH, KOH), а также некоторые оксиды металлов.
2) Узлы молекулярной кристаллической решетки образованы молекулами.
Данный тип молекул связан между собой за счет межмолекулярных взаимодействий. Из-за слабой связи для них характерна высокая летучесть, малая твердость, легкооплавкость. Данный тип решеток имеют вещества, в которых присутствует ковалентный (полярный или неполярный) вид связи: простые вещества (O2, N2 , S8, P4(белый)), сложные вещества (H2O, углекислый газ CO2, этанол C2H5OH),С60 (фуллерен).
3) Металлический тип решеток характерен для металлов.
Связь в этих решетках держится следующим образом: металлы в решетках склонны отдавать свои электроны Мe0-e——Me+1, за счет этого образуются положительно заряженные ионы (катионы), а внутри решетки образуется, так называемый, «электронный газ» (скопление электронов). Эти электроны перемещаются по всей решетке и становятся общими. Внутри в итоге оказываются и электроны, и атомы металлов, и ионы металла. Это как раз и обуславливает, почему наши металлы электро- и теплопроводны.
Для них характерны чаще всего ковкость, металлический блеск, хорошая тепло- и электропроводность, многие металлы также имеют высокую температуру плавления.
Примеры: Fe, Al, Zn, Mg и т.д.
4) Атомная кристаллическая решетка относится к довольно прочным типам решеток.
В данной решетке атомы связаны между собой ковалентной связью.
Яркими представителями являются: алмаз С, кремний Si, бор В, карборунд SiC, оксид кремния (IV) SiO2, карбиды и нитриды бора. Из-за отсутствия свободных электронов в узлах этой решетки для них не характерна электропроводность.
Данные вещества обладают следующими физическими свойствами: высокая прочность, тугоплавкость, низкая тепло- и электропроводность, также они нерастворимы во многих растворителях.
Алгоритм идентификации кристаллической решетки:
При решении различных задач связанных с идентификацией кристаллической решетки у веществ можно пользоваться определенным алгоритмом:
| 1) Определяем тип вещества (простое или сложное) 2) Простое вещество: выясняем тип связи: ● Ковалентная неполярная (неМе с одинаковым ЭО, два одинаковых атома)——>молекулярная решетка ● Металлическая (у всех металлов, s, p, d Ме)—->металлическая решетка 3) Сложное вещество: ● Ковалентная полярная (неМЕ с разной ЭО, между двумя разными неМЕ)——>молекулярная решетка ● Ионная (между элементами с разной ЭО, между МЕ и неМЕ)—->ионная кристаллическая решетка |
ЗАПОМНИТЬ! К атомным относятся: С (алмаз, графит), В (бор), BN, B4С (нитрид и карбид бора), Si, Si02, SiC (карборунд), Al203.
