Головна › Система охолодження › Що таке кристалічні грати. Атомні, молекулярні, іонні та металеві кристалічні грати

Що таке кристалічні грати. Атомні, молекулярні, іонні та металеві кристалічні грати

Хімія – дивовижна наука. Стільки неймовірного можна виявити у, здавалося б, звичайних речах.

Все матеріальне, що оточують нас усюди, існує у кількох агрегатних станах: гази, рідини та тверді тіла. Вчені виділили ще й 4 - плазму. При певній температурі будь-яка речовина може переходити з одного до іншого. Наприклад, вода: при нагріванні понад 100, з рідкої форми, перетворюється на пару. При температурі нижче 0 перетворюється на наступне агрегатну структуру - лід.

Весь матеріальний світмає у своєму складі масу однакових частинок, які між собою пов'язані. Ці дрібні елементи строго вишиковуються у просторі і утворюють так званий просторовий каркас.

Визначення

Кристалічна решітка - особлива структура твердої речовини, при якій частинки стоять у геометрично строгому порядку у просторі. У ній можна виявити вузли - місця, де розташовані елементи: атоми, іони та молекули та міжвузловий простір.

Тверді речовини, Залежно від діапазону високих і низьких температур, є кристалічними або аморфними - вони характеризуються відсутністю певної температури плавлення. При вплив підвищених температур вони розм'якшуються і поступово переходять у рідку форму. До таких речовин відносяться: смола, пластилін.

У зв'язку з цим можна поділити на кілька видів:

атомну;
іонну;
молекулярну;
металеву.

Але за різних температур одна речовина може мати різні формиі виявляти різноманітні властивості. Це називається алотропной модифікацією.

Атомний тип

У цьому типі у вузлах розташовані атоми тієї чи іншої речовини, пов'язані ковалентними зв'язками. Цей вид зв'язку утворений парою електронів двох сусідніх атомів. Завдяки цьому вони зв'язуються рівномірно та у строгому порядку.

Речовини з атомними кристалічними гратами характеризуються такими властивостями: міцність і велика температура плавлення. Такий тип зв'язку представлений у алмазу, кремнію та бору..

Іонний тип

Протилежно заряджені іони знаходяться на вузлах, що створюють електромагнітне поле, що характеризує фізичні властивості речовини. До таких належать: електропровідність, тугоплавкість, щільність та твердість. Кухонна сіль та нітрат калію характеризуються наявністю іонної кристалічної решітки.

Не пропустіть: механізм освіти, конкретні приклади.

Молекулярний тип

У вузлах такого типу знаходяться іони, пов'язані між собою ван-дер-ваальсовими силами. Завдяки слабким міжмолекулярним зв'язкам такі речовини, наприклад, лід, двоокис вуглецю та парафін, характеризуються пластичністю, електро- та теплопровідністю.

Металевий тип

У своїй будові нагадує молекулярну, але має все ж таки міцніші зв'язки. Відмінність цього у тому, що у її вузлах перебувають позитивно заряджені катіони . Електрони, що знаходяться у міжвузловомупросторі беруть участь в утворенні електричного поля. Вони ще звуться електричного газу.

Прості метали та сплави, характеризуються металевим типом решітки. Для них характерна наявність металевого блиску, пластичність, тепло- та електропровідність. Вони можуть плавитися за різних температур.

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила дана робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Тип уроку: Комбінований.

Основна мета уроку: Дати учням конкретні уявлення про аморфні та кристалічні речовини, типи кристалічних грат, встановити взаємозв'язок між будовою та властивостями речовин.

Завдання уроку.

Освітня: сформувати поняття про кристалічний та аморфний стан твердих тіл, ознайомити учнів з різними типами кристалічних грат, встановити залежність фізичних властивостей кристала від характеру хімічного зв'язку в кристалі та типу кристалічної решітки, дати учням основні уявлення про вплив природи хімічних зв'язків та тип властивості речовини, дати учням уявлення про закон сталості складу.

Виховна: продовжити формування світогляду учнів, розглянути взаємний вплив компонентів цілого- структурних частинок речовин, у яких виникають нові властивості, виховувати вміння організувати свою навчальну працю, дотримуватися правил роботи у колективі.

Розвиваюча: розвивати пізнавальний інтерес школярів, використовуючи проблемні ситуації; удосконалювати вміння учнів встановлювати причинно-наслідкову залежність фізичних властивостей речовин від хімічного зв'язку та типу кристалічних ґрат, передбачати тип кристалічних ґрат на основі фізичних властивостей речовини.

Обладнання: Періодична система Д.І.Менделєєва, колекція "Метали", неметали: сірка, графіт, червоний фосфор, кисень; Презентація “Кристалічні грати”, моделі кристалічних грат різних типів (кухонної солі, алмазу та графіту, вуглекислого газу та йоду, металів), зразки пластмас та виробів з них, скло, пластилін, смоли, віск, жувальна гумка, шоколад, комп'ютер, мультимедійна установка, відеодосвід “Вигон бензойної кислоти”.

Хід уроку

1. Організаційний момент.

Вчитель вітає учнів, фіксує відсутніх.

Потім повідомляє тему уроку та мету уроку. Учні записують тему уроку у зошит. (Cлайд 1, 2).

2. Перевірка домашнього завдання

(2 учні біля дошки: Визначити вид хімічного зв'язку для речовин із формулами:

1) NaCl, CO 2 , I 2; 2) Na, NaOH, H 2 S (записують відповідь на дошці та включаються до опитування).

3. Аналіз ситуації.

Що вивчає хімія? Відповідь: Хімія - це наука про речовини, їх властивості та перетворення речовин.

Що ж таке речовина? Відповідь: Речовина – це те, з чого складається фізичне тіло. (Cлайд 3).

Вчитель: Які агрегатні стани речовин ви знаєте?

Відповідь: Існує три агрегатні стани: твердий, рідкий та газоподібний. (Cлайд 4).

Вчитель: Наведіть приклади речовин, які за різних температур можуть існувати у всіх трьох агрегатних станах.

Відповідь: Вода. За звичайних умов вода знаходиться в рідкому стані, при зниженні температури нижче 0 0 С вода переходить у твердий стан - лід, а при підвищенні температури до 100 0 С ми отримаємо водяну пару (газоподібний стан).

Вчитель (доповнення): Будь-яку речовину можна отримати у твердому, рідкому та газоподібному вигляді. Крім води – це метали, які за нормальних умов перебувають у твердому стані, при нагріванні починають розм'якшуватися, і за певної температури (t пл) переходять у рідкий стан - плавляться. За подальшого нагрівання, до температури кипіння, метали починають випаровуватися, тобто. переходити у газоподібний стан. Будь-який газ можна перевести в рідкий і твердий стан, знижуючи температуру: наприклад, кисень, який при температурі (-194 0 С) перетворюється на рідину блакитного кольору, а при температурі (-218,8 0 С) твердне в снігоподібну масу, що складається з кристалів синього кольору. Сьогодні на уроці ми розглядатимемо твердий стан речовини.

Вчитель: Назвіть, які тверді речовини у вас на столах.

Відповідь: Метали, пластилін, кухонна сіль: NaCl, графіт.

Як ви думаєте? Яка з цих речовин зайва?

Відповідь: Пластилін.

Вчитель: Чому?

Робляться припущення. Якщо учні не можуть, то за допомогою вчителя приходять до висновку, що пластилін на відміну від металів і хлориду натрію не має певної температури плавлення - він (пластилін) поступово розм'якшується і переходить у текучий стан. Такий, наприклад, шоколад, що тане в роті, або жувальна гумка, а також скло, пластмаси, смоли, віск (при поясненні вчитель демонструє класу зразки цих речовин). Такі речовини називають аморфними. (слайд 5), а метали та хлорид натрію - кристалічні. (Cлайд 6).

Таким чином, розрізняють два види твердих речовин : аморфні та кристалічні. (Слайд7).

1) У аморфних речовин немає певної температури плавлення та розташування частинок у них строго не впорядковано.

Кристалічні речовини мають певну температуру плавлення і, головне, характеризуються правильним розташуванням частинок, з яких вони побудовані: атомів, молекул та іонів. Ці частинки розташовані в строго визначених точках простору, і якщо ці вузли з'єднати прямими лініями, то утворюється просторовий каркас - кристалічна решітка.

Вчитель задає проблемні питання

Як пояснити існування твердих речовин з різними властивостями?

2) Чому кристалічні речовини при ударі розколюються у певних площинах, а аморфні речовини цією властивістю не мають?

Вислухати відповіді учнів та підвести їх до висновку:

Властивості речовин у твердому стані залежать від типу кристалічних ґрат (передусім від того, які частинки знаходяться в її вузлах), що, у свою чергу, обумовлено типом хімічного зв'язку в даній речовині.

Перевірка домашнього завдання:

1) NaCl - іонний зв'язок,

СО 2 – ковалентний полярний зв'язок

I 2 – ковалентний неполярний зв'язок

2) Na - металевий зв'язок

NаОН - іонний зв'язок між Na + іОН - (Про і Н ковалентний)

Н 2 S – ковалентна полярна

Фронтальне опитування.

Який зв'язок називається іонним?
Який зв'язок називається ковалентним?
Який зв'язок називається ковалентним полярним? неполярною?
Що називається електронегативністю?

Висновок: Простежується логічна послідовність, взаємозв'язок явищ у природі: Будова атома->ЕО->Види хімічного зв'язку->Тип кристалічної решітки->Властивості речовин . (Слайд 10).

Вчитель: Залежно від виду частинок та від характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних грат: іонні, молекулярні, атомні та металеві. (Cлайд 11).

Результати оформлюються в наступну таблицю-зразок таблиці в учнів на парті. (Див. Додаток 1). (Cлайд 12).

Іонні кристалічні грати

Як ви думаєте? Для речовин із яким видом хімічного зв'язку буде характерний такий вид грат?

Відповідь: Для речовин з іонним хімічним зв'язком буде характерна іонна решітка.

Вчитель: Які частинки будуть у вузлах решітки?

Відповідь: Іони.

Які частинки називаються іонами?

Відповідь: Іони є частинками, що мають позитивний або негативний заряд.

Які іони бувають за складом?

Відповідь: Прості та складні.

Демонстрація - модель кристалічних ґрат хлориду натрію (NaCl).

Пояснення вчителя: У вузлах кристалічних ґрат хлориду натрію знаходяться іони натрію та хлору.

У кристалах NaCl окремих молекул хлориду натрію немає. Весь кристал слід розглядати як гігантську макромолекулу, що складається з рівного числа іонів Na + і Cl - , Na n Cl n де n - велике число.

Зв'язки між іонами у такому кристалі дуже міцні. Тому речовини з іонними гратами мають порівняно високу твердість. Вони тугоплавкі, нелеткі, тендітні. Розплави їх проводять електричний струм (чому?), Легко розчиняються у воді.

Іонні сполуки - це бінарні сполуки металів (I А та II A), солі, луги.

Атомні кристалічні грати

Демонстрація кристалічних грат алмазу та графіту.

В учнів на столі зразки графіту.

Вчитель: Які частинки будуть у вузлах атомної кристалічної решітки?

Відповідь: У вузлах атомних кристалічних ґрат знаходяться окремі атоми.

Вчитель: Який хімічний зв'язок між атомами виникатиме?

Відповідь: Ковалентний хімічний зв'язок.

Пояснення вчителя.

Справді, у вузлах атомних кристалічних ґрат знаходяться окремі атоми, пов'язані між собою ковалентними зв'язками. Так як атоми, подібно до іонів, можуть по-різному розташовуватися в просторі, то утворюються кристали різної форми.

Атомні кристалічні грати алмазу

У цих ґратах молекули відсутні. Весь кристал слід розглядати, як гігантську молекулу. Прикладом речовин з таким типом кристалічних решіток можуть бути алотропні модифікації вуглецю: алмаз, графіт; також бір, кремній, червоний фосфор, германій. Запитання: Які ці речовини за складом? Відповідь: Прості за складом.

Атомні кристалічні грати мають як прості, а й складні. Наприклад, оксид алюмінію, оксид кремнію. Всі ці речовини мають дуже високі температури плавлення (у алмазу понад 3500 0 С), міцні та тверді, нелеткі, практично нерозчинні в рідинах.

Металеві кристалічні грати

Вчитель: Хлопці, у вас на столах є колекція металів, розглянемо ці зразки.

Питання: Який хімічний зв'язок характерний для металів?

Відповідь: Металева. Зв'язок у металах між позитивними іонами у вигляді узагальнених електронів.

Запитання: Які загальні фізичні властивості для металів характерні?

Відповідь: Блиск, електропровідність, теплопровідність, пластичність.

Питання: Поясніть, у чому причина того, що така кількість різноманітних речовин має однакові фізичні властивості?

Відповідь: Метали мають єдину будову.

Демонстрація моделей кристалічних ґрат металів.

Пояснення вчителя.

Речовини з металевим зв'язком мають металеві кристалічні грати.

У вузлах таких ґрат знаходяться атоми і позитивні іони металів, а в обсязі кристала вільно переміщуються валентні електрони. Електрони електростатично притягують позитивні іони металів. Цим пояснюється стабільність ґрат.

Молекулярні кристалічні грати

Вчитель демонструє та називає речовини: йод, сірка.

Запитання: Що поєднує ці речовини?

Відповідь: Ці речовини є неметалами. Прості за складом.

Питання: Який хімічний зв'язок усередині молекул?

Відповідь: Хімічний зв'язок усередині молекул ковалентний неполярний.

Питання: Які фізичні властивості їм характерні?

Відповідь: Летючі, легкоплавкі, малорозчинні у воді.

Вчитель: Давайте порівняємо властивості металів та неметалів. Учні відповідають, що характеристики принципово відрізняються.

Запитання: Чому властивості неметалів сильно відрізняються від властивостей металів?

Відповідь: У металів зв'язок металевий, а у неметалів ковалентний неполярний.

Вчитель: Отже, і тип решітки інший. Молекулярна.

Запитання: Які частинки знаходяться у вузлах ґрат?

Відповідь: Молекули.

Демонстрація кристалічних грат вуглекислого газу та йоду.

Пояснення вчителя.

Молекулярні кристалічні грати

Як бачимо, молекулярні кристалічні грати можуть мати не тільки тверді простіречовини: благородні гази, H 2 ,O 2 ,N 2 , I 2 , O 3 , білий фосфор Р 4 , а також складні: тверда вода, тверді хлороводень та сірководень. Більшість твердих органічних сполук мають молекулярні кристалічні ґрати (нафталін, глюкоза, цукор).

У вузлах ґрат знаходяться неполярні або полярні молекули. Незважаючи на те, що атоми всередині молекул пов'язані міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі сили міжмолекулярної взаємодії.

Висновок:Речовини неміцні, мають малу твердість, низьку температуру плавлення, летючі, здатні до сублімації.

Питання : Який процес називається сублімацією чи сублімацією?

Відповідь : Перехід речовини з твердого агрегатного стану відразу в газоподібний, минаючи рідкий, називається сублімацією або сублімацією.

Демонстрація досвіду: сублімація бензойної кислоти (відеоопит).

Робота із заповненою таблицею.

Додаток 1. (Слайд 17)

Кристалічні грати, вид зв'язку та властивості речовин

Тип решітки	Види частинок у вузлах грат	Вид зв'язку між частинками	Приклади речовин	Фізичні властивостіречовин
Іонна	Іони	Іонна – зв'язок міцний	Солі, галогеніди (IA,IIA),оксиди та гідроксиди типових металів	Тверді, міцні, нелеткі, тендітні, тугоплавкі, багато розчинні у воді, розплави проводять електричний струм
Атомна	Атоми	1. Ковалентна неполярна - зв'язок дуже міцний 2. Ковалентна полярна - зв'язок дуже міцний	Прості речовина: алмаз(C), графіт(C), бор(B), кремній(Si). Складні речовини: оксид алюмінію (Al 2 O 3), оксид кремнію (IY)-SiO 2	Дуже тверді, дуже тугоплавкі, міцні, нелеткі, не розчиняються у воді
Молекулярна	Молекули	Між молекумі-слабкі сили міжмолекулярного тяжіння, а ось усередині молекулміцний ковалентний зв'язок	Тверді речовини при особливих умовах, які при звичайних - гази або рідини (Про 2 ,Н 2 ,Cl 2 ,N 2 ,Br 2 , H 2 O, CO 2 HCl); сірка, білий фосфор, йод; органічні речовини	Неміцні, леткі, легкоплавкі, здатні до сублімації, мають невелику твердість
Металева	Атом-іони	Металеварізна міцність	Метали та сплави	Ковкі, мають блиск, пластичність, тепло- і електропровідність.

Питання: Який тип кристалічних ґрат з розглянутих вище не зустрічається в простих речовинах?

Відповідь: Іонні кристалічні грати.

Питання: Які кристалічні ґрати характерні для простих речовин?

Відповідь: Для простих речовин-металів-металеві кристалічні грати; для неметалів – атомна або молекулярна.

Робота з Періодичною системою Д.І.Менделєєва.

Запитання: Де в Періодичній системі знаходяться елементи-метали і чому? Елементи-неметали та чому?

Відповідь: Якщо провести діагональ від бору до астату, то в нижньому лівому кутку цієї діагоналі будуть знаходитися елементи-метали, т.к. на останньому енергетичному рівні вони містять від одного до трьох електронів. Це елементи I A, II A, III A (крім бору), а також олово та свинець, сурма та всі елементи побічних підгруп.

Елементи-неметали знаходяться у верхньому правому кутку від цієї діагоналі, т.к. на останньому енергетичному рівні містять від чотирьох до восьми електронів. Це елементи IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A та бор.

Вчитель: Давайте знайдемо елементи неметали, які мають прості речовинимають атомні кристалічні грати (Відповідь: С, В, Si) та молекулярну ( Відповідь: N, S, O , галогени та благородні гази ).

Вчитель: Сформулюйте висновок, як можна визначити тип кристалічних ґрат простої речовини залежно від положення елементів у Періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Відповідь: Для елементів-металів, які знаходяться в I A, II A, IIIA (крім бору), а також олова та свинцю, та всіх елементів побічних підгруп у простій речовині тип решітки-металічна.

Для елементів-неметалів IY A і бору в простій речовині кристалічна решітка атомна; а у елементів Y A, YI A, YII A, YIII A у простих речовинах кристалічні грати молекулярні.

Продовжуємо працювати із заповненою таблицею.

Вчитель: Подивіться уважно на таблицю. Яка закономірність простежується?

Уважно слухаємо відповіді учнів, після чого разом із класом робимо висновок:

Існує така закономірність: якщо відома будова речовин, то можна передбачити їх властивості, або навпаки: якщо відомі властивості речовин, то можна визначити будову. (Слайд 18).

Вчитель: Подивіться уважно на таблицю. Яку ще класифікацію речовин ви можете запропонувати?

Якщо учням важко, то вчитель пояснює, що речовини можна поділити на речовини молекулярної та немолекулярної будови. (Слайд 19).

Речовини молекулярної будови складаються з молекул.

Речовини немолекулярної будови складаються з атомів, іонів.

Закон сталості складу

Вчитель: Сьогодні ми познайомимося з одним із основних законів хімії. Це закон сталості складу, який відкрили французьким хіміком Ж.Л.Прустом. Закон справедливий лише для речовин молекулярного будови. В даний час закон читається так: "Молекулярні хімічні сполуки незалежно від способу їх отримання мають постійний склад та властивості". Але для речовин із немолекулярною будовою цей закон не завжди справедливий.

Теоретичне та практичне значеннязакону полягає в тому, що на його основі склад речовин можна виразити за допомогою хімічних формул (для багатьох речовин немолекулярної будови хімічна формулапоказує склад реально існуючої, а умовної молекули).

Висновок: хімічна формула речовини містить у собі велику інформацію.(Cлайд 21)

Наприклад, SO 3:

1. Конкретна речовина – сірчаний газ, або оксид сірки (YI).

2. Тип речовини - складне; клас – оксид.

3. Якісний склад – складається з двох елементів: сірки та кисню.

4. Кількісний склад - молекула складається з 1 атома сірки та 3 атомів кисню.

5. Відносна молекулярна маса - M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.

6. Молярна маса – М(SO 3) = 80 г/моль.

7. Багато іншої інформації.

Закріплення та застосування отриманих знань

(Слайд 22, 23).

Гра в хрестики-нуліки: закресліть по вертикалі, горизонталі, діагоналі речовини, що мають однакову кристалічну решітку.

Рефлексія.

Вчитель ставить запитання: “Хлопці, що нового ви дізналися на уроці?”.

Підбиття підсумків заняття

Вчитель: Хлопці, давайте підіб'ємо основні підсумки нашого уроку - дайте відповідь на запитання.

1. Які класифікації речовин ви дізналися?

2. Як ви розумієте термін кристалічні грати.

3. Які типи кристалічних ґрат ви тепер знаєте?

4. Про яку закономірність будови та властивостей речовин ви дізналися?

5. У якому агрегатному стані речовини мають кристалічні ґрати?

6. З яким основним законом хімії ви познайомилися на уроці?

Домашнє завдання: §22, конспект.

1. Складіть формули речовин: хлорид кальцію, оксид кремнію (IY), азот, сірководень.

Визначте тип кристалічних ґрат і спробуйте прогнозувати: які мають бути температури плавлення у цих речовин.

2. Творче завдання -> скласти питання до параграфу.

Вчитель дякує за урок. Виставляє позначки учням.

Тверді речовини існують у кристалічному та аморфному стані та переважно мають кристалічну будову. Воно відрізняється правильним місцем розташування частинок у точно визначених точках, характеризується періодичною повторюваністю в об'ємному, Якщо подумки з'єднати ці точки прямими - отримаємо просторовий каркас, який і називають кристалічною решіткою. Поняття «кристалічні грати» відноситься до геометричного образу, який описує тривимірну періодичність у розміщенні молекул (атомів, іонів) у кристалічному просторі.

Точки розташування частинок називаються вузлами ґрат. Усередині каркасу діють міжвузлові зв'язки. Вигляд часток і характер зв'язку між ними: молекули, атоми, іони - визначають Всього виділяють чотири такі типи: іонні, атомні, молекулярні та металеві.

Якщо у вузлах решітки розташовані іони (частки з негативним або позитивним зарядом), то це іонна кристалічна решітка, що характеризується однойменними зв'язками.

Ці зв'язки дуже міцні та стабільні. Тому речовини з таким типом будови мають досить високу твердість і щільність, нелетючі і тугоплавки. При низьких температурахвони виявляють себе як діелектрики. Однак при плавленні таких сполук порушується геометрично правильні іонні кристалічні грати (розташування іонів) і зменшуються міцнісні зв'язки.

При температурі, близькій до температури плавлення, кристали з іонним зв'язком вже здатні проводити електричний струм. Такі сполуки легко розчиняються у воді та інших рідинах, що складаються з полярних молекул.

Іонні кристалічні грати властиві всім речовинам з іонним типом зв'язку - солі, гідроксиди металів, бінарні сполуки металів з неметалами. немає спрямованості у просторі, оскільки кожен іон пов'язаний відразу з кількома протиіонами, сила взаємодії яких залежить від відстані з-поміж них (закон Кулона). Іонно-пов'язані сполуки мають немолекулярну будову, вони є твердими речовинами з іонними гратами, високою полярністю, високими температурами плавлення і кипіння, які у водних розчинах є електропровідними. З'єднань з іонними зв'язками у чистому вигляді практично не трапляється.

Іонна кристалічна решітка властива деяким гідроксидам та оксидам типових металів, солей, тобто. речовин з іонною

Крім іонного зв'язку в кристалах буває металевий, молекулярний та ковалентний зв'язок.

Кристали, що мають ковалентний зв'язок, є напівпровідниками або діелектриками. Типовими прикладами атомних кристалів є алмаз, кремній і германій.

Діамант - це мінерал, алотропна кубічна модифікація (форма) вуглецю. Кристалічна решіткаалмазу - атомна, дуже складна. У вузлах таких ґрат знаходяться атоми, з'єднані між собою вкрай міцними ковалентними зв'язками. Діамант складається з окремих атомів вуглецю, розташованих по одному в центрі тетраедра, вершинами якого є чотири найближчі атоми. Такі грати характеризуються гранецентрованою кубічною, що обумовлює максимальну твердість алмазу і досить високу температуру плавлення. У ґратах алмазу відсутні молекули - і кристал можна розглядати як одну значну молекулу.

Крім цього, властива кремнію, твердому бору, германію та сполукам окремих елементів з кремнієм та вуглецем (кремнезем, кварц, слюда, річковий пісок, карборунд). Взагалі ж представників із атомними ґратами відносно небагато.

Існуюче у природі, утворено великою кількістю однакових частинок, пов'язані між собою. Усі речовини існують у трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому та твердому. Коли утруднений тепловий рух (при низьких температурах), а також у твердих речовинах частинки строго орієнтовані у просторі, що проявляється у їхній точній структурній організації.

Кристалічна решітка речовини - це структура з геометрично впорядкованим розташуванням частинок (атоми, молекули чи іони) у певних точках простору. У різних ґратах розрізняють міжвузловий простір і безпосередньо вузли - точки, у яких розташовані самі частки.

Кристалічні грати бувають чотирьох типів: металеві, молекулярні, атомні, іонні. Типи решіток визначаються відповідно до виду частинок, розташованих у їхніх вузлах, а також характеру зв'язків між ними.

Кристалічна решітка називається молекулярною у тому випадку, якщо в її вузлах розташовуються молекули. Вони пов'язані між собою міжмолекулярними порівняно слабкими силами, звані ван-дер-ваальсовими, проте самі атоми всередині молекули з'єднуються значно сильнішою чи неполярною). Молекулярні кристалічні грати властиві хлору, твердому водню, та іншим речовинам, що є газоподібними при звичайній температурі.

Кристали, які утворюють благородні гази, також мають молекулярні ґрати, що складаються з одноатомних молекул. Більшість твердих органічних речовинмають саме таку структуру. Число ж яким властива молекулярна структура дуже невелика. Це, наприклад, тверді галогеноводи, природна сірка, лід, тверді прості речовини та деякі інші.

При нагріванні відносно слабкі міжмолекулярні зв'язки руйнуються досить легко, тому речовини з такими гратами мають дуже низькі температури плавлення і малу твердість, вони нерозчинні або малорозчинні у воді, їх розчини практично не проводять електричний струм, характеризуються значною летючістю. Мінімальні температури кипіння та плавлення - у речовин із неполярних молекул.

Металевою називається така кристалічна решітка, вузли якої сформовані атомами і позитивними іонами (катіонами) металу з вільними валентними електронами (що відчепилися від атомів при утворенні іонів), що безладно рухаються в обсязі кристала. Однак ці електрони по суті є напіввільними, так як можуть безперешкодно переміщатися тільки в рамках, які обмежують ці кристалічні грати.

Електростатичні електрони та позитивні іони металів взаємно притягуються, чим пояснюється стабільність металевих кристалічних ґрат. Сукупність вільних електронів, що рухаються, називають електронним газом - він забезпечує хорошу електро- і при появі електричної напруги електрони спрямовуються до позитивної частки, беручи участь у створенні електричного струму і взаємодіючи з іонами.

Металеві кристалічні грати характерні, головним чином, для елементарних металів, а також для з'єднань різних металів один з одним. Основні властивості, які притаманні металевим кристалам (механічна міцність, леткість, досить сильно коливаються. Однак такі фізичні властивості, як пластичність, ковкість, висока електро-і теплопровідність, характерний металевий блиск властиві лише виключно кристалам з металевими гратами).

У хімічні взаємодії вступають не окремі атоми чи молекули, а речовини.

Наше завдання познайомитися із будовою речовини.

При низьких температурах речовин стійкий твердий стан.

☼ Найбільш твердою речовиною у природі є алмаз. Він вважається царем усіх самоцвітів і дорогоцінного каміння. Та й сама його назва означає грецькою «незламною». На алмази з давніх-давен дивилися як на чудодійне каміння. Вважалося, що людина, що носить алмази, не знає хвороб шлунка, на неї не діє отрута, вона зберігає до глибокої старості пам'ять і веселе настроювання, користується царською милістю.

☼ Алмаз, підданий ювелірній обробці - ограновуванні, шліфуванні, називають діамантом.

При плавленні внаслідок теплових коливань порядок частинок порушується, вони стають рухливими, у своїй характер хімічної зв'язку порушується. Таким чином, між твердим та рідким станами принципових відмінностей немає.

У рідини з'являється плинність (тобто здатність набувати форми судини).

Рідкі кристали

Рідкі кристали відкриті наприкінці ХІХ століття, але вивчені останні 20-25 років. Багато показуючих пристроїв сучасної технікиНаприклад, деякі електронні годинники, міні-ЕОМ, працюють на рідких кристалах.

Загалом слова «рідкі кристали» звучать не менш незвичайно, ніж «гарячий лід». Проте насправді лід може бути гарячим, т.к. при тиску понад 10 000 атм. водянийльодплавиться при температурі вище 200 0 С. Незвичайність поєднання «рідкі кристали» полягає в тому, що рідкий стан вказує на рухливість структури, а кристал передбачає сувору впорядкованість.

Якщо речовина складається з багатоатомних молекул витягнутої або пластинчастої форми та мають несиметричну будову, то при її плавленні ці молекули орієнтуються певним чином одна щодо одної (їх довгі осі розташовуються паралельно). У цьому молекули можуть вільно переміщатися паралельно себе, тобто. система набуває властивість плинності, характерне рідини. У той самий час система зберігає впорядковану структуру, що зумовлює властивості, характерне кристалів.

Висока рухливість такої структури дає можливість керувати нею шляхом дуже слабких впливів (теплових, електричних та інших.), тобто. цілеспрямовано змінювати властивості речовини, зокрема оптичні, з дуже малими витратами енергії, що й у сучасної техніці.

Типи кристалічних ґрат

Будь-яка хімічна речовина утворена великою кількістю однакових частинок, пов'язаних між собою.

При низьких температурах, коли тепловий рух утруднений, частки строго орієнтуються у просторі та утворюють кристалічні грати.

Кристалічна решітка - це структура з геометрично правильним розташуванням частинок у просторі.

У самій кристалічній решітці розрізняють вузли та міжвузловий простір.

Одна і та ж речовина в залежності від умов (p, t,…)існує в різних кристалічних формах (тобто мають різні кристалічні грати) – алотропних модифікаціях, що відрізняються за властивостями.

Наприклад, відомо чотири модифікації вуглецю – графіт, алмаз, карбін та лонсдейліт.

☼ Четвертий різновид кристалічного вуглецю «лонсдейліт» мало кому відомий. Він виявлений у метеоритах та отриманий штучно, а будова його ще вивчається.

☼ Сажу, кокс, деревне вугіллявідносили до аморфних полімерів вуглецю. Однак тепер стало відомо, що це також кристалічні речовини.

☼ До речі, у сажі виявили блискучі чорні частинки, які назвали «дзеркальним вуглецем». Дзеркальний вуглець хімічно інертний, термостійкий, непроникний для газів та рідин, має гладку поверхню та абсолютну сумісність з живими тканинами.

☼ Назва графіту походить від італійського "граффітто" - пишу, малюю. Графіт є темно – сірі кристали зі слабким металевим блиском, має шаруваті грати. Окремі шари атомів у кристалі графіту, пов'язані між собою порівняно слабо, легко відокремлюються один від одного.

ТИПИ КРИСТАЛИЧНИХ ҐРАТОК

	іонна			металева
Що у вузлах кристалічних ґрат, структурна одиниця	іони	атоми	молекули	атоми та катіони
Тип хімічного зв'язку між частинками вузла	іонна		ковалентна: полярна та неполярна	металева
Сили взаємодії між частинками кристала	електростаті- чеські	ковалентні	міжмолекуляр- ні	електростаті- чеські
Фізичні властивості, зумовлені кристалічними ґратами	· сили тяжіння між іонами великі, · Т пл. (Тугоплавкт), · Легко розчиняються у воді, · Розплав та р-р проводить ел.ток, · Нелеткі (не мають запаху)	· ковалентні зв'язки між атомами великі, · Т пл. і T кіп дуже, · у воді не розчиняються, · Розплав не проводить ел.ток	· сили тяжіння між молекулами невеликі, · Т пл. ↓, · Деякі розчиняються у воді, · мають запах – летючі	· сили взаємодії великі, · Т пл. , · Високі тепло та електропровідність
Агрегатний стан речовини за звичайних умов	тверде	тверде	тверде, газоподібне, рідке	тверде, рідке(Н g)
Приклади	більшість солей, лугів, оксиди типових металів	С (алмаз, графіт), Si, Ge, B, SiO 2, CaC 2, SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC (t пл. =3800 0 С) Червоний та чорний фосфор. Оксиди деяких металів.	всі гази, рідини, більшість неметалів: інертні гази, галогени, H 2 , N 2 , O 2 , O 3 , P 4 (білий), S 8 . Водневі сполуки неметалів, оксиди неметалів: H 2 O , CO 2 «сухий лід». Більшість органічних сполук.	Метали, метали

Якщо швидкість зростання кристалів мала при охолодженні – утворюється склоподібний стан (аморфний).

Взаємозв'язок між положеннямелемента в Періодичній системі і кристалічною решіткою його простої речовини.

Між положенням елемента в періодичній системі та кристалічною решіткою його відповідної простої речовини існує тісний взаємозв'язок.

		група
			III			VII	VIII
п е р і о д						H 2
				N 2	O 2	F 2
	III			P 4	S 8	Cl 2
						Br 2
						I 2
Тип кристалічної решітки		металева			атомна	молекулярна

Прості речовини інших елементів мають металеві кристалічні грати.

ЗАКРІПЛЕННЯ

Вивчіть матеріал лекції, дайте відповідь на наступні запитання письмово в зошиті:

Що таке кристалічні грати?
Які види кристалічних ґрат існують?
Охарактеризуйте кожен вид кристалічних ґрат за планом: Що у вузлах кристалічних ґрат, структурна одиниця → Тип хімічного зв'язку між частинками вузла → Сили взаємодії між частинками кристалу → Фізичні властивості, зумовлені кристалічною решіткою → Агрегатний стан речовини за звичайних умов → Приклади

Виконайте завдання на цю тему:

Який тип кристалічної решітки у наступних речовин, що широко використовуються в побуті: вода, оцтова кислота (CH 3 COOH ), цукор (C 12 H 22 O 11), калійне добриво (KCl ), річковий пісок (SiO 2) – температура плавлення 1710 0 C , аміак (NH 3), кухонна сіль? Зробіть узагальнений висновок: за якими властивостями речовини можна визначити тип кристалічної решітки?
За формулами наведених речовин: SiC , CS 2 , NaBr , C 2 H 2 - визначте тип кристалічних ґрат (іонна, молекулярна) кожної сполуки і на основі цього опишіть фізичні властивості кожної з чотирьох речовин.
Тренажер №1. "Кристалічні грати"
Тренажер №2. "Тестові завдання"
Тест (самоконтроль):

1) Речовини, що мають молекулярні кристалічні грати, як правило:

a). тугоплавки і добре розчиняються у воді
б). легкоплавки та летючі
в). Тверді та електропровідні
г). Теплопровідні та пластичні

2) Поняття «молекула» не застосовуєтьсяпо відношенню до структурної одиниці речовини:

a). вода

б). кисень

в). алмаз

г). озон

3) Атомні кристалічні грати характерні для:

a). алюмінію та графіту

б). сірки та йоду

в). оксиду кремнію та хлориду натрію

г). алмазу та бору