Строение различных веществ. Тип кристаллической решётки.

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

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 0-100oC является жидкостью, при температуре выше 100оС способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0оС 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
Кристаллическая решетка льда как пример молекулярной решетки

находятся 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 H2, O2, Cl2, ромбическая сера S8, белый фосфор P4), 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
Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решетки
В 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 SiO2 (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 (NH4+), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Кристаллическая решетка хлорида натрия
Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки

Однако следует отметить, что в веществах с ионным типом строения нередко можно обнаружить, помимо ионных, также ковалентные полярные связи. Это наблюдается в случае сложных ионов, т.е. состоящих из двух или более химических элементов (SO42-, NH4+, PO43- и т.д.). Внутри таких сложных ионов атомы связаны друг с другом ковалентными связями.

Металлическая кристаллическая решетка

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.

Металлическая кристаллическая решетка
Металлическая кристаллическая решетка

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 оС (жидкая в обычных условиях), а вольфрама — 3422 °C. Следует отметить, что в обычных условиях все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами.

Комментариев 26
  1. Амалия

    Доброе время суток! Какова кристаллическая решетка оксида алюминия? Есть разные мнения. Как ответить на ЕГЭ?

    • Сергей Широкопояс

      Никак. Его на ЕГЭ просто не дадут. А вообще — ионная

      • Наталья

        У Al2O3 (наждак) атомная кристаллическая решетка

        • Сергей Широкопояс

          во-первых нет,
          во-вторых, поскольку можно прочитать в пособиях для подготовки оба варианта (и атомная, и ионная) это вещество на ЕГЭ не попадется

  2. Яна

    Здравствуйте!
    Подскажите, пожалуйста, какое строение имеет кремниевая кислота?
    Заранее спасибо!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Немолекулярное, поскольку нет самостоятельной формульной единицы H2SiO3, есть в реальности только гидрат переменного состава SiO2*nH2O, где n близок к 1. В рамках ЕГЭ глубоко этот вопрос можно не копать.

  3. Татьяна

    Добрый вечер! Хотела уточнить один момент: в молекулярной кристаллической решетке связаны молекулы или атомы между собой ковалентными связями?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Атомы связаны ковалентными связями между собой. Между молекулами в решетке иные виды взаимодействий.

  4. Яна

    Здравствуйте!
    Скажите, пожалуйста, какое строение у сернистой кислоты?
    Просто в сборнике Доронькина встретила вариант, в котором это соединение не относится к веществам молекулярного строения.
    Заранее спасибо!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Вполне соответствует молекулярному строению, иного тут не усмотреть. Нет ионных связей, к числу соединений с атомным строением тоже не принадлежит.

  5. Светлана

    Здравствуйте! Уточните, пожалуйста, какой тип решетки у инертных газов?по физическим свойствам должна быть молекулярная, но они не не образуют молекул и существуют в виде отдельных атомов…

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Решетка будет молекулярной: набор частиц с очень слабым взаимодействием между собой.

      • Светлана

        Спасибо большое!

        • Соавтор проекта Борисов И.С.

          На связи с вами!

  6. Алина

    Здравствуйте, скажите, пожалуйста, почему аланин имеет немолекулярное строение

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Аминокислоты — штуки действительно интересные. В силу наличия двух противоположных по свойствам функциональных групп они существуют в заряженном состоянии, так называемый цвиттер-ион. Там на аминогруппе «+», а на карбоксиле «-«. Так что не молекула.

  7. Елена

    Спасибо за аминокислоты!!! А нитроэтан, тоже у Доронькина. Строение немолекулярное, почему?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Это не нитроэтан, нужно переставить атомы местами и подумать.

  8. Ольга

    Подскажите, пожалуйста, какая решетка (тип строения) у ацетона?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Молекулярная.

  9. Андрей

    Просто интересно, цезий тоже будет жидким как и ртуть, или нет?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Температура плавления у него невысока, поэтому расплавится в ампуле уже от тепла руки.

  10. Копатыч

    Здравствуйте, а правда ли что у чёрного и крсаного фосфора атомная кристаллическая решётка?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Про черный не настолько уверен, а красный имеет полимерное строение.

  11. Ёжик

    Здравствуйте, в некоторых пособиях сказано о том, что модификации пирита FeS2, а так же ZnS имеют атомные кристаллические решётки. Если подобное встретится на ЕГЭ что делать? Правильно будет атомная или ионная?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Атомных для ЕГЭ 6: алмаз, графит, кремний, бор, кварц, карборунд.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.