Viena iš labiausiai paplitusių medžiagų, su kuria žmonės visada mieliau dirbo, buvo metalas. Kiekvienoje epochoje pirmenybė buvo teikiama skirtingoms šių nuostabių medžiagų rūšims. Taigi IV-III tūkstantmečiai prieš Kristų laikomi chalkolito arba vario amžiumi. Vėliau ją pakeičia bronza, o tada įsigalioja ir šiandien aktuali – geležis.

Šiandien apskritai sunku įsivaizduoti, kad kažkada buvo galima apsieiti be metalo gaminių, nes beveik viskas, nuo namų apyvokos daiktų, medicinos instrumentų ir baigiant sunkia ir lengva įranga, susideda iš šios medžiagos arba turi atskiras dalis. Kodėl metalai sugebėjo įgyti tokį populiarumą? Kokios yra savybės ir kaip tai būdinga jų struktūrai, pabandykime tai išsiaiškinti toliau.

Bendra metalų samprata

"Chemija. 9 klasė" – tai vadovėlis, kuriuo naudojasi moksleiviai. Būtent jame metalai yra išsamiai tiriami. Jų fizinių ir cheminių savybių svarstymas skirtas dideliam skyriui, nes jų įvairovė yra labai didelė.

Būtent nuo šio amžiaus vaikams rekomenduojama duoti idėją apie šiuos atomus ir jų savybes, nes paaugliai jau gali visiškai įvertinti tokių žinių vertę. Jie puikiai mato, kad juos supančių daiktų, mašinų ir kitų dalykų įvairovė pagrįsta tik metaline prigimtimi.

Kas yra metalas? Chemijos požiūriu įprasta šiais atomais vadinti tuos, kurie turi:

• mažas išoriniame lygyje;
• pasižymi stipriomis atkuriamosiomis savybėmis;
• turėti didelį atominį spindulį;
• kaip paprastos medžiagos turi nemažai specifinių fizinių savybių.

Žinių apie šias medžiagas pagrindą galima gauti įvertinus metalų atominę-kristalinę struktūrą. Jame paaiškinamos visos šių junginių savybės ir savybės.

Periodinėje sistemoje didžioji visos lentelės dalis yra skirta metalams, nes jie sudaro visus antrinius pogrupius ir pagrindinius nuo pirmos iki trečios grupės. Todėl jų skaitinis pranašumas yra akivaizdus. Dažniausios yra:

• kalcio;
• natrio;
• titanas;
• geležies;
• magnio;
• aliuminio;
• kalio.

Visi metalai turi daugybę savybių, leidžiančių juos sujungti į vieną didelę medžiagų grupę. Savo ruožtu šios savybės paaiškinamos būtent kristaline metalų struktūra.

Metalo savybės

Konkrečios nagrinėjamų medžiagų savybės yra šios.

1. Metalinis blizgesys. Jį turi visi paprastų medžiagų atstovai ir dauguma jų yra vienodi, tik kai kurie (auksas, varis, lydiniai) skiriasi.
2. Kalumas ir plastiškumas – galimybė gana lengvai deformuotis ir atsistatyti. Skirtinguose atstovuose jis išreiškiamas skirtingu mastu.
3. Elektros ir šilumos laidumas yra viena iš pagrindinių savybių, lemiančių metalo ir jo lydinių apimtį.

Metalų ir lydinių kristalinė struktūra paaiškina kiekvienos nurodytos savybės priežastį ir kalba apie jų sunkumą kiekviename konkrečiame atstove. Jei žinote tokios struktūros ypatybes, tuomet galite daryti įtaką pavyzdžio savybėms ir pritaikyti jį norimiems parametrams, ką žmonės darė daugelį dešimtmečių.

Atominė-kristalinė metalų struktūra

Kas yra tokia struktūra, kuo ji pasižymi? Pats pavadinimas rodo, kad visi metalai yra kietos būsenos kristalai, tai yra normaliomis sąlygomis (išskyrus gyvsidabrį, kuris yra skystis). Kas yra kristalas?

Tai yra įprastas grafinis vaizdas, sukurtas kertant įsivaizduojamas linijas per atomus, kurie išrikiuoja kūną. Kitaip tariant, kiekvienas metalas yra sudarytas iš atomų. Jie jame išsidėstę ne atsitiktinai, o labai reguliariai ir nuosekliai. Taigi, jei mintyse sujungsite visas šias daleles į vieną struktūrą, gausite gražų vaizdą kaip taisyklingą geometrinį bet kokios formos kūną.

Tai vadinama metalo kristaline gardele. Jis yra labai sudėtingas ir erdvus, todėl paprastumo dėlei rodomas ne visas, o tik dalis, elementari ląstelė. Tokių ląstelių rinkinys, sujungtas ir atspindėtas ir sudaro kristalines gardeles. Chemija, fizika ir metalo mokslas yra mokslai, tiriantys tokių struktūrų struktūrines ypatybes.

Sama yra atomų, išsidėsčiusių tam tikru atstumu vienas nuo kito ir koordinuojančių griežtai fiksuotą skaičių kitų aplink save esančių dalelių, rinkinys. Jam būdingas pakavimo tankis, atstumas tarp sudedamųjų konstrukcijų ir koordinavimo numeris. Apskritai visi šie parametrai būdingi visam kristalui, todėl atspindi metalo savybes.

Yra kelios atmainos.Visas jas vienija viena savybė – mazguose yra atomai, o viduje yra elektronų dujų debesis, kuris susidaro laisvai judant elektronams kristalo viduje.

Kristalinių gardelių rūšys

Keturiolika grotelių struktūros variantų paprastai sujungiami į tris pagrindinius tipus. Jie yra šie:

1. Kūno centre kubinis.
2. Šešiakampis sandariai supakuotas.
3. Į veidą orientuotas kubinis.

Metalų kristalinė struktūra buvo tiriama tik tada, kai atsirado galimybė gauti didelius vaizdų padidinimus. O grotelių tipų klasifikaciją pirmasis pristatė prancūzų mokslininkas Bravaisas, kurio vardu jos kartais vadinamos.

Korpuso centre esančios grotelės

Šio tipo metalų kristalinės gardelės struktūra yra tokia. Tai kubas, kurio mazguose yra aštuoni atomai. Kitas yra laisvos ląstelės vidinės erdvės centre, o tai paaiškina pavadinimą „centruotas į kūną“.

Tai vienas iš paprasčiausios elementarios ląstelės, taigi ir visos gardelės, struktūros variantų. Šio tipo metalai yra šie:

• molibdenas;
• vanadis;
• chromas;
• mangano;
• alfa geležis;
• beta geležies ir kt.

Pagrindinės tokių atstovų savybės yra didelis plastiškumas ir plastiškumas, kietumas ir stiprumas.

į veidą orientuota grotelė

Metalų, turinčių į veidą orientuotą kubinę gardelę, kristalų struktūra yra tokia. Tai kubas, kurį sudaro keturiolika atomų. Aštuoni iš jų sudaro gardelės mazgus, o dar šeši yra kiekviename paviršiuje.

Jie turi panašią struktūrą:

• aliuminio;
• nikelis;
• vadovauti;
• gama geležis;
• vario.

Pagrindinės skiriamosios savybės yra skirtingų spalvų blizgesys, lengvumas, tvirtumas, kaliumas, padidėjęs atsparumas korozijai.

Šešiakampė grotelė

Metalų su gardelėmis kristalinė struktūra yra tokia. Elementarioji ląstelė yra paremta šešiakampe prizme. Jo mazguose yra 12 atomų, dar du – bazėse ir trys atomai laisvai guli erdvės viduje struktūros centre. Tik septyniolika atomų.

Metalai, tokie kaip:

• alfa titanas;
• magnio;
• alfa kobaltas;
• cinko.

Pagrindinės savybės yra didelis stiprumo laipsnis, stiprus sidabrinis blizgesys.

Metalų kristalinės struktūros defektai

Tačiau visi nagrinėjami ląstelių tipai taip pat gali turėti natūralių trūkumų arba vadinamųjų defektų. Taip gali būti dėl įvairių priežasčių: pašalinių atomų ir priemaišų metaluose, išorinio poveikio ir pan.

Todėl yra klasifikacija, kuri atspindi defektus, kuriuos gali turėti kristalinės gardelės. Chemija kaip mokslas tiria kiekvieną iš jų, siekdama nustatyti priežastį ir ištaisyti, kad medžiagos savybės nepasikeistų. Taigi, defektai yra tokie.

1. Taškas. Jie būna trijų pagrindinių tipų: laisvos vietos, priemaišos arba išstumti atomai. Dėl jų pablogėja metalo magnetinės savybės, jo elektros ir šilumos laidumas.
2. Linijinis arba dislokacija. Paskirstykite kraštinę ir varžtą. Pabloginti medžiagos stiprumą ir kokybę.
3. paviršiaus defektai. Jie turi įtakos metalų išvaizdai ir struktūrai.

Šiuo metu yra sukurti metodai defektams pašalinti ir gryniems kristalams gauti. Tačiau visiškai jų išnaikinti neįmanoma, idealios kristalinės gardelės neegzistuoja.

Žinių apie metalų kristalinę struktūrą vertė

Iš minėtos medžiagos akivaizdu, kad smulkiosios sandaros ir sandaros žinojimas leidžia numatyti medžiagos savybes ir joms daryti įtaką. Ir tai leidžia jums atlikti chemijos mokslą. Bendrojo lavinimo mokyklos 9 klasė orientuota į tai, kad mokiniai aiškiai suprastų esminės loginės grandinės svarbą: kompozicija – struktūra – savybės – taikymas.

Informacija apie metalų kristalinę struktūrą labai aiškiai iliustruoja ir leidžia mokytojui aiškiai paaiškinti ir parodyti vaikams, kaip svarbu žinoti smulkiąją struktūrą, norint teisingai ir kompetentingai panaudoti visas savybes.

USE kodifikatoriaus temos: Molekulinės ir nemolekulinės struktūros medžiagos. Kristalinės gardelės tipas. Medžiagų savybių priklausomybė nuo jų sudėties ir struktūros.

Molekulinė kinetinė teorija

Visos molekulės yra sudarytos iš mažų dalelių, vadinamų atomais. Visi šiuo metu atrasti atomai yra surinkti į periodinę lentelę.

Atom yra mažiausia, chemiškai nedaloma medžiagos dalelė, išlaikanti savo chemines savybes. Atomai jungiasi vienas su kitu cheminiai ryšiai. Anksčiau svarstėme a. Prieš studijuodami šį straipsnį, būtinai išstudijuokite teoriją tema: Cheminių jungčių tipai!

Dabar pažiūrėkime, kaip dalelės gali jungtis materijoje.

Priklausomai nuo dalelių išsidėstymo viena kitos atžvilgiu, jų susidarančių medžiagų savybės gali labai skirtis. Taigi, jei dalelės yra viena nuo kitos toli(atstumas tarp dalelių yra daug didesnis nei pačių dalelių dydis), jos praktiškai nesąveikauja viena su kita, atsitiktinai ir nuolat juda erdvėje, tada mes susiduriame su dujų .

Jei dalelės yra Uždaryti vienas kitam, bet chaotiškai, daugiau bendrauti tarpusavyje, daryti intensyvius svyruojančius judesius vienoje padėtyje, bet gali peršokti į kitą padėtį, tai yra konstrukcijos modelis skysčių .

Jei dalelės yra Uždaryti vienas kitam, bet daugiau tvarkingas, ir daugiau bendrauti tarpusavyje, bet juda tik vienoje pusiausvyros padėtyje, praktiškai neperkeliant į kitą poziciją, mes turime reikalų kietas .

Dauguma žinomų cheminių medžiagų ir mišinių gali būti kietos, skystos ir dujinės būsenos. Paprasčiausias pavyzdys yra vandens. Normaliomis sąlygomis tai skystis, 0 o C temperatūroje užšąla – iš skystos būsenos pereina į kietas, o 100 ° C temperatūroje užverda - patenka į dujų fazė- vandens garai. Tuo pačiu metu daugelis medžiagų normaliomis sąlygomis yra dujos, skysčiai arba kietos medžiagos. Pavyzdžiui, oras, azoto ir deguonies mišinys, normaliomis sąlygomis yra dujos. Tačiau esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai, azotas ir deguonis kondensuojasi ir pereina į skystąją fazę. Skystas azotas aktyviai naudojamas pramonėje. Kartais izoliuotas plazma, taip pat skystieji kristalai, kaip atskiros fazės.

Daugelis atskirų medžiagų ir mišinių savybių paaiškinamos tuo dalelių tarpusavio išsidėstymas erdvėje viena kitos atžvilgiu!

Šiame straipsnyje svarstoma kietųjų medžiagų savybės, priklausomai nuo jų struktūros. Pagrindinės kietųjų medžiagų fizinės savybės: lydymosi temperatūra, elektros laidumas, šilumos laidumas, mechaninis stiprumas, plastiškumas ir kt.

Lydymosi temperatūra yra temperatūra, kuriai esant medžiaga pasikeičia iš kietos į skystą ir atvirkščiai.

yra medžiagos gebėjimas deformuotis nesulaužant.

Elektrinis laidumas yra medžiagos gebėjimas praleisti srovę.

Srovė yra tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas. Taigi srovę gali vesti tik medžiagos, kuriose yra juda įkrautos dalelės. Pagal gebėjimą pravesti srovę medžiagos skirstomos į laidininkus ir dielektrikus. Laidininkai yra medžiagos, kurios gali vesti srovę (t. y. turi mobilių įkrautų dalelių). Dielektrikai yra medžiagos, kurios praktiškai nelaidžia srovės.

Kietoje medžiagoje gali būti medžiagos dalelės chaotiškai, arba tvarkingesnis apie. Jei kietosios medžiagos dalelės yra erdvėje chaotiškai, medžiaga vadinama amorfinis. Amorfinių medžiagų pavyzdžiai - anglis, žėručio stiklas.

Jeigu kietosios medžiagos dalelės erdvėje išsidėsčiusios tvarkingai, t.y. forma pasikartoja trimatės geometrinės struktūros, tokia medžiaga vadinama krištolas, ir pati struktūra kristalinė gardelė . Dauguma mums žinomų medžiagų yra kristalai. Pačios dalelės yra mazgai kristalinė gardelė.

Kristalinės medžiagos visų pirma išsiskiria tuo cheminio ryšio tarp dalelių tipas kristale - atominis, molekulinis, metalinis, joninis; pagal kristalinės gardelės paprasčiausios ląstelės geometrinę formą – kubinę, šešiakampę ir kt.

Priklausomai nuo tipo dalelių, sudarančių kristalinę gardelę , išskirti atominė, molekulinė, joninė ir metalinė kristalų struktūra .

Atominė kristalinė gardelė

Kai yra, susidaro atominė kristalinė gardelė atomai. Atomai yra sujungti vienas su kitu kovalentiniai cheminiai ryšiai. Atitinkamai, tokia kristalinė gardelė bus labai patvarus, jį sunaikinti nėra lengva. Atominę kristalinę gardelę gali sudaryti didelio valentingumo atomai, t.y. su daugybe ryšių su kaimyniniais atomais (4 ar daugiau). Paprastai tai yra nemetalai: paprastos medžiagos - silicis, boras, anglis (allotropinės deimantų modifikacijos, grafitas) ir jų junginiai (boro anglis, silicio (IV) oksidas ir kt..). Kadangi tarp nemetalų susidaro daugiausia kovalentinis cheminis ryšys, laisvųjų elektronų(taip pat ir kitos įkrautos dalelės) medžiagose, turinčiose atominę kristalinę gardelę daugeliu atvejų ne. Todėl šios medžiagos dažniausiai yra labai prastai praleidžia elektrą, t.y. yra dielektrikai. Tai yra bendri modeliai, iš kurių yra keletas išimčių.

Ryšys tarp dalelių atominiuose kristaluose: .

Kristalo mazguose su išdėstyta atomine kristalų struktūra atomai.

Fazės būsena atominiai kristalai normaliomis sąlygomis: kaip taisyklė, kietosios medžiagos.

Medžiagos, kurie kietoje būsenoje sudaro atominius kristalus:

1. Paprastos medžiagos didelis valentingumas (yra periodinės lentelės viduryje): boras, anglis, silicis ir kt.
2. Sudėtingos medžiagos, sudarytos iš šių nemetalų: silicio dioksidas (silicio oksidas, kvarcinis smėlis) SiO 2 ; silicio karbidas (korundas) SiC; boro karbidas, boro nitridas ir kt.

Medžiagų, turinčių atominę kristalinę gardelę, fizinės savybės:

— stiprumas;

- atsparumas ugniai (aukšta lydymosi temperatūra);

- mažas elektros laidumas;

- mažas šilumos laidumas;

— cheminis inertiškumas (neaktyvios medžiagos);

- netirpumas tirpikliuose.

Molekulinė kristalinė gardelė yra gardelė, kurios mazgai yra molekulių. išlaikyti molekules kristale silpnos tarpmolekulinės traukos jėgos (van der Waals pajėgos, vandeniliniai ryšiai arba elektrostatinė trauka). Atitinkamai tokia kristalinė gardelė, kaip taisyklė, gana lengva sunaikinti. Medžiagos, turinčios molekulinę kristalinę gardelę - trapus, trapus. Kuo didesnė traukos jėga tarp molekulių, tuo aukštesnė medžiagos lydymosi temperatūra. Paprastai medžiagų, turinčių molekulinę kristalinę gardelę, lydymosi temperatūra yra ne didesnė kaip 200-300 K. Todėl normaliomis sąlygomis dauguma medžiagų, turinčių molekulinę kristalinę gardelę, egzistuoja formoje dujos ar skysčiai. Molekulinę kristalinę gardelę paprastai sudaro kietos formos rūgštys, nemetalų oksidai, kiti dvejetainiai nemetalų junginiai, paprastos medžiagos, kurios sudaro stabilias molekules (deguonis O 2, azotas N 2, vanduo H 2 O ir kt.), organinės medžiagos. Paprastai tai yra medžiagos, turinčios kovalentinį polinį (rečiau nepolinį) ryšį. Nes elektronai dalyvauja cheminiuose ryšiuose, medžiagose su molekuline kristaline gardele - dielektrikai, prasti šilumos laidininkai.

Ryšys tarp dalelių molekuliniuose kristaluose: m tarpmolekulinės, elektrostatinės ar tarpmolekulinės traukos jėgos.

Kristalo mazguose su išdėstyta molekuline kristalų struktūra molekulių.

Fazės būsena molekuliniai kristalai normaliomis sąlygomis: dujos, skysčiai ir kietosios medžiagos.

Medžiagos, susidaro kietoje būsenoje molekuliniai kristalai:

1. Paprastos nemetalinės medžiagos, kurios sudaro mažas stiprias molekules (O2, N2, H2, S8 ir kiti);
2. Sudėtingos medžiagos (nemetalų junginiai) su kovalentiniais poliniais ryšiais (išskyrus silicio ir boro oksidus, silicio ir anglies junginius) - vanduo H 2 O, sieros oksidas SO 3 ir kt.
3. Monatominės retosios dujos (helis, neonas, argonas, kriptonas ir kt.);
4. Dauguma organinių medžiagų, kurios neturi joninių ryšių — metanas CH 4, benzenas C 6 H 6 ir kt.

Fizinės savybės medžiagos, turinčios molekulinę kristalinę gardelę:

- Lydumas (žema lydymosi temperatūra):

- didelis suspaudžiamumas;

- molekuliniai kristalai kietoje formoje, taip pat tirpaluose ir lydaluose nepraleidžia srovės;

- fazinė būsena normaliomis sąlygomis - dujos, skysčiai, kietosios medžiagos;

- didelis nepastovumas;

- mažas kietumas.

Jonų kristalų gardelė

Jei kristalo mazguose yra įkrautų dalelių - jonų, galime pasikalbėti joninė kristalinė gardelė . Kaip taisyklė, pakaitomis su joniniais kristalais teigiami jonai(katijonai) ir neigiamų jonų(anijonai), todėl kristale išlieka dalelės elektrostatinės traukos jėgos . Priklausomai nuo kristalo tipo ir kristalą sudarančių jonų tipo, tokios medžiagos gali būti gana stiprus ir kietas. Kietoje būsenoje joniniuose kristaluose, kaip taisyklė, nėra judrių įkrautų dalelių. Tačiau kai kristalas ištirpsta arba išsilydo, jonai išsiskiria ir gali judėti veikiami išorinio elektrinio lauko. Tie. srovę veda tik tirpalai arba lydosi joniniai kristalai. Joninė kristalinė gardelė būdinga medžiagoms su joninis cheminis ryšys. Pavyzdžiai tokių medžiagų druskos NaCl kalcio karbonatas- CaCO 3 ir tt Joninė kristalinė gardelė, kaip taisyklė, susidaro kietoje fazėje druskos, bazės, taip pat metalų oksidai ir dvejetainiai metalų ir nemetalų junginiai.

Ryšys tarp dalelių joniniuose kristaluose: .

Kristalo mazguose su jonine gardele jonų.

Fazės būsena joniniai kristalai normaliomis sąlygomis: paprastai kietosios medžiagos.

Cheminės medžiagos su jonine kristaline gardele:

1. Druskos (organinės ir neorganinės), įskaitant amonio druskas (pavyzdžiui, amonio chloridas NH4Cl);
2. pagrindai;
3. metalo oksidai;
4. Dvejetainiai junginiai, turintys metalų ir nemetalų.

Joninės kristalinės struktūros medžiagų fizinės savybės:

- aukšta lydymosi temperatūra (ugniai atspari);

- joninių kristalų tirpalai ir lydalai - srovės laidininkai;

- dauguma junginių tirpsta poliniuose tirpikliuose (vandenyje);

- kietosios fazės daugelyje junginių normaliomis sąlygomis.

Ir galiausiai metalams būdinga ypatinga erdvinė struktūra - metalinė kristalinė gardelė, kuris priklauso metalinis cheminis ryšys . Metalo atomai gana silpnai laiko valentinius elektronus. Metalo sudarytame kristale vienu metu vyksta šie procesai: kai kurie atomai dovanoja elektronus ir tampa teigiamai įkrautais jonais; šie elektronai kristale juda atsitiktinai; kai kuriuos elektronus traukia jonai. Šie procesai vyksta vienu metu ir atsitiktinai. Šiuo būdu, atsiranda jonų , kaip ir susidarant joniniam ryšiui, ir susidaro bendrieji elektronai kaip ir susidarant kovalentiniam ryšiui. Laisvieji elektronai atsitiktinai ir nuolat juda visame kristalo tūryje, kaip dujos. Todėl kartais jie vadinami elektronų dujos “. Dėl daugybės mobilių įkrautų dalelių, metalų praleidžia elektrą, šilumą. Metalų lydymosi temperatūra labai skiriasi. Taip pat būdingi metalai savitas metalo blizgesys, kaliumas, t.y. gebėjimas keisti formą be sunaikinimo esant stipriam mechaniniam įtempimui, tk. cheminiai ryšiai nenutrūksta.

Ryšys tarp dalelių : .

Kristalo mazguose su metalinėmis grotelėmis metalo jonai ir atomai.

Fazės būsena metalai normaliomis sąlygomis: dažniausiai kietos medžiagos(išimtis – gyvsidabris, skystis normaliomis sąlygomis).

Cheminės medžiagos su metaline kristaline grotele - paprastos medžiagos – metalai.

Medžiagų, turinčių metalinę kristalinę gardelę, fizinės savybės:

– didelis šilumos ir elektros laidumas;

- lankstumas ir plastiškumas;

- metalo blizgesys;

— metalai paprastai netirpsta tirpikliuose;

Dauguma metalų normaliomis sąlygomis yra kieti.

Medžiagų, turinčių skirtingas kristalines gardeles, savybių palyginimas

Kristalinės gardelės tipas (arba kristalinės gardelės nebuvimas) leidžia įvertinti pagrindines fizines medžiagos savybes. Norint apytiksliai palyginti tipines fizikines junginių su skirtingomis kristalinėmis gardelėmis savybes, labai patogu naudoti chemines medžiagas su būdingos savybės. Pavyzdžiui, molekulinei gardelei anglies dvideginis, atominei kristalinei gardelei - deimantas, metalui - vario, o joninei kristalinei gardelei - druskos, natrio chloridas NaCl.

Suvestinė lentelė apie paprastų medžiagų, kurias sudaro cheminiai elementai iš pagrindinių periodinės lentelės pogrupių, struktūrų (antrinių pogrupių elementai yra metalai, todėl jie turi metalinę kristalinę gardelę).

Galutinė medžiagų savybių santykio su struktūra lentelė:

Puslapis 1

Molekulinės kristalinės gardelės ir jas atitinkantys molekuliniai ryšiai susidaro daugiausia tų medžiagų kristaluose, kurių molekulėse ryšiai yra kovalentiniai. Kaitinant, ryšiai tarp molekulių lengvai sunaikinami, todėl medžiagos su molekulinėmis gardelėmis turi žemą lydymosi temperatūrą.

Molekulinės kristalinės gardelės susidaro iš polinių molekulių, tarp kurių atsiranda sąveikos jėgos, vadinamosios van der Waals jėgos, kurios savo prigimtimi yra elektrinės. Molekulinėje gardelėje jie atlieka gana silpną ryšį. Ledas, natūrali siera ir daugelis organinių junginių turi molekulinę kristalinę gardelę.

Jodo molekulinė kristalinė gardelė parodyta fig. 3.17. Dauguma kristalinių organinių junginių turi molekulinę gardelę.

Molekulinės kristalinės gardelės mazgus sudaro molekulės. Molekulinėje gardelėje yra, pavyzdžiui, vandenilio, deguonies, azoto, inertinių dujų, anglies dioksido, organinių medžiagų kristalų.

Kietosios fazės molekulinės kristalinės gardelės buvimas lemia nereikšmingą jonų adsorbciją iš motininio tirpalo, taigi ir daug didesnį nuosėdų grynumą, palyginti su nuosėdomis, kurioms būdingas joninis kristalas. Kadangi nusodinimas šiuo atveju vyksta optimaliame rūgštingumo diapazone, kuris skiriasi šio reagento nusodinamiems jonams, tai priklauso nuo atitinkamų kompleksų stabilumo konstantų reikšmės. Šis faktas leidžia, reguliuojant tirpalo rūgštingumą, pasiekti selektyvų ir kartais net specifinį tam tikrų jonų nusodinimą. Panašius rezultatus dažnai galima gauti tinkamai modifikuojant donorų grupes organiniuose reagentuose, atsižvelgiant į kompleksą sudarončių katijonų, kurie nusėda, savybes.

Molekulinėse kristalinėse gardelėse pastebima vietinė ryšių anizotropija, o būtent, intramolekulinės jėgos yra labai didelės, palyginti su tarpmolekulinėmis.

Molekulinėse kristalinėse gardelėse molekulės yra gardelės vietose. Dauguma kovalentinį ryšį turinčių medžiagų sudaro šio tipo kristalus. Molekulinės gardelės sudaro kietą vandenilį, chlorą, anglies dioksidą ir kitas medžiagas, kurios įprastoje temperatūroje yra dujinės. Tokio tipo yra ir daugumos organinių medžiagų kristalai. Taigi žinoma daug medžiagų, turinčių molekulinę kristalinę gardelę.

Molekulinėse kristalinėse gardelėse jas sudarančios molekulės yra sujungtos santykinai silpnomis van der Waalso jėgomis, o molekulėje esantys atomai yra susieti daug stipresniu kovalentiniu ryšiu. Todėl tokiose gardelėse molekulės išlaiko savo individualumą ir užima vieną kristalinės gardelės vietą. Pakeisti čia galima, jei molekulės yra panašios formos ir dydžio. Kadangi jėgos, jungiančios molekules, yra gana silpnos, pakeitimo ribos čia yra daug platesnės. Kaip parodė Nikitinas, tauriųjų dujų atomai gali izomorfiškai pakeisti šių medžiagų gardelėse esančias CO2, SO2, CH3COCH3 ir kitas molekules. Cheminės formulės panašumas čia nėra būtinas.

Molekulinėse kristalinėse gardelėse molekulės yra gardelės vietose. Dauguma kovalentinį ryšį turinčių medžiagų sudaro šio tipo kristalus. Molekulinės gardelės sudaro kietą vandenilį, chlorą, anglies dioksidą ir kitas medžiagas, kurios įprastoje temperatūroje yra dujinės. Tokio tipo yra ir daugumos organinių medžiagų kristalai. Taigi žinoma daug medžiagų, turinčių molekulinę kristalinę gardelę. Molekulės, esančios gardelės vietose, yra surištos viena su kita tarpmolekulinėmis jėgomis (šių jėgų pobūdis buvo aptartas aukščiau; žr. p. Kadangi tarpmolekulinės jėgos yra daug silpnesnės už cheminio ryšio jėgas, žemos lydymosi temperatūros molekuliniai kristalai pasižymi dideliu nepastovumu, t. jų kietumas mažas. Ypatingai žema lydymosi ir virimo temperatūra tų medžiagų, kurių molekulės yra nepolinės. Pavyzdžiui, parafino kristalai yra labai minkšti, nors angliavandenilių molekulėse, sudarančiose šiuos kristalus, C-C kovalentinės jungtys yra tokios pat stiprios kaip ir ryšiai deimantinėse dujose, taip pat turėtų būti priskirti molekulinėms dujoms, susidedančioms iš monoatominių molekulių, nes valentinės jėgos nevaidina šių kristalų susidarymo, o ryšiai tarp dalelių čia turi tokį patį pobūdį kaip ir kituose molekuliniuose kristaluose; tai sąlygoja santykinai didelę tarpatominių atstumų reikšmę šiuose kristaluose.

Molekulinių kristalinių gardelių mazguose yra molekulės, kurios viena su kita yra sujungtos silpnomis tarpmolekulinėmis jėgomis. Tokie kristalai sudaro medžiagas su kovalentiniu ryšiu molekulėse. Yra žinoma daug medžiagų, turinčių molekulinę kristalinę gardelę. Molekulinėse gardelėse yra kieto vandenilio, chloro, anglies dioksido ir kitų medžiagų, kurios įprastoje temperatūroje yra dujinės. Tokio tipo yra ir daugumos organinių medžiagų kristalai.

Vykstant daugeliui fizinių ir cheminių reakcijų, medžiaga pereina į kietą agregacijos būseną. Tuo pačiu metu molekulės ir atomai yra linkę išsidėstyti tokia erdvine tvarka, kurioje medžiagos dalelių sąveikos jėgos būtų maksimaliai subalansuotos. Taip pasiekiamas kietosios medžiagos stiprumas. Atomai, užėmę tam tikrą padėtį, atlieka nedidelius svyruojančius judesius, kurių amplitudė priklauso nuo temperatūros, tačiau jų padėtis erdvėje išlieka fiksuota. Traukos ir atstūmimo jėgos balansuoja viena kitą tam tikru atstumu.

Šiuolaikinės idėjos apie materijos sandarą

Šiuolaikinis mokslas teigia, kad atomą sudaro įkrautas branduolys, turintis teigiamą krūvį, ir elektronai, turintys neigiamus krūvius. Kelių tūkstančių trilijonų apsisukimų per sekundę greičiu elektronai sukasi savo orbitose ir aplink branduolį sukuria elektronų debesį. Teigiamas branduolio krūvis yra skaitiniu požiūriu lygus neigiamam elektronų krūviui. Taigi medžiagos atomas išlieka elektriškai neutralus. Galima sąveika su kitais atomais atsiranda, kai elektronai atsiskiria nuo gimtojo atomo ir taip sutrikdo elektros pusiausvyrą. Vienu atveju atomai išsirikiuoja tam tikra tvarka, kuri vadinama kristaline gardele. Kitame, dėl sudėtingos branduolių ir elektronų sąveikos, jie susijungia į įvairaus tipo ir sudėtingumo molekules.

Kristalinės gardelės nustatymas

Apibendrinant, įvairių tipų medžiagų kristalinės gardelės yra skirtingos erdvinės orientacijos tinkleliai, kurių mazguose išsidėstę jonai, molekulės ar atomai. Ši stabili geometrinė erdvinė padėtis vadinama medžiagos kristaline gardele. Atstumas tarp vienos kristalinės ląstelės mazgų vadinamas tapatumo periodu. Erdviniai kampai, kuriuose yra ląstelės mazgai, vadinami parametrais. Pagal ryšių kūrimo metodą kristalinės gardelės gali būti paprastos, orientuotos į pagrindą, į veidą ir į kūną. Jei medžiagos dalelės yra tik gretasienio kampuose, tokia gardelė vadinama paprasta. Tokio tinklelio pavyzdys parodytas žemiau:

Jei, be mazgų, erdvinių įstrižainių viduryje yra ir medžiagos dalelės, tai tokia dalelių konstrukcija medžiagoje vadinama į kūną orientuota kristaline gardele. Paveikslėlyje aiškiai parodytas šis tipas.

Jei, be mazgų gardelės viršūnėse, toje vietoje, kur susikerta įsivaizduojamos gretasienio įstrižainės, yra mazgas, tada jūs turite į veidą nukreiptą gardelės tipą.

Kristalinių gardelių rūšys

Skirtingos mikrodalelės, sudarančios medžiagą, lemia skirtingus kristalų gardelių tipus. Jie gali nustatyti jungties tarp mikrodalelių kristalo viduje kūrimo principą. Fizikiniai kristalų gardelių tipai – joninės, atominės ir molekulinės. Tai taip pat apima įvairių tipų metalų kristalines groteles. Chemija yra elementų vidinės sandaros principų tyrimas. Kristalinių gardelių tipai yra išsamiai aprašyti žemiau.

Joninės kristalinės gardelės

Tokio tipo kristalinės gardelės yra junginiuose su joniniu ryšiu. Šiuo atveju gardelės vietose yra priešingų elektros krūvių jonų. Dėl elektromagnetinio lauko tarpjoninės sąveikos jėgos yra gana stiprios, ir tai lemia fizikines materijos savybes. Įprastos charakteristikos yra atsparumas ugniai, tankis, kietumas ir gebėjimas pravesti elektros srovę. Joninių tipų kristalinės gardelės randamos tokiose medžiagose kaip valgomoji druska, kalio nitratas ir kt.

Atominės kristalinės gardelės

Tokio tipo medžiagos struktūra būdinga elementams, kurių struktūrą lemia kovalentinis cheminis ryšys. Tokio tipo kristalinių gardelių mazguose yra atskiri atomai, sujungti stipriais kovalentiniais ryšiais. Panašaus tipo ryšys atsiranda, kai du identiški atomai „dalijasi“ elektronais, taip sudarydami bendrą elektronų porą kaimyniniams atomams. Dėl šios sąveikos kovalentiniai ryšiai tolygiai ir stipriai tam tikra tvarka suriša atomus. Cheminiai elementai, kuriuose yra atominių kristalų gardelių, yra kieti, turi aukštą lydymosi temperatūrą, yra prastai laidūs elektros srovei ir yra chemiškai neaktyvūs. Deimantas, silicis, germanis ir boras yra klasikiniai panašios vidinės struktūros elementų pavyzdžiai.

Molekulinės kristalinės gardelės

Medžiagos, turinčios molekulinį kristalinės gardelės tipą, yra stabilių, sąveikaujančių, glaudžiai supakuotų molekulių, esančių kristalinės gardelės mazguose, sistema. Tokiuose junginiuose molekulės išlaiko savo erdvinę padėtį dujinėje, skystoje ir kietoje fazėse. Molekules kristalo vietose laiko silpnos van der Waals jėgos, kurios dešimt kartų silpnesnės už joninės sąveikos jėgas.

Kristalą sudarančios molekulės gali būti polinės arba nepolinės. Dėl spontaniško elektronų judėjimo ir branduolių virpesių molekulėse elektrinė pusiausvyra gali pasislinkti – taip atsiranda momentinis dipolio elektrinis momentas. Tinkamai orientuoti dipoliai sukuria grotelėje patrauklias jėgas. Anglies dioksidas ir parafinas yra tipiški elementų su molekuline kristaline gardele pavyzdžiai.

Metalinės kristalinės grotelės

Metalinė jungtis yra lankstesnė ir plastiškesnė nei joninė, nors gali atrodyti, kad jos abi yra pagrįstos tuo pačiu principu. Metalų kristalinių gardelių tipai paaiškina jų tipines savybes – tokias kaip, pavyzdžiui, mechaninis stiprumas, šilumos ir elektros laidumas, lydumas.

Išskirtinis metalo kristalinės gardelės bruožas yra teigiamai įkrautų metalo jonų (katijonų) buvimas šios gardelės mazguose. Tarp mazgų yra elektronai, kurie tiesiogiai dalyvauja kuriant elektrinį lauką aplink gardelę. Elektronų skaičius, judantis šioje kristalinėje gardelėje, vadinamas elektronų dujomis.

Nesant elektrinio lauko, laisvieji elektronai juda atsitiktinai, atsitiktinai sąveikaudami su gardelės jonais. Kiekviena tokia sąveika keičia neigiamai įkrautos dalelės judėjimo greitį ir kryptį. Savo elektriniu lauku elektronai pritraukia prie savęs katijonus, subalansuodami jų tarpusavio atstūmimą. Nors elektronai laikomi laisvaisiais, jie neturi pakankamai energijos, kad galėtų išeiti iš kristalinės gardelės, todėl šios įkrautos dalelės nuolat yra joje.

Elektrinio lauko buvimas suteikia elektronų dujoms papildomos energijos. Ryšys su jonais metalų kristalinėje gardelėje nėra stiprus, todėl elektronai lengvai palieka savo ribas. Elektronai juda išilgai jėgos linijų, palikdami teigiamo krūvio jonus.

išvadas

Chemija didelį dėmesį skiria medžiagos vidinės sandaros tyrimams. Įvairių elementų kristalinių gardelių tipai lemia beveik visą jų savybių spektrą. Darant įtaką kristalams ir keičiant jų vidinę struktūrą, galima sustiprinti norimas medžiagos savybes ir pašalinti nepageidaujamas, transformuoti cheminius elementus. Taigi, supančio pasaulio vidinės sandaros tyrimas gali padėti suprasti visatos sandaros esmę ir principus.

Kietosios medžiagos, kaip taisyklė, turi kristalinę struktūrą. Jam būdingas teisingas dalelių išdėstymas griežtai apibrėžtuose erdvės taškuose. Kai šie taškai mintyse sujungiami susikertančiomis tiesiomis linijomis, susidaro erdvinis rėmas, kuris vadinamas kristalinė gardelė. Taškai, kuriuose yra dalelės, vadinami gardelės mazgai. Įsivaizduojamos gardelės mazguose gali būti jonų, atomų ar molekulių. Jie atlieka svyruojančius judesius. Kylant temperatūrai, didėja svyravimų amplitudė, kuri pasireiškia kūnų šiluminiu plėtimu.

Priklausomai nuo dalelių tipo ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriamos 4 kristalų gardelių rūšys: joninės (NaCl, KCl), atominės, molekulinės ir metalinės.

Kristalinės gardelės, sudarytos iš jonų, vadinamos joninės. Jas sudaro medžiagos su joniniais ryšiais. Pavyzdys yra natrio chlorido kristalas, kuriame kiekvieną natrio joną supa 6 chlorido jonai, o kiekvieną chlorido joną supa 6 natrio jonai.

NaCl kristalinė gardelė

Arčiausiai esančių gretimų dalelių, esančių kristale arba vienoje molekulėje, greta tam tikros dalelės vadinamas židinio skaičius.

NaCl gardelėje abiejų jonų koordinaciniai skaičiai lygūs 6. Taigi NaCl kristale atskirų druskos molekulių neįmanoma išskirti. Jų čia nėra. Visas kristalas turėtų būti laikomas milžiniška makromolekule, susidedančia iš vienodo skaičiaus Na + ir Cl - jonų, Na n Cl n – kur n yra didelis skaičius. Ryšiai tarp jonų tokiame kristale yra labai stiprūs. Todėl medžiagos, turinčios joninę gardelę, turi gana didelį kietumą. Jie yra atsparūs ugniai ir mažai nepastovūs.

Dėl joninių kristalų tirpimo pažeidžiama geometriškai teisinga jonų orientacija vienas kito atžvilgiu ir sumažėja jų tarpusavio ryšio stiprumas. Todėl jų lydalai praleidžia elektros srovę. Joniniai junginiai linkę lengvai ištirpti skysčiuose, sudarytuose iš polinių molekulių, pavyzdžiui, vandenyje.

Vadinamos kristalinės gardelės, kurių mazguose yra atskiri atomai atominis. Tokiose gardelėse esantys atomai yra tarpusavyje sujungti stipriais kovalentiniais ryšiais. Pavyzdys yra deimantas – viena iš anglies modifikacijų. Deimantas sudarytas iš anglies atomų, kurių kiekvienas yra prijungtas prie 4 gretimų atomų. Deimante esančios anglies koordinacinis skaičius yra 4. Medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, turi aukštą lydymosi temperatūrą (deimantas turi virš 3500 °C), yra stiprios ir kietos, praktiškai netirpios vandenyje.

Vadinamos kristalinės gardelės, susidedančios iš molekulių (polinių ir nepolinių). molekulinės. Tokiose gardelėse esančios molekulės yra tarpusavyje sujungtos palyginti silpnomis tarpmolekulinėmis jėgomis. Todėl medžiagos, turinčios molekulinę gardelę, turi mažą kietumą ir žemą lydymosi temperatūrą, netirpsta arba mažai tirpsta vandenyje, o jų tirpalai beveik nelaidžia elektros srovės. Jų pavyzdžiai yra ledas, kietas CO 2 („sausasis ledas“), halogenai, vandenilio kristalai, deguonis, azotas, inertinės dujos ir kt.

Valencija

Svarbi kiekybinė charakteristika, rodanti sąveikaujančių atomų skaičių gautoje molekulėje, yra valentingumas- vieno elemento atomų savybė prijungti tam tikrą skaičių kitų elementų atomų.

Kiekybiškai valentingumas nustatomas pagal vandenilio atomų skaičių, kurį tam tikras elementas gali prijungti arba pakeisti. Taigi, pavyzdžiui, vandenilio fluoro rūgštyje (HF) fluoras yra vienavalentis, amoniake (NH 3) azotas yra trivalentis, silicyje (SiH 4 - silanas) silicis yra keturiavalentis ir t.

Vėliau, tobulėjant idėjoms apie atomų struktūrą, elementų valentingumas buvo pradėtas sieti su nesuporuotų elektronų skaičiumi (valencija), dėl kurio vyksta ryšys tarp atomų. Taigi valentingumą lemia nesuporuotų elektronų skaičius atome, kurie dalyvauja formuojant cheminį ryšį (pagrindinėje arba sužadintoje būsenoje). Bendruoju atveju valentingumas yra lygus elektronų porų skaičiui, jungiančių tam tikrą atomą su kitų elementų atomais.