Odamlar doimo ishlashni afzal ko'rgan eng keng tarqalgan materiallardan biri metall edi. Har bir davrda bu ajoyib moddalarning har xil turlariga ustunlik berildi. Demak, miloddan avvalgi IV-III ming yilliklar xalkolit yoki mis davri hisoblanadi. Keyinchalik u bronza bilan almashtiriladi, keyin esa bugungi kunda ham dolzarb bo'lgan - temir kuchga kiradi.

Bugungi kunda buni bir vaqtlar metall buyumlarsiz qilish mumkinligini tasavvur qilish qiyin, chunki uy-ro'zg'or buyumlari, tibbiy asboblar va og'ir va engil jihozlargacha deyarli hamma narsa ushbu materialdan iborat yoki undan alohida qismlarni o'z ichiga oladi. Nima uchun metallar bunday mashhurlikka erisha oldi? Xususiyatlari qanday va ularning tuzilishiga qanday xosdir, keling, buni batafsilroq tushunishga harakat qilaylik.

Metallar haqida umumiy tushuncha

"Kimyo. 9-sinf" darsligi maktab o'quvchilari tomonidan qo'llaniladi. Aynan shu erda metallar batafsil o'rganiladi. Ularning fizik va kimyoviy xossalarini ko'rib chiqish katta bobga bag'ishlangan, chunki ularning xilma-xilligi juda katta.

Aynan shu yoshdan boshlab bolalarga ushbu atomlar va ularning xususiyatlari haqida tushuncha berish tavsiya etiladi, chunki o'smirlar bunday bilimlarning qiymatini allaqachon to'liq tushunishlari mumkin. Ular turli xil narsalar, mashinalar va ularni o'rab turgan boshqa narsalar faqat metall tabiatga asoslanganligini juda yaxshi ko'rishadi.

Metall nima? Kimyo nuqtai nazaridan, ushbu atomlarga quyidagilarga ega bo'lganlarga murojaat qilish odatiy holdir:

• tashqi darajada kichik;
• kuchli restorativ xususiyatlarni ko'rsatish;
• katta atom radiusiga ega;
• qanday oddiy moddalar bir qator o'ziga xos jismoniy xususiyatlarga ega.

Bu moddalar haqidagi bilimlar asosini metallarning atom-kristal tuzilishini hisobga olgan holda olish mumkin. Bu birikmalarning barcha xususiyatlari va xususiyatlarini tushuntiradi.

Davriy tizimda butun jadvalning katta qismi metallar uchun ajratilgan, chunki ular barcha ikkilamchi kichik guruhlarni va birinchi guruhdan uchinchi guruhgacha bo'lgan asosiylarni tashkil qiladi. Shuning uchun ularning son jihatdan ustunligi aniq. Eng keng tarqalganlari:

• kaltsiy;
• natriy;
• titan;
• temir;
• magniy;
• alyuminiy;
• kaliy.

Barcha metallar ularni bir katta moddalar guruhiga birlashtirishga imkon beruvchi bir qator xususiyatlarga ega. O'z navbatida, bu xususiyatlar metallarning kristalli tuzilishi bilan aniq tushuntiriladi.

Metall xossalari

Ko'rib chiqilayotgan moddalarning o'ziga xos xususiyatlariga quyidagilar kiradi.

1. Metall porlash. Unga oddiy moddalarning barcha vakillari ega bo'lib, ularning ko'pchiligi bir xil.Faqat ba'zilari (oltin, mis, qotishmalar) farqlanadi.
2. Egiluvchanlik va egiluvchanlik - bu juda oson deformatsiya va tiklanish qobiliyati. Turli vakillarda u har xil darajada ifodalanadi.
3. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi metall va uning qotishmalarining ko'lamini belgilaydigan asosiy xususiyatlardan biridir.

Metall va qotishmalarning kristalli tuzilishi ko'rsatilgan xususiyatlarning har birining sababini tushuntiradi va har bir o'ziga xos vakilda ularning jiddiyligi haqida gapiradi. Agar siz bunday tuzilmaning xususiyatlarini bilsangiz, unda siz namunaning xususiyatlariga ta'sir qilishingiz va uni odamlar ko'p o'n yillar davomida qilgan kerakli parametrlarga moslashingiz mumkin.

Metalllarning atom-kristal tuzilishi

Bunday tuzilma nima, u nima bilan tavsiflanadi? Nomning o'zi barcha metallarning qattiq holatda, ya'ni normal sharoitda (suyuq bo'lgan simobdan tashqari) kristallar ekanligini ko'rsatadi. Kristal nima?

Bu an'anaviy grafik tasvir bo'lib, tanani birlashtirgan atomlar orqali xayoliy chiziqlarni kesib o'tish orqali yaratilgan. Boshqacha qilib aytganda, har bir metall atomlardan iborat. Ular unda tasodifiy emas, balki juda muntazam va izchil joylashgan. Shunday qilib, agar siz ushbu zarralarning barchasini aqliy ravishda bitta tuzilishga birlashtirsangiz, siz har qanday shakldagi muntazam geometrik jism shaklida chiroyli tasvirga ega bo'lasiz.

Bu metallning kristall panjarasi deb ataladi. Bu juda murakkab va fazoviy hajmli, shuning uchun soddaligi uchun uning hammasi emas, balki faqat bir qismi, elementar hujayra ko'rsatilgan. Bunday hujayralar to'plami birlashtirilib, aks ettiriladi va kristall panjaralarni hosil qiladi. Kimyo, fizika va metallshunoslik bunday tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganadigan fanlardir.

Sama - bu bir-biridan ma'lum masofada joylashgan va ular atrofidagi boshqa zarralarning qat'iy belgilangan sonini muvofiqlashtiradigan atomlar to'plami. U qadoqlash zichligi, tarkibiy tuzilmalar orasidagi masofa va muvofiqlashtirish raqami bilan tavsiflanadi. Umuman olganda, bu parametrlarning barchasi butun kristalning xarakteristikasi bo'lib, shuning uchun metall tomonidan ko'rsatilgan xususiyatlarni aks ettiradi.

Bir nechta navlari bor.Ularning barchasini bitta xususiyat birlashtiradi - tugunlarda atomlar mavjud va ichida elektron gaz buluti mavjud bo'lib, u kristall ichidagi elektronlarning erkin harakatidan hosil bo'ladi.

Kristall panjaralarning turlari

Panjara tuzilishi uchun o'n to'rtta variant odatda uchta asosiy turga birlashtiriladi. Ular quyidagilar:

1. Tana markazlashtirilgan kub.
2. Olti burchakli mahkam o'ralgan.
3. Yuz markazlashtirilgan kub.

Metalllarning kristall tuzilishi tasvirlarni katta kattalashtirish imkoniyati paydo bo'lgandagina o'rganildi. Va panjara turlarini tasniflash birinchi marta frantsuz olimi Bravais tomonidan kiritilgan bo'lib, ular ba'zan uning nomi bilan ataladi.

Tana markazlashtirilgan panjara

Ushbu turdagi metallarning kristall panjarasining tuzilishi quyidagi tuzilishga ega. Bu kub bo'lib, uning tugunlarida sakkizta atom mavjud. Yana biri hujayraning bo'sh ichki maydonining markazida joylashgan bo'lib, bu "tanaga markazlashtirilgan" nomini tushuntiradi.

Bu elementar hujayraning eng oddiy tuzilishining variantlaridan biri va shuning uchun butun panjara. Ushbu turdagi metallar quyidagilardir:

• molibden;
• vanadiy;
• xrom;
• marganets;
• alfa temir;
• beta temir va boshqalar.

Bunday vakillarning asosiy xususiyatlari yuqori darajada egiluvchanlik va plastiklik, qattiqlik va kuchdir.

yuz markazlashtirilgan panjara

Yuz markazlashtirilgan kubik panjaraga ega bo'lgan metallarning kristall tuzilishi quyidagi tuzilishdir. Bu o'n to'rt atomni o'z ichiga olgan kub. Ulardan sakkiztasi panjara tugunlarini hosil qiladi va yana oltitasi har bir yuzda bittadan joylashgan.

Ular o'xshash tuzilishga ega:

• alyuminiy;
• nikel;
• qo'rg'oshin;
• gamma temir;
• mis.

Asosiy farqlovchi xususiyatlar - turli xil ranglarning porlashi, engilligi, mustahkamligi, moslashuvchanligi, korroziyaga chidamliligi.

Olti burchakli panjara

Metalllarning panjarali kristall tuzilishi quyidagicha. Elementar hujayra olti burchakli prizmaga asoslangan. Uning tugunlarida 12 ta atom, yana ikkitasi asosda va uchta atom strukturaning markazidagi bo'shliq ichida erkin yotadi. Faqat o'n etti atom.

Quyidagi kabi metallar:

• alfa titan;
• magniy;
• alfa kobalt;
• sink.

Asosiy xususiyatlar - yuqori darajadagi kuch, kuchli kumushrang nashrida.

Metalllarning kristall tuzilishidagi nuqsonlar

Shu bilan birga, barcha ko'rib chiqilgan hujayralar turlarida ham tabiiy nuqsonlar yoki nuqsonlar bo'lishi mumkin. Bu turli sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin: begona atomlar va metallardagi aralashmalar, tashqi ta'sirlar va boshqalar.

Shuning uchun, kristall panjaralar bo'lishi mumkin bo'lgan nuqsonlarni aks ettiruvchi tasnif mavjud. Kimyo fan sifatida materialning xossalari o'zgarmasligi uchun sabab va chorasini aniqlash uchun ularning har birini o'rganadi. Shunday qilib, kamchiliklar quyidagicha.

1. Nuqta. Ular uchta asosiy turga bo'linadi: bo'sh joylar, aralashmalar yoki dislokatsiyalangan atomlar. Ular metallning magnit xususiyatlarining, uning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligining yomonlashishiga olib keladi.
2. Chiziqli yoki dislokatsiya. Marginal va vintni ajrating. Materialning mustahkamligi va sifatini yomonlashtiring.
3. sirt nuqsonlari. Ular metallarning tashqi ko'rinishi va tuzilishiga ta'sir qiladi.

Hozirgi vaqtda nuqsonlarni bartaraf etish va sof kristallar olish usullari ishlab chiqilgan. Biroq, ularni butunlay yo'q qilish mumkin emas, ideal kristall panjara mavjud emas.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi bilimlarning ahamiyati

Yuqoridagi materialdan ko'rinib turibdiki, nozik tuzilish va tuzilishni bilish materialning xususiyatlarini oldindan aytish va ularga ta'sir qilish imkonini beradi. Bu esa kimyo fanini bajarishga imkon beradi. Umumta’lim maktabining 9-sinfida asosiy e’tibor o‘quvchilarga fundamental mantiqiy zanjirning ahamiyatini aniq tushunishga o‘rgatish: tarkibi – tuzilishi – xossalari – qo‘llanilishi.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi ma'lumotlar juda aniq tasvirlangan va o'qituvchiga bolalarga barcha xususiyatlardan to'g'ri va malakali foydalanish uchun nozik tuzilishni bilish qanchalik muhimligini aniq tushuntirish va ko'rsatish imkonini beradi.

USE kodifikatorining mavzulari: Molekulyar va molekulyar bo'lmagan tuzilishga ega moddalar. Kristall panjara turi. Moddalar xossalarining ularning tarkibi va tuzilishiga bog'liqligi.

Molekulyar kinetik nazariya

Barcha molekulalar atomlar deb ataladigan mayda zarralardan iborat. Hozirda topilgan barcha atomlar davriy jadvalda to'plangan.

Atom moddaning kimyoviy xossalarini saqlaydigan eng kichik, kimyoviy boʻlinmas zarrasi. Atomlar bir-biri bilan bog'lanadi kimyoviy bog'lanishlar. Biz avvalroq ko'rib chiqdik. Ushbu maqolani o'rganishdan oldin, mavzu bo'yicha nazariyani o'rganishni unutmang: Kimyoviy bog'lanish turlari!

Endi zarralar moddada qanday birlashishi mumkinligini ko'rib chiqamiz.

Zarrachalarning bir-biriga nisbatan joylashishiga qarab, ular hosil qiladigan moddalarning xususiyatlari juda katta farq qilishi mumkin. Shunday qilib, zarralar bir-biridan joylashgan bo'lsa uzoqda(zarralar orasidagi masofa zarrachalarning o'lchamidan ancha katta), ular amalda bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, ular kosmosda tasodifiy va doimiy ravishda harakatlanadilar, keyin biz bilan shug'ullanamiz gaz .

Agar zarrachalar joylashgan bo'lsa yaqin bir-biriga, lekin xaotik tarzda, Ko'proq bir-biri bilan o'zaro munosabatda bo'ling, bir pozitsiyada kuchli tebranish harakatlarini amalga oshiring, lekin boshqa pozitsiyaga sakrashi mumkin, keyin bu strukturaning modeli suyuqliklar .

Agar zarrachalar joylashgan bo'lsa yaqin bir-biriga, lekin ko'proq tartibli, va ko'proq o'zaro aloqada bo'ling o'zaro, lekin amalda boshqasiga o'tmasdan, faqat bitta muvozanat holatida harakat qiladilar pozitsiyasi bilan shug'ullanamiz mustahkam .

Ko'pgina kimyoviy moddalar va aralashmalar qattiq, suyuq va gazsimon holatda bo'lishi mumkin. Eng oddiy misol suv. Oddiy sharoitlarda, u suyuqlik, 0 o C da muzlaydi - u suyuq holatdan o'tadi mustahkam, va 100 ° C da qaynatiladi - ichiga kiradi gaz fazasi- suv bug'i. Shu bilan birga, normal sharoitda ko'plab moddalar gazlar, suyuqliklar yoki qattiq moddalardir. Masalan, havo, azot va kislorod aralashmasi, normal sharoitda gazdir. Ammo yuqori bosim va past haroratda azot va kislorod kondensatsiyalanadi va suyuq fazaga o'tadi. Suyuq azot sanoatda faol qo'llaniladi. Ba'zan izolyatsiya qilingan plazma, shuningdek suyuq kristallar, alohida bosqichlar sifatida.

Ayrim moddalar va aralashmalarning ko'pgina xossalari bilan izohlanadi zarralarning fazoda bir-biriga nisbatan o'zaro joylashishi!

Ushbu maqola ko'rib chiqiladi qattiq jismlarning xossalari, ularning tuzilishiga qarab. Qattiq jismlarning asosiy fizik xossalari: erish nuqtasi, elektr o'tkazuvchanligi, issiqlik o'tkazuvchanligi, mexanik mustahkamlik, plastiklik va boshqalar.

Erish harorati - moddaning qattiq holatdan suyuqlikka va aksincha o'zgarishidagi harorat.

moddaning buzilmasdan deformatsiyalanish qobiliyatidir.

Elektr o'tkazuvchanligi moddaning tok o'tkazish qobiliyatidir.

Oqim - bu zaryadlangan zarralarning tartibli harakati. Shunday qilib, oqim faqat mavjud bo'lgan moddalar tomonidan o'tkazilishi mumkin harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar. Tokni o'tkazish qobiliyatiga ko'ra moddalar o'tkazgichlar va dielektriklarga bo'linadi. Supero'tkazuvchilar - bu oqim o'tkaza oladigan moddalar (ya'ni, mobil zaryadlangan zarralarni o'z ichiga oladi). Dielektriklar amalda tok o'tkazmaydigan moddalardir.

Qattiq jismda moddaning zarralari joylashishi mumkin xaotik tarzda, yoki yanada tartibli O. Qattiq jismning zarralari fazoda joylashgan bo'lsa xaotik tarzda, modda deyiladi amorf. Amorf moddalarga misollar - ko'mir, slyuda oynasi.

Agar qattiq jismning zarralari fazoda tartibli joylashtirilgan bo'lsa, ya'ni. uch o'lchamli geometrik tuzilmalarni takrorlaydigan shakl, bunday modda deyiladi kristall, va strukturaning o'zi kristall panjara . Bizga ma'lum bo'lgan moddalarning aksariyati kristallardir. Zarrachalarning o'zlari joylashgan tugunlar kristall panjara.

Kristalli moddalar, xususan, bilan ajralib turadi zarralar orasidagi kimyoviy bog'lanish turi kristallda - atom, molekulyar, metall, ion; kristall panjaraning eng oddiy xujayrasining geometrik shakliga ko'ra - kubik, olti burchakli va boshqalar.

ga qarab kristall panjara hosil qiluvchi zarrachalar turi , farqlash atom, molekulyar, ion va metall kristall tuzilishi .

Atom kristall panjarasi

Ular mavjud bo'lganda atom kristalli panjara hosil bo'ladi atomlar. Atomlar bir-biriga bog'langan kovalent kimyoviy bog'lanishlar. Shunga ko'ra, bunday kristall panjara juda bo'ladi bardoshli, uni yo'q qilish oson emas. Atom kristall panjarasi yuqori valentlikka ega bo'lgan atomlar tomonidan hosil bo'lishi mumkin, ya'ni. qo'shni atomlar bilan (4 yoki undan ko'p) ko'p miqdordagi aloqalar bilan. Qoida tariqasida, bu metall bo'lmaganlar: oddiy moddalar - kremniy, bor, uglerod (olmos, grafitning allotropik modifikatsiyalari) va ularning birikmalari (borokarbon, kremniy (IV) oksidi va boshqalar)..). Metall bo'lmaganlar o'rtasida asosan kovalent kimyoviy bog'lanish sodir bo'lganligi sababli, erkin elektronlar(shuningdek, boshqa zaryadlangan zarralar) atomik kristall panjarali moddalarda ko'p hollarda yo'q. Shuning uchun, bu moddalar odatda elektrni juda yomon o'tkazadi, ya'ni. dielektriklardir. Bu umumiy naqshlar, ulardan bir qator istisnolar mavjud.

Zarrachalar orasidagi aloqa atom kristallarida: .

Kristalning tugunlarida atom kristalli tuzilishi bilan tartibga solingan atomlar.

Faza holati normal sharoitda atom kristallari: qoida tariqasida, qattiq moddalar.

Moddalar, qattiq holatda atom kristallarini hosil qiluvchi:

1. Oddiy moddalar yuqori valentlik (davriy jadvalning o'rtasida joylashgan): bor, uglerod, kremniy va boshqalar.
2. Ushbu nometalllardan hosil bo'lgan murakkab moddalar: kremniy oksidi (kremniy oksidi, kvarts qumi) SiO 2; kremniy karbid (korund) SiC; bor karbid, bor nitridi va boshqalar.

Atom kristalli panjarali moddalarning fizik xususiyatlari:

— kuch;

- refrakterlik (yuqori erish nuqtasi);

- past elektr o'tkazuvchanligi;

- past issiqlik o'tkazuvchanligi;

— kimyoviy inertlik (faol bo'lmagan moddalar);

- erituvchilarda erimasligi.

Molekulyar kristall panjara tugunlari bo'lgan panjaradir molekulalar. kristalldagi molekulalarni ushlab turing molekulalararo tortishish kuchsiz kuchlari (Van der Vaals kuchlari, vodorod aloqalari yoki elektrostatik tortishish). Shunga ko'ra, bunday kristall panjara, qoida tariqasida, yo'q qilish juda oson. Molekulyar kristall panjarali moddalar - mo'rt, mo'rt. Molekulalar orasidagi tortishish kuchi qanchalik katta bo'lsa, moddaning erish nuqtasi shunchalik yuqori bo'ladi. Qoida tariqasida molekulyar kristall panjarali moddalarning erish nuqtalari 200-300K dan yuqori emas. Shuning uchun normal sharoitda molekulyar kristall panjaraga ega bo'lgan moddalarning aksariyati shaklda mavjud gazlar yoki suyuqliklar. Molekulyar kristall panjara, qoida tariqasida, kislotalar, metall bo'lmagan oksidlar, metall bo'lmaganlarning boshqa ikkilik birikmalari, barqaror molekulalarni hosil qiluvchi oddiy moddalar (kislorod O 2, azot N 2, suv H 2 O) tomonidan qattiq shaklda hosil bo'ladi. va boshqalar), organik moddalar. Qoida tariqasida, bu kovalent qutbli (kamdan-kam qutbsiz) bog'lanishga ega bo'lgan moddalardir. Chunki elektronlar kimyoviy bog'lanishlarda, molekulyar kristall panjarali moddalarda ishtirok etadi - dielektriklar, issiqlikning yomon o'tkazgichlari.

Zarrachalar orasidagi aloqa molekulyar kristallarda: m molekulalararo, elektrostatik yoki molekulalararo tortishish kuchlari.

Kristalning tugunlarida molekulyar kristall tuzilishi bilan tartibga solingan molekulalar.

Faza holati Oddiy sharoitlarda molekulyar kristallar: gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalar.

Moddalar, qattiq holatda shakllanadi molekulyar kristallar:

1. Kichik, kuchli molekulalarni hosil qiluvchi oddiy metall bo'lmagan moddalar (O 2, N 2, H 2, S 8 va boshqalar);
2. Kovalent qutb bog'lari bo'lgan murakkab moddalar (metall bo'lmagan birikmalar). (kremniy va bor oksidlari, kremniy va uglerod birikmalaridan tashqari) - suv H 2 O, oltingugurt oksidi SO 3 va boshqalar.
3. Monatomik nodir gazlar (geliy, neon, argon, kripton va boshq.);
4. Ion bog'lari bo'lmagan ko'pchilik organik moddalar — metan CH 4, benzol C 6 H 6 va boshqalar.

Jismoniy xususiyatlar molekulyar kristall panjarali moddalar:

- erituvchanlik (past erish nuqtasi):

- yuqori siqilish qobiliyati;

- qattiq shakldagi, shuningdek eritmalar va eritmalardagi molekulyar kristallar oqim o'tkazmaydi;

- normal sharoitda faza holati - gazlar, suyuqliklar, qattiq moddalar;

- yuqori volatillik;

- past qattiqlik.

Ion kristall panjarasi

Agar kristall tugunlarida zaryadlangan zarralar bo'lsa - ionlari, haqida gapirishimiz mumkin ionli kristall panjara . Qoida tariqasida, ion kristallari bilan almashtiriladi ijobiy ionlar(kationlar) va manfiy ionlar(anionlar), shuning uchun kristalldagi zarralar saqlanib qoladi elektrostatik tortishish kuchlari . Kristalning turiga va kristall hosil qiluvchi ionlarning turiga qarab, bunday moddalar bo'lishi mumkin. ancha kuchli va qattiq. Qattiq holatda, qoida tariqasida, ion kristallarida harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar mavjud emas. Ammo kristall eritilganda yoki eritilganda ionlar ajralib chiqadi va tashqi elektr maydoni ta'sirida harakatlanishi mumkin. Bular. faqat eritmalar yoki eritmalar oqimini o'tkazing ion kristallari. Ion kristall panjarasi bo'lgan moddalarga xosdir ionli kimyoviy bog'lanish. Misollar bunday moddalar tuz NaCl kaltsiy karbonat- CaCO 3 va boshqalar. Ion kristalli panjara, qoida tariqasida, qattiq fazada hosil bo'ladi. tuzlar, asoslar, shuningdek, metall oksidi va metallar va metall bo'lmaganlarning ikkilik birikmalari.

Zarrachalar orasidagi aloqa ion kristallarida: .

Kristalning tugunlarida ionli panjara bilan ionlari.

Faza holati normal sharoitda ion kristallari: odatda qattiq moddalar.

Kimyoviy moddalar ionli kristall panjara bilan:

1. Tuzlar (organik va noorganik), shu jumladan ammoniy tuzlari (Misol uchun, ammoniy xlorid NH4Cl);
2. asoslar;
3. metall oksidi;
4. Metall va metall bo'lmagan ikkilik birikmalar.

Ion kristalli tuzilishga ega moddalarning fizik xususiyatlari:

- yuqori erish nuqtasi (o'tga chidamli);

- ion kristallarining eritmalari va eritmalari - tok o'tkazgichlari;

- aksariyat birikmalar qutbli erituvchilarda (suv) eriydi;

- normal sharoitda ko'pchilik birikmalarda qattiq faza holati.

Va nihoyat, metallar fazoviy strukturaning maxsus turi bilan ajralib turadi - metall kristall panjara, bu to'g'ri keladi metall kimyoviy bog'lanish . Metall atomlari valentlik elektronlarini ancha zaif ushlab turadi. Metall tomonidan hosil qilingan kristallda bir vaqtning o'zida quyidagi jarayonlar sodir bo'ladi: ba'zi atomlar elektron berib, musbat zaryadlangan ionlarga aylanadi; bular elektronlar kristallda tasodifiy harakat qiladi; elektronlarning bir qismi ionlarga tortiladi. Bu jarayonlar bir vaqtning o'zida va tasodifiy sodir bo'ladi. Shunday qilib, ionlari paydo bo'ladi , ion bog'lanish hosil bo'lishida bo'lgani kabi va umumiy elektronlar hosil bo'ladi kovalent bog'lanish hosil bo'lishida bo'lgani kabi. Erkin elektronlar gaz kabi kristall hajmi bo'ylab tasodifiy va doimiy ravishda harakatlanadi. Shuning uchun ular ba'zan chaqiriladi elektron gaz ". Ko'p sonli mobil zaryadlangan zarralar, metallar mavjudligi sababli elektr, issiqlik o'tkazish. Metalllarning erish nuqtasi juda katta farq qiladi. Metalllar ham xarakterlidir o'ziga xos metall yorqinligi, egiluvchanligi, ya'ni. kuchli mexanik stress ostida shaklni vayron qilmasdan o'zgartirish qobiliyati, tk. kimyoviy bog'lanishlar buzilmaydi.

Zarrachalar orasidagi aloqa : .

Kristalning tugunlarida metall panjara bilan metall ionlari va atomlari.

Faza holati Oddiy sharoitlarda metallar: odatda qattiq moddalar(istisno - simob, normal sharoitda suyuqlik).

Kimyoviy moddalar metall kristall panjara bilan - oddiy moddalar - metallar.

Metall kristall panjarali moddalarning fizik xususiyatlari:

- yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi;

- egiluvchanlik va plastiklik;

- metall yorqinligi;

— metallar odatda erituvchilarda erimaydi;

Ko'pchilik metallar normal sharoitda qattiqdir.

Turli kristall panjarali moddalar xossalarini solishtirish

Kristal panjaraning turi (yoki kristall panjaraning yo'qligi) moddaning asosiy fizik xususiyatlarini baholash imkonini beradi. Turli kristall panjarali birikmalarning tipik fizik xususiyatlarini taxminiy taqqoslash uchun kimyoviy moddalardan foydalanish juda qulaydir. xarakterli xususiyatlar. Masalan, molekulyar panjara uchun karbonat angidrid, atom kristall panjarasi uchun - olmos, metall uchun - mis, va ionli kristall panjara uchun - tuz, natriy xlorid NaCl.

Davriy jadvalning asosiy kichik guruhlari (ikkilamchi kichik guruhlarning elementlari metallardir, shuning uchun ular metall kristall panjaraga ega) kimyoviy elementlar tomonidan hosil qilingan oddiy moddalar tuzilmalari bo'yicha yig'ma jadval.

Moddalar xossalarining tuzilishi bilan bog'liqligining yakuniy jadvali:

1-sahifa

Molekulyar kristall panjaralar va ularga mos keladigan molekulyar bog'lar asosan molekulalarida kovalent bog'lanish bo'lgan moddalarning kristallarida hosil bo'ladi. Qizdirilganda molekulalar orasidagi bog'lanishlar oson yo'q qilinadi, shuning uchun molekulyar panjarali moddalar past erish nuqtalariga ega.

Molekulyar kristall panjaralar qutbli molekulalardan hosil bo'lib, ular o'rtasida o'zaro ta'sir kuchlari paydo bo'ladi, ular tabiatan elektr bo'lgan Van der Vaals kuchlari deb ataladi. Molekulyar panjarada ular ancha zaif bog'lanishni amalga oshiradilar. Muz, tabiiy oltingugurt va ko'plab organik birikmalar molekulyar kristall panjaraga ega.

Yodning molekulyar kristall panjarasi shaklda ko'rsatilgan. 3.17. Aksariyat kristall organik birikmalar molekulyar panjaraga ega.

Molekulyar kristall panjaraning tugunlari molekulalar tomonidan hosil bo'ladi. Molekulyar panjarada, masalan, vodorod, kislorod, azot, asil gazlar, karbonat angidrid, organik moddalar kristallari mavjud.

Qattiq fazaning molekulyar kristall panjarasining mavjudligi ona suyuqlikdan ionlarning arzimas adsorbsiyasiga sabab bo'ladi va shuning uchun cho'kmalarning ion kristalli bilan ajralib turadigan cho'kmalarga nisbatan ancha yuqori tozaligi. Bu holda yog'ingarchilik ushbu reagent tomonidan cho'ktiriladigan ionlar uchun har xil bo'lgan kislotalikning optimal diapazonida sodir bo'lganligi sababli, u komplekslarning mos keladigan barqarorlik konstantalari qiymatiga bog'liq. Bu haqiqat eritmaning kislotaliligini sozlash orqali ma'lum ionlarning selektiv va ba'zan o'ziga xos cho'kishiga erishishga imkon beradi. Shunga o'xshash natijalarni ko'pincha cho'kma hosil qiluvchi kompleks hosil qiluvchi kationlarning xususiyatlarini hisobga olgan holda organik reagentlardagi donor guruhlarini mos ravishda o'zgartirish orqali olish mumkin.

Molekulyar kristall panjaralarda bog'lanishlarning mahalliy anizotropiyasi kuzatiladi, ya'ni molekulalararo kuchlarga nisbatan molekula ichidagi kuchlar juda katta.

Molekulyar kristall panjaralarda molekulalar panjara joylarida joylashgan. Kovalent bog'lanishga ega bo'lgan moddalarning aksariyati ushbu turdagi kristallarni hosil qiladi. Molekulyar panjaralar qattiq vodorod, xlor, karbonat angidrid va oddiy haroratlarda gazsimon boshqa moddalarni hosil qiladi. Aksariyat organik moddalarning kristallari ham shu turga kiradi. Shunday qilib, molekulyar kristall panjarali ko'plab moddalar ma'lum.

Molekulyar kristall panjaralarda ularni tashkil etuvchi molekulalar nisbatan kuchsiz Van-der-Vaals kuchlari bilan, molekula ichidagi atomlar esa ancha kuchliroq kovalent bog‘ bilan bog‘langan. Shuning uchun bunday panjaralarda molekulalar individualligini saqlab qoladi va kristall panjaraning bir joyini egallaydi. Bu erda molekulalar shakli va hajmi bo'yicha o'xshash bo'lsa, almashtirish mumkin. Molekulalarni bog'lovchi kuchlar nisbatan zaif bo'lganligi sababli, bu erda almashtirish chegaralari ancha kengroqdir. Nikitin ko'rsatganidek, asil gazlar atomlari ushbu moddalar panjaralaridagi CO2, SO2, CH3COCH3 va boshqalar molekulalarini izomorf ravishda almashtirishi mumkin. Bu erda kimyoviy formulaning o'xshashligi shart emas.

Molekulyar kristall panjaralarda molekulalar panjara joylarida joylashgan. Kovalent bog'lanishga ega bo'lgan moddalarning aksariyati ushbu turdagi kristallarni hosil qiladi. Molekulyar panjaralar qattiq vodorod, xlor, karbonat angidrid va oddiy haroratlarda gazsimon boshqa moddalarni hosil qiladi. Aksariyat organik moddalarning kristallari ham shu turga kiradi. Shunday qilib, molekulyar kristall panjarali ko'plab moddalar ma'lum. Panjara joylarida joylashgan molekulalar molekulalararo kuchlar bilan bir-biriga bog'langan (bu kuchlarning tabiati yuqorida muhokama qilingan; betga qarang. Molekulalararo kuchlar kimyoviy bog'lanish kuchlariga qaraganda ancha zaif bo'lganligi sababli, past erish nuqtasiga ega molekulyar kristallar sezilarli uchuvchanlik bilan tavsiflanadi, Ularning qattiqligi past.Molekulalari qutbsiz bo'lgan moddalarning erish va qaynash haroratlari ayniqsa past.Masalan, kerosin kristallari juda yumshoq, ammo bu kristallarni tashkil etuvchi uglevodorod molekulalaridagi CC kovalent bog'lanishlar kuchli olmos.gazlardagi bog'lanishlar, shuningdek, monoatomik molekulalardan tashkil topgan molekulyar gazlarga ham tegishli bo'lishi kerak, chunki bu kristallarning hosil bo'lishida valentlik kuchlari rol o'ynamaydi va bu erda zarrachalar orasidagi bog'lanishlar boshqa molekulyar kristallar bilan bir xil xususiyatga ega; bu kristallarda atomlararo masofalarning nisbatan katta qiymatini keltirib chiqaradi.

Molekulyar kristall panjaralarning tugunlarida bir-biri bilan kuchsiz molekulalararo kuchlar bilan bog'langan molekulalar joylashgan. Bunday kristallar molekulalarda kovalent aloqaga ega bo'lgan moddalarni hosil qiladi. Molekulyar kristall panjarali ko'plab moddalar ma'lum. Molekulyar panjaralarda qattiq vodorod, xlor, karbonat angidrid va oddiy haroratda gazsimon bo'lgan boshqa moddalar mavjud. Aksariyat organik moddalarning kristallari ham shu turga kiradi.

Ko'pgina fizikaviy va kimyoviy reaktsiyalarni amalga oshirish jarayonida modda agregatsiyaning qattiq holatiga o'tadi. Shu bilan birga, molekulalar va atomlar o'zlarini fazoviy tartibda joylashtirishga moyil bo'lib, moddaning zarralari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari maksimal darajada muvozanatlanadi. Qattiq jismning mustahkamligiga shunday erishiladi. Atomlar ma'lum bir pozitsiyani egallagandan so'ng, amplitudasi haroratga bog'liq bo'lgan kichik tebranish harakatlarini amalga oshiradilar, lekin ularning kosmosdagi holati doimiy bo'lib qoladi. Ma'lum masofada tortishish va itarish kuchlari bir-birini muvozanatlashtiradi.

Moddaning tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalar

Zamonaviy ilm-fanning ta'kidlashicha, atom musbat zaryadni olib yuruvchi zaryadlangan yadro va manfiy zaryadli elektronlardan iborat. Bir soniyada bir necha ming trillion aylanish tezligida elektronlar o'z orbitalarida aylanib, yadro atrofida elektron bulutini hosil qiladi. Yadroning musbat zaryadi son jihatdan elektronlarning manfiy zaryadiga teng. Shunday qilib, moddaning atomi elektr neytral bo'lib qoladi. Boshqa atomlar bilan mumkin bo'lgan o'zaro ta'sirlar elektronlar mahalliy atomdan ajralib chiqqanda sodir bo'ladi va shu bilan elektr muvozanatini buzadi. Bir holatda, atomlar kristall panjara deb ataladigan ma'lum bir tartibda joylashadilar. Ikkinchisida, yadrolar va elektronlarning murakkab o'zaro ta'siri tufayli ular har xil turdagi va murakkablikdagi molekulalarga birlashadi.

Kristal panjarani aniqlash

Birgalikda, moddalarning kristall panjaralarining har xil turlari turli xil fazoviy yo'nalishlarga ega bo'lgan to'rlar bo'lib, ularning tugunlarida ionlar, molekulalar yoki atomlar joylashgan. Bu barqaror geometrik fazoviy holat moddaning kristall panjarasi deb ataladi. Bitta kristall hujayraning tugunlari orasidagi masofa identifikatsiya davri deb ataladi. Hujayra tugunlari joylashgan fazoviy burchaklarga parametrlar deyiladi. Bog'larni qurish usuliga ko'ra, kristall panjaralar oddiy, tayanch markazli, yuz markazli va tana markazli bo'lishi mumkin. Agar moddaning zarralari faqat parallelepipedning burchaklarida joylashgan bo'lsa, bunday panjara oddiy deyiladi. Bunday panjara misoli quyida ko'rsatilgan:

Agar fazoviy diagonallarning o'rtasida tugunlardan tashqari moddaning zarrachalari ham joylashgan bo'lsa, u holda moddadagi zarrachalarning bunday konstruktsiyasi tana markazli kristall panjara deb ataladi. Rasmda bu tur aniq ko'rsatilgan.

Agar panjara cho'qqilaridagi tugunlarga qo'shimcha ravishda, parallelepipedning xayoliy diagonallari kesishgan joyda tugun mavjud bo'lsa, unda sizda yuz markazlashtirilgan panjara turi mavjud.

Kristall panjaralarning turlari

Moddani tashkil etuvchi turli mikrozarralar kristall panjaralarning har xil turlarini aniqlaydi. Ular kristall ichidagi mikrozarralar o'rtasida bog'lanish tamoyilini aniqlashlari mumkin. Kristal panjaralarning fizik turlari - ion, atom va molekulyar. Bu, shuningdek, metallarning turli xil kristall panjaralarini o'z ichiga oladi. Kimyo - elementlarning ichki tuzilishi tamoyillarini o'rganadigan fan. Kristal panjaralarning turlari quyida batafsil tavsiflangan.

Ion kristall panjaralari

Ushbu turdagi kristall panjaralar ionli bog'lanish turiga ega bo'lgan birikmalarda mavjud. Bunday holda, panjara joylari qarama-qarshi elektr zaryadlari bo'lgan ionlarni o'z ichiga oladi. Elektromagnit maydon tufayli ionlararo o'zaro ta'sir kuchlari juda kuchli va bu moddaning fizik xususiyatlarini aniqlaydi. Odatiy xususiyatlar refrakterlik, zichlik, qattiqlik va elektr tokini o'tkazish qobiliyatidir. Kristal panjaralarning ionli turlari osh tuzi, kaliy nitrat va boshqa moddalarda uchraydi.

Atom kristall panjaralari

Moddaning bunday tuzilishi tuzilishi kovalent kimyoviy bog'lanish bilan belgilanadigan elementlarga xosdir. Bunday turdagi kristall panjaralarning turlari kuchli kovalent aloqalar bilan bog'langan tugunlarda alohida atomlarni o'z ichiga oladi. Shunga o'xshash turdagi bog'lanish ikki bir xil atomlar elektronlarni "alhamlashganda" sodir bo'ladi va shu bilan qo'shni atomlar uchun umumiy elektron juftini hosil qiladi. Ushbu o'zaro ta'sir tufayli kovalent bog'lanishlar atomlarni ma'lum bir tartibda teng va kuchli bog'laydi. Kristal panjaralarning atom turlarini o'z ichiga olgan kimyoviy elementlar qattiq, yuqori erish nuqtasiga ega, elektr tokini yomon o'tkazuvchan va kimyoviy faol emas. Olmos, kremniy, germaniy va bor xuddi shunday ichki tuzilishga ega bo'lgan elementlarning klassik namunalari.

Molekulyar kristall panjaralar

Kristal panjaraning molekulyar turiga ega bo'lgan moddalar kristall panjara tugunlarida joylashgan barqaror, o'zaro ta'sir qiluvchi, bir-biriga yaqin joylashgan molekulalar tizimidir. Bunday birikmalarda molekulalar gazsimon, suyuq va qattiq fazalardagi fazoviy holatini saqlab qoladi. Molekulalar kristall joylarida ion ta'sir kuchlaridan o'n baravar kuchsiz bo'lgan kuchsiz van der Vaals kuchlari tomonidan ushlab turiladi.

Kristalni hosil qiluvchi molekulalar qutbli yoki qutbsiz bo'lishi mumkin. Elektronlarning o'z-o'zidan harakati va molekulalardagi yadrolarning tebranishlari tufayli elektr muvozanati o'zgarishi mumkin - dipolning bir lahzali elektr momenti shunday paydo bo'ladi. Tegishli yo'naltirilgan dipollar panjarada jozibali kuchlarni yaratadi. Karbonat angidrid va kerosin molekulyar kristall panjarali elementlarning tipik namunasidir.

Metall kristall panjaralar

Metall bog'lanish ionga qaraganda ancha moslashuvchan va plastikdir, garchi ikkalasi ham bir xil printsipga asoslangandek tuyulishi mumkin. Metalllarning kristall panjaralarining turlari ularning tipik xususiyatlarini tushuntiradi - masalan, mexanik kuch, issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi, erituvchanlik.

Metall kristall panjaraning o'ziga xos xususiyati - bu panjara tugunlarida musbat zaryadlangan metall ionlari (kationlar) mavjudligi. Tugunlar orasida to'r atrofida elektr maydonini yaratishda bevosita ishtirok etadigan elektronlar mavjud. Ushbu kristall panjara ichida harakatlanuvchi elektronlar soni elektron gaz deb ataladi.

Elektr maydoni bo'lmaganda, erkin elektronlar tasodifiy harakat qiladi, panjara ionlari bilan tasodifiy o'zaro ta'sir qiladi. Har bir bunday o'zaro ta'sir manfiy zaryadlangan zarrachaning harakat tezligini va yo'nalishini o'zgartiradi. Elektronlar o'zlarining elektr maydoni bilan kationlarni o'zlariga tortadilar va ularning o'zaro itarilishini muvozanatlashtiradilar. Elektronlar erkin hisoblansa-da, ularning energiyasi kristall panjarani tark etish uchun etarli emas, shuning uchun bu zaryadlangan zarralar doimo uning ichida bo'ladi.

Elektr maydonining mavjudligi elektron gazga qo'shimcha energiya beradi. Metalllarning kristall panjarasidagi ionlar bilan bog'lanish kuchli emas, shuning uchun elektronlar o'z chegaralarini osongina tark etadilar. Elektronlar musbat zaryadlangan ionlarni qoldirib, kuch chiziqlari bo'ylab harakatlanadi.

xulosalar

Kimyo fani moddalarning ichki tuzilishini o'rganishga katta e'tibor beradi. Turli elementlarning kristall panjaralarining turlari ularning xususiyatlarining deyarli butun spektrini aniqlaydi. Kristallarga ta'sir qilish va ularning ichki tuzilishini o'zgartirish orqali moddaning kerakli xususiyatlarini oshirish va keraksizlarini olib tashlash, kimyoviy elementlarni o'zgartirish mumkin. Shunday qilib, atrofdagi dunyoning ichki tuzilishini o'rganish olam tuzilishining mohiyati va tamoyillarini tushunishga yordam beradi.

Qattiq moddalar, qoida tariqasida, kristalli tuzilishga ega. Kosmosning qat'iy belgilangan nuqtalarida zarrachalarning to'g'ri joylashishi bilan tavsiflanadi. Ushbu nuqtalar kesishuvchi to'g'ri chiziqlar orqali aqliy ravishda bog'langanda fazoviy ramka hosil bo'ladi, bu deyiladi. kristall panjara. Zarrachalar joylashgan nuqtalar deyiladi panjara tugunlari. Xayoliy panjara tugunlarida ionlar, atomlar yoki molekulalar bo'lishi mumkin. Ular tebranish harakatlarini amalga oshiradilar. Haroratning oshishi bilan tebranishlarning amplitudasi ortadi, bu jismlarning termal kengayishida o'zini namoyon qiladi.

Zarrachalar turiga va ular orasidagi bog'lanish xarakteriga ko'ra 4 turdagi kristall panjaralar ajratiladi: ionli (NaCl, KCl), atomik, molekulyar va metall.

Ionlardan tashkil topgan kristall panjaralar deyiladi ionli. Ular ion bog'lari bo'lgan moddalar tomonidan hosil bo'ladi. Misol tariqasida natriy xlorid kristallini keltirish mumkin, unda har bir natriy ioni 6 xlorid ioni va har bir xlorid ioni 6 natriy ioni bilan o'ralgan.

NaCl ning kristall panjarasi

Kristal yoki bitta molekuladagi ma'lum bir zarrachaga eng yaqin qo'shni zarralar soni deyiladi. fokus raqami.

NaCl panjarasida ikkala ionning koordinatsion raqamlari 6 ga teng. Shunday qilib, NaCl kristalida alohida tuz molekulalarini ajratib bo'lmaydi. Ular yo'q. Butun kristall teng miqdordagi Na + va Cl - ionlaridan tashkil topgan ulkan makromolekula sifatida qaralishi kerak, Na n Cl n - bu erda n - katta son. Bunday kristalldagi ionlar orasidagi aloqalar juda kuchli. Shuning uchun ionli panjarali moddalar nisbatan yuqori qattiqlikka ega. Ular refrakter va past uchuvchanlikdir.

Ion kristallarining erishi ionlarning bir-biriga nisbatan geometrik jihatdan to'g'ri yo'nalishining buzilishiga va ular orasidagi bog'lanish kuchining pasayishiga olib keladi. Shuning uchun ularning eritmalari elektr tokini o'tkazadi. Ionli birikmalar qutb molekulalaridan tashkil topgan suyuqliklarda, masalan, suvda oson eriydi.

Tugunlarida alohida atomlar joylashgan kristall panjaralar deyiladi atom. Bunday panjaralardagi atomlar kuchli kovalent bog'lar orqali o'zaro bog'langan. Bunga misol olmos - uglerod modifikatsiyalaridan biri. Olmos uglerod atomlaridan iborat bo'lib, ularning har biri 4 ta qo'shni atom bilan bog'langan. Olmosdagi uglerodning koordinatsion soni 4. Atom kristalli panjarali moddalar yuqori erish nuqtasiga ega (olmos 3500 ° C dan yuqori), kuchli va qattiq, suvda deyarli erimaydi.

Molekulalardan (polyar va qutbsiz) tashkil topgan kristall panjaralar deyiladi molekulyar. Bunday panjaralardagi molekulalar nisbatan kuchsiz molekulalararo kuchlar bilan o‘zaro bog‘langan. Shuning uchun molekulyar panjarali moddalar past qattiqlik va past erish nuqtasiga ega, suvda erimaydi yoki ozgina eriydi va ularning eritmalari deyarli elektr tokini o'tkazmaydi. Ularga muz, qattiq CO 2 (“quruq muz”), galogenlar, vodorod kristallari, kislorod, azot, asil gazlar va boshqalar misol boʻla oladi.

Valentlik

Olingan molekulada o'zaro ta'sir qiluvchi atomlar sonini ko'rsatadigan muhim miqdoriy xarakteristikasi hisoblanadi valentlik- bir element atomlarining boshqa elementlarning ma'lum miqdordagi atomlarini biriktirish xususiyati.

Miqdoriy jihatdan valentlik ma'lum element biriktira oladigan yoki almashtira oladigan vodorod atomlari soni bilan belgilanadi. Demak, masalan, gidroflorik kislotada (HF) ftor bir valentli, ammiakda (NH 3) azot uch valentli, kremniy vodorodida (SiH 4 - silan) kremniy to'rt valentli va hokazo.

Keyinchalik, atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalarning rivojlanishi bilan elementlarning valentligi juftlanmagan elektronlar soni (valentlik) bilan bog'liq bo'la boshladi, buning natijasida atomlar orasidagi bog'lanish amalga oshiriladi. Shunday qilib, valentlik atomdagi kimyoviy bog'lanish hosil bo'lishida (er osti yoki qo'zg'atilgan holatda) ishtirok etadigan juftlanmagan elektronlar soni bilan belgilanadi. Umumiy holda, valentlik ma'lum bir atomni boshqa elementlarning atomlari bilan bog'laydigan elektron juftlar soniga teng.