Какие вещества имеют металлическую кристаллическую решетку. Ионные кристаллические решетки. Свойства веществ с ионным типом кристаллической решетки

Твердые кристаллы можно представить как трехмерные конструкции, в которых четко повторяется один и тот же структуры во всех направлениях. Геометрически правильная форма кристаллов обусловлена ​​их строго закономерным внутренним строением. Если центры притяжения , ионов или молекул в кристалле изобразить в виде точек, то получим трехмерное регулярное распределение таких точек, которое называется кристаллической решеткой, а сами точки — узлы кристаллической решетки. Определенная внешняя форма кристаллов является следствием их внутренней структуры, которая связана именно с кристаллической решеткой.

Кристаллическая решетка — это воображаемый геометрический образ для анализа строения кристаллов, который представляет собой объемно-пространственную сетчатую структуру, в узлах которой располагаются атомы, ионы или молекулы вещества.

Для характеристики кристаллической решетки используют следующие параметры:

1. кристаллической решетки Е кр [КДж / моль] — это энергия, выделяющаяся при образовании 1 моля кристалла из микрочастиц (атомов, молекул, ионов), которые находятся в газообразном состоянии и удалены друг от друга на такое расстояние, что исключается возможность их взаимодействия.
2. Константа кристаллической решетки d — наименьшее расстояние между центрами двух частиц в соседних узлах кристаллической решетки, соединенных .
3. Координационное число — количество ближайших частиц, окружающих в пространстве центральную частицу и сочетаются с ней химической связью.

Основой кристаллической решетки является элементарная ячейка, которая повторяется в кристалле бесконечное количество раз.

Элементарная ячейка — это наименьшая структурная единица кристаллической решетки, которая обнаруживает все свойства ее симметрии.

Упрощенно элементарную ячейку можно определить как малую часть кристаллической решетки, которая еще выявляет характерные особенности ее кристаллов.

Признаки элементарной ячейки описываются с помощью трех правил Бреве:

• симметрия элементарной ячейки должна соответствовать симметрии кристаллической решетки;
• элементарная ячейка должна иметь максимальное количество одинаковых ребер а, b , с и одинаковых углов между ними a , b , g . ;
• при условии соблюдения первых двух правил элементарная ячейка должна занимать минимальный объем.

Для описания формы кристаллов используют систему трех кристаллографических осей а, b, с, которые отличаются от обычных координатных осей тем, что они являются отрезками определенной длины, углы между которыми a, b, g могут быть как прямыми, так и непрямыми.

Модель кристаллической структуры: а) кристаллическая решетка с выделенной элементарной ячейкой; б) элементарная ячейка с обозначениями гранных углов

Форму кристалла изучает наука геометрическая кристаллография, одним из основных положений которой является закон постоянства гранных углов: для всех кристаллов данного вещества углы между соответствующими гранями всегда остаются одинаковыми.

Если взять большое количество элементарных ячеек и заполнить ими плотно друг к другу определенный объем, сохраняя параллельность граней и ребер, то образуется монокристалл идеальной строения. Но на практике чаще всего встречаются поликристаллов, в которых регулярные структуры существуют в определенных пределах, по которым ориентация регулярности резко меняется.

В зависимости от соотношения длин ребер а, b, с и углов a, b, g между гранями элементарной ячейки различают семь систем — так называемых сингоний кристаллов. Однако элементарная ячейка может быть построенной и таким образом, что она имеет дополнительные узлы, которые размещаются внутри ее объема или на всех ее гранях — такие решетки называются соответственно объемноцентрированными и гранецентрированными. Если дополнительные узлы находятся только на двух противоположных гранях (верхний и нижний), то это базоцентрированная решетка. С учетом возможности дополнительных узлов существует всего 14 типов кристаллических решеток.

Внешняя форма и особенности внутреннего строения кристаллов определяются принципом плотной «упаковки»: наиболее устойчивой, а потому и наиболее вероятной структурой будет такая, которая соответствует наиболее плотному расположению частиц в кристалле и в которой остается наименьшее по объему свободное пространство.

Типы кристаллических решеток

В зависимости от природы частиц, содержащихся в узлах кристаллической решетки, а также от природы химических связей между ними, различаются четыре основных типа кристаллических решеток.

Ионные решетки

Ионные решетки построены из разноименных ионов, расположенных в узлах решетки и связанные силами электростатического притяжения. Поэтому структура ионной кристаллической решетки должна обеспечить ее электронейтральность. Ионы могут быть простыми (Na + , Cl —) или сложными (NH 4 + , NO 3 —). Вследствие ненасыщенности и ненаправленности ионной связи ионные кристаллы характеризуются большими координационными числами. Так, в кристаллах NaCl координационные числа ионов Na + и Cl — равна 6, а ионов Cs + и Cl — в кристалле CsCl — 8, поскольку один ион Cs + окружен восемью ионами Cl — , а каждый ион — Cl — соответственно восемью ионами Cs + . Ионные кристаллические решетки образуются большим количеством солей, оксидов и оснований.

Примеры ионных кристаллических решеток: а) NaCl; б) CsCl

Вещества с ионными кристаллическими решетками имеют сравнительно высокую твердость, они достаточно тугоплавкие, нелетучие. В отличие от ионные соединения очень хрупкие, поэтому даже небольшой сдвиг в кристаллической решетке приближает друг к другу одноименно заряженные ионы, отталкивания между которыми приводит к разрыву ионных связей и как следствие — к появлению в кристалле трещин или к его разрушению. В твердом состоянии вещества с ионной кристаллической решеткой относятся к диэлектрикам и не проводят электрический ток. Однако при расплавлении или растворении в полярных растворителях нарушается геометрически правильная ориентировка ионов относительно друг друга, сначала ослабляются, а затем разрушаются химические связи, поэтому меняются и свойства.

Как следствие, электрический ток начинают проводить как расплавы ионных кристаллов, так и их растворы.

Атомные решетки

Эти решетки построены из атомов, соединенных между собой . Они, в свою очередь, делятся на три типа: каркасные, слоистые и цепочечные структуры.

Каркасную структуру имеет, например, алмаз — одно из самых твердых веществ. Благодаря sp 3 -гибридизации атома углерода строится трехмерная решетка, которая состоит исключительно из атомов углерода, соединенных ковалентными неполярными связями, оси которых размещаются под одинаковыми валентными углами (109,5 o).

Каркасная структура атомной кристаллической решетки алмаза

Слоистые структуры можно рассматривать как огромные двумерные молекулы. Для слоистых структур присущи ковалентные связи внутри каждого слоя и слабое вандерваальсовское взаимодействие между соседними слоями.

Слоистые структуры атомных кристаллических решеток: а) CuCl 2 ; б) PbO. На моделях с помощью очертаний параллелепипедов выделены элементарные ячейки

Классическим примером вещества со слоистой структурой является графит, в котором каждый атом углерода находится в состоянии sp 2 -гибридизации и образует в одной плоскости три ковалентные s-связи с тремя другими атомами С. Четвертые валентные электроны каждого атома углерода являются негибридизированными, за их счет образуются очень слабые вандерваальсовские связи между слоями. Поэтому при приложении даже небольшого усилия, отдельные слои легко начинают скользить друг вдоль друга. Этим объясняется, например, свойство графита писать. В отличие от алмаза графит хорошо проводит электричество: под воздействием электрического поля нелокализованные электроны могут перемещаться вдоль плоскости слоев, и, наоборот, в перпендикулярном направлении графит почти не проводит электрического тока.

Слоистая структура атомной кристаллической решетки графита

Цепочечные структуры характерны, например, для оксида серы (SO 3) n , киновари HgS, хлорида бериллия BeCl 2 , а также для многих аморфных полимеров и для некоторых силикатных материалов, таких, как асбест.

Цепная структура атомной кристаллической решетки HgS: а) проекция сбоку б) фронтальная проекция

Веществ с атомной строением кристаллических решеток сравнительно немного. Это, как правило, простые вещества, образованные элементами IIIА- и IVA-подгрупп (Si, Ge, B, C). Нередко соединения двух разных неметаллов имеют атомные решетки, например, некоторые полиморфные модификации кварца (оксид кремния SiO 2) и карборунда (карбид кремния SiC).

Все атомные кристаллы отличаются высокой прочностью, твердостью, тугоплавкостью и нерастворимостью практически ни в одном растворителе. Такие свойства обусловлены прочностью ковалентной связи. Вещества с атомной кристаллической решеткой имеют широкий диапазон электрической проводимости от изоляторов и полупроводников до электронных проводников.

Атомные кристаллические решетки некоторых полиморфных модификации карборунда — карбида кремния SiC

Металлические решетки

Эти кристаллические решетки содержат в узлах атомы и ионы металлов, между которыми свободно движутся общие для них всех электроны (электронный газ), которые образуют металлическую связь. Особенность кристаллических решеток металлов заключается в больших координационных числах (8-12), которые свидетельствуют о значительной плотность упаковки атомов металлов. Это объясняется тем, что «остовы» атомов, лишены внешних электронов, размещаются в пространстве как шарики одинакового радиуса. Для металлов чаще всего встречаются три типа кристаллических решеток: кубическая гранецентрированная с координационным числом 12 кубическая объемноцентрированная с координационным числом 8 и гексагональная, плотной упаковки с координационным числом 12.

Особые характеристики металлического связи и металлических решеток обусловливают такие важнейшие свойства металлов, как высокие температуры плавления, электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность, твердость.

Металлические кристаллические решетки: а) кубическая объемноцентрированная (Fe, V, Nb, Cr) б) кубическая гранецентрированная (Al, Ni, Ag, Cu, Au) в) гексагональная (Ti, Zn, Mg, Cd)

Молекулярные решетки

Молекулярные кристаллические решетки содержат в узлах молекулы, соединенные между собой слабыми межмолекулярными силами — вандерваальсовскими или водородными связями. Например, лед состоит из молекул воды, удерживающихся в кристаллической решетке водородными связями. К тому же типу относятся кристаллические решетки многих веществ, переведенных в твердое состояние, например: простые вещества Н 2 , О 2 , N 2 , O 3 , P 4 , S 8 , галогены (F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2), «сухой лед» СО 2 , все благородные газы и большинство органических соединений.

Молекулярные кристаллические решетки: а) йод I2 ; б) лед Н2О

Поскольку силы межмолекулярного взаимодействия слабее, чем силы ковалентной или металлической связи, молекулярные кристаллы имеют небольшую твердость; они легкоплавкие и летучие, нерастворимые в и не проявляют электропроводности.

Молекулярное строение имеет

1) оксид кремния(IV)

2) нитрат бария

3) хлорид натрия

4) оксид углерода(II)

Пояснение.

Под строением вещества понимают, из каких частиц молекул, ионов, атомов построена его кристаллическая решетка. Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Оксид кремния (IV) — связи ковалентные, вещество твердое, тугоплавкое, кристаллическая решетка атомная. Нитрат бария и хлорид натрия вещества с ионными связями — кристаллическая решетка ионная. Оксид углерода (II) это газ в молекуле ковалентные связи, значит, это правильный ответ, кристаллическая решетка молекулярная.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2012 по химии.

В твер­дом виде мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеет

1) оксид кремния(IV)

2) хло­рид кальция

3) суль­фат меди (II)

Пояснение.

Под стро­е­ни­ем ве­ще­ства понимают, из каких ча­стиц молекул, ионов, ато­мов по­стро­е­на его кри­стал­ли­че­ская решетка. Не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми связями, могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские решетки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу вхо­дят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле не­об­хо­ди­мо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки. Оксид крем­ния (IV) — связи ковалентные, ве­ще­ство твердое, тугоплавкое, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка атомная. Хло­рид каль­ция и суль­фат меди — ве­ще­ства с ион­ны­ми свя­зя­ми — кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка ионная. В мо­ле­ку­ле йода ко­ва­лент­ные связи, и он легко возгоняется, зна­чит это пра­виль­ный ответ, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка молекулярная.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2013 по химии.

1) оксид углерода(II)

3) бро­мид магния

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1.

Ионную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

2) оксид углерода(II)

4) бромид магния

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кристаллической ре­шет­кой имеет более низ­кие температуры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле необходимо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки.

Ионную кри­стал­ли­че­скую решетку имеет бро­мид магния.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 2.

Сульфат натрия имеет кристаллическую решётку

1) металлическую

3) молекулярную

4) атомную

Пояснение.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Сульфат натрия — это соль, имеющая ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 3.

Немолекулярное стро­е­ние имеет каж­дое из двух веществ:

1) азот и алмаз

2) калий и медь

3) вода и гид­рок­сид натрия

4) хлор и бром

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (карборунд), BN, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кристаллической ре­шет­кой имеет более низ­кие температуры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле необходимо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки.

Из при­ве­ден­ных веществ толь­ко алмаз, калий, медь и гидроксид натрия имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное строение.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 4.

Веществом с ионным типом кристаллической решётки является

3) уксусная кислота

4) сульфат натрия

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Ионную кристаллическую решетку имеет сульфат натрия.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 1.

Металлическая кристаллическая решётка характерна для

2) белого фосфора

3) оксида алюминия

4) кальция

Пояснение.

Металлическая кристаллическая решетка характерна для металлов, например, кальция.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 1.

Максим Аврамчук 22.04.2015 16:53

Все металлы кроме ртути имеют металлическую кристаллическую решетку. Не подскажите какая кристаллическая решетка у ртути и амальгамы?

Александр Иванов

Ртуть в твердом состоянии тоже имеет металлическую кристаллическую решетку

·

2) оксид кальция

4) алюминий

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Ионную кристаллическую решетку имеет оксид кальция.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 2.

Молекулярную кристаллическую решётку в твёрдом состоянии имеет

1) иодид натрия

2) оксид серы(IV)

3) оксид натрия

4) хлорид железа(III)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Среди приведенных веществ все кроме оксида серы(IV) имеют ионную кристаллическую решетку, а он — молекулярную.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 4.

Ионную кристаллическую решётку имеет

3) гидрид натрия

4) оксид азота(II)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Гидрид натрия имеет ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 5.

Для ве­ществ с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской решёткой ха­рак­тер­ным свой­ством является

1) тугоплавкость

2) низкая тем­пе­ра­ту­ра кипения

3) высокая тем­пе­ра­ту­ра плавления

4) электропроводность

Пояснение.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры кипения, чем все осталь­ные вещества. Ответ: 2

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 1.

Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерным свойством является

1) тугоплавкость

2) высокая температура кипения

3) низкая температура плавления

4) электропроводность

Пояснение.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры плавления и кипения, чем все остальные вещества.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10. 06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 2.

Молекулярное строение имеет

1) хлороводород

2) сульфид калия

3) оксид бария

4) оксид кальция

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Из приведенных веществ все имеют ионную кристаллическую решетку кроме хлороводорода.

Ответ: 1

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 5.

Mолекулярное строение имеет

1) оксид кремния(IV)

2) нитрат бария

3) хлорид натрия

4) оксид углерода(II)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Среди приведенных веществ молекулярное строение имеет угарный газ.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2014 по химии.

Веществом мо­ле­ку­ляр­но­го стро­е­ния является

1) хло­рид аммония

2) хло­рид цезия

3) хло­рид железа(III)

4) хлороводород

Пояснение.

Под стро­е­ни­ем ве­ще­ства по­ни­ма­ют, из каких ча­стиц мо­ле­кул, ионов, ато­мов по­стро­е­на его кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка. Не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми. Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. В эту груп­пу вхо­дят ве­ще­ства, как пра­ви­ло, твер­дые и ту­го­плав­кие ве­ще­ства.

Ве­ще­ства с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, чем все осталь­ные ве­ще­ства. По фор­му­ле не­об­хо­ди­мо опре­де­лить тип связи в ве­ще­стве, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки.

1) хло­рид аммония — ионное строение

2) хло­рид цезия — ионное строение

3) хло­рид железа(III) — ионное строение

4) хлороводород — молекулярное строение

Ответ: 4

Какое из со­еди­не­ний хлора имеет наи­боль­шую тем­пе­ра­ту­ру плавления?

Ответ: 3

Какое из со­еди­не­ний кис­ло­ро­да имеет наи­боль­шую тем­пе­ра­ту­ру плавления?

Ответ: 3

Александр Иванов

Нет. Это атомная кристаллическая решётка

Игорь Сраго 22.05.2016 14:37

Поскольку в рамках ЕГЭ учат, что связь между атомами металлов и неметаллов является ионной, постольку оксид алюминия должен образовывать ионный кристалл. А ве­ще­ства ионного стро­е­ния тоже (как и атомного) имеют тем­пе­ра­ту­ру плав­ле­ния выше, чем ве­ще­ства мо­ле­ку­ляр­но­го.

Антон Голышев

Вещества с атомной кристаллической решеткой лучше просто выучить.

·

Для ве­ществ с ме­тал­ли­че­ской кристаллической решёткой нехарактерна

1) хрупкость

2) пластичность

3) вы­со­кая электропроводность

4) вы­со­кая теплопроводность

Пояснение.

Для металлов характерна пластичность, вы­со­кая электро- и теплопроводность, а вот хрупкость для них нехарактерна.

Ответ: 1

Источник: ЕГЭ 05.05.2015. До­сроч­ная волна.

Пояснение.

Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. В эту груп­пу вхо­дят ве­ще­ства, как пра­ви­ло, твер­дые и ту­го­плав­кие ве­ще­ства.

Ответ: 1

Молекулярную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

Пояснение.

Ве­ще­ства с ион­ны­ми (BaSO 4) и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние.

Ве­ще­ства, атомы которых со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки.

Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (кар­бо­рунд), B 2 O 3 , Al 2 O 3 .

Вещества, газообразные при обычных условиях (O 2 , H 2 , NH 3 , H 2 S, CO 2), а также жидкие (H 2 O, H 2 SO 4) и твердые, но легкоплавкие (S, глюкоза), имеют молекулярное строение

Поэтому мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет — углекислый газ.

Ответ: 2

Атомную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

1) хло­рид аммония

2) оксид цезия

3) оксид кремния(IV)

4) сера кристаллическая

Пояснение.

Ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние.

Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. Остальные относятся к веществам с молекулярной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой.

Поэтому атомную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет оксид кремния(IV).

Ответ: 3

Твёрдое хруп­кое ве­ще­ство с вы­со­кой тем­пе­ра­ту­рой плавления, рас­твор ко­то­ро­го про­во­дит элек­три­че­ский ток, имеет кри­стал­ли­че­скую решётку

2) металлическую

3) атомную

4) молекулярную

Пояснение.

Такие свойства характерны для веществ с ионной кристаллической решеткой.

Ответ: 1

Какое со­еди­не­ние крем­ния имеет в твёрдом со­сто­я­нии мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую решётку?

8 КЛАСС

* По учебнику: Габриелян О. С. Химия-8. М.: Дрофа, 2003.

Цели. Обучающие. Дать понятие о кристаллическом и аморфном состоянии твердых веществ; познакомиться с типами кристаллических решеток, их взаимосвязью с видами химической связи и влиянием на физические свойства веществ; дать представление о законе постоянства состава веществ.
Развивающие . Развивать логическое мышление, умения наблюдать и делать выводы.
Воспитательные . Формировать эстетический вкус и коллективизм, расширять кругозор.
Оборудование и реактивы. Модели кристаллических решеток, диафильм «Зависимость свойств веществ от состава и строения», диапозитивы «Химическая связь. Строение вещества»; пластилин, жевательная резинка, смолы, воск, поваренная соль NaCl, графит, сахар, вода.
Форма организации работы. Групповая.
Методы и приемы. Самостоятельная работа, демонстрационный опыт, лабораторная работа.
Эпиграф.

ХОД УРОКА

УЧИТЕЛЬ. Кристаллы встречаются нам повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, создаем приборы и изделия из кристаллов, широко применяем кристаллы в технике и в науке, едим кристаллы, лечимся кристаллами, находим кристаллы в живых организмах, выходим на просторы космических дорог с помощью приборов из кристаллов…
Что же такое кристаллы?
Вообразите на минутку, что ваши глаза стали видеть атомы или молекулы; рост уменьшился, и вы смогли войти внутрь кристалла. Цель нашего урока – понять, что такое кристаллическое и аморфное состояние твердых веществ, познакомиться с типами кристаллических решеток, получить представление о законе постоянства состава веществ.
Какие агрегатные состояния веществ известны? Твердое, жидкое и газообразное. Они взаимосвязаны (схема 1).

В некотором царстве, химическом государстве, жил-был Хлор. И хотя принадлежал он к старинному роду Галогенов, да и наследство получил немалое (на внешнем энергетическом уровне у него было семь электронов), был он очень жадным и завистливым, а от злости даже стал желто-зеленым. Днем и ночью мучило его желание сделаться похожим на Аргон. Думал он думал и наконец придумал: «У Аргона на внешнем уровне восемь электронов, а у меня только семь. Значит, мне надо заполучить еще один электрон, тогда я тоже буду благородным». На следующий день собрался Хлор в дорогу за заветным электроном, но далеко идти ему не пришлось: возле самого дома встретил он атом, похожий на него как две капли воды.
– Слушай, брат, дай мне свой электрон, – заговорил Хлор.
– Нет уж, лучше ты дай мне электрон, – ответил близнец.
– Ладно, давай тогда объединим наши электроны, чтобы никому не было обидно, – сказал жадный Хлор, надеясь, что потом он заберет электрон себе.
Но не тут-то было: оба атома в равной степени пользовались общими электронами, несмотря на отчаянные усилия жадного Хлора перетянуть их на свою сторону.

УЧИТЕЛЬ. Посмотрите на вещества на ваших столах и распределите их на две группы. Пластилин, жевательная резинка, смола, воск – это аморфные вещества. У них часто нет постоянной температуры плавления, наблюдается текучесть, нет упорядоченного строения (кристаллической решетки). Напротив, соль NaCl, графит и сахар – кристаллические вещества. Для них характерны четкие температуры плавления, правильные геометрические формы, симметрия.
Применение находят и аморфные, и кристаллические вещества. Мы познакомимся с типами кристаллических решеток и их влиянием на физические свойства веществ. Помогут в повторении видов химической связи подготовленные вами творческие задания – сказки.

В некотором царстве, в некотором государстве с названием «Периодическая система» жил-был маленький электрончик. У него не было друзей. Но однажды к нему в село под названием «Внешний уровень» пришел другой электрончик, точь-в-точь похожий на первого. Они сразу же подружились, ходили всегда вместе и даже не заметили, как оказались спаренными. Эти электроны прозвали ковалентными.

В доме периодической системы Менделеева жили два друга – металл Na и неметалл Cl. Каждый жил в своей квартире: Na – в квартире под № 11, а Cl – под № 17.
И вот решили друзья поступить в кружок, а там им сказали: чтобы поступить в этот кружок, надо завершить энергетический уровень. Друзья расстроились и поплелись домой. Дома они думали, как завершить энергетический уровень. И вдруг Сl сказал:
– Давай, ты мне подаришь со своего третьего уровня один электрон.
– То есть как подарю? – спросил Na.
– А так, возьмешь и подаришь. У тебя будет два уровня и все завершенные, а у меня будет три уровня и тоже все завершенные. Тогда нас примут в кружок.
– Ладно, забирай, – сказал Na и отдал свой электрон.
Когда они пришли в кружок, то директор кружка спросил: «Как вам это удалось?» Они все ему рассказали. Директор сказал: «Молодцы, ребята» – и принял их в свой кружок. Натрию директор дал карточку со знаком «+1», а хлору – со знаком «–1». И теперь он принимает в кружок всех желающих – металлы и неметаллы. А то, что сделали Na и Сl, он назвал ионной связью.

УЧИТЕЛЬ. Вы хорошо разобрались в типах химической связи? Эти знания пригодятся при изучении кристаллических решеток. Мир веществ велик и разнообразен. Они обладают самыми разными свойствами. Различают физические и химические свойства веществ. Какие свойства мы отнесем к физическим?
Ответы учеников: агрегатное состояние, цвет, плотность, температуры плавления и кипения, растворимость в воде, электропроводность.

УЧИТЕЛЬ. Опишите физические свойства веществ: O 2 , H 2 O, NaCl, графит С.
Ученики заполняют таблицу, которая в результате приобретает следующий вид.

Таблица

Физические свойства	Вещества
	О 2	Н 2 О	NaCl	C
Агрегатное состояние	Газ	Жидкость	Твердое	Твердое
Плотность, г/см 3	1,429 (г/л)	1,000	2,165	2,265
Цвет	Бесцветный	Бесцветный	Белый	Черный
t пл, °С	–218,8	0,0	+801,0	–
t кип, °С	–182,97	+100	+1465	+3700
Растворимость в воде	Малорастворим	–	Растворим	Нерастворим
Электропроводность	Неэлектропроводный	Слабая	Проводник	Проводник

УЧИТЕЛЬ. По физическим свойствам веществ можно определить их строение.

Диапозитив.

УЧИТЕЛЬ. Кристалл – твердое тело, частицы которого (атомы, молекулы, ионы) расположены в определенном, периодически повторяющемся порядке (в узлах). При мысленном соединении узлов линиями образуется пространственный каркас – кристаллическая решетка. Различают четыре типа кристаллических решеток (схема 2 , см. с. 24).

Схема 2

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ

УЧИТЕЛЬ. Какие кристаллические решетки у О 2 , Н 2 О, NaCl, С?

Ответ учеников. О 2 и Н 2 О – молекулярные кристаллические решетки, NaCl – ионная решетка,
С – атомная решетка.
Демонстрация моделей кристаллических решеток: NaCl, C (графит), Mg, CO 2 .

УЧИТЕЛЬ. Обратите внимание на типы кристаллических решеток простых веществ в зависимости от их положения в периодической системе (с. 79 учебника).
Какой тип решетки не встречается в простых веществах?
Ответ учеников. У простых веществ не бывает ионных решеток.

Ж.Л.Пруст (1754–1826)

УЧИТЕЛЬ. Для веществ с молекулярной решеткой характерно явление возгонки или сублимации.
Демонстрационный опыт. Возгонка бензойной кислоты или нафталина. (Возгонка – это превращение (при нагревании) твердого вещества в газ, минуя жидкую фазу, а затем снова кристаллизация в виде инея.)

УЧИТЕЛЬ. Вещества с молекулярным строением подчиняются закону постоянства состава вещества; вещества молекулярного строения имеют постоянный состав независимо от способа их получения. Закон был открыт Ж.Л.Прустом. Он разрешил долгий спор К.Л.Бертолле и Дж.Дальтона в пользу первого.
Например, углекислый газ или оксид углерода(IV) CO 2 – сложное вещество молекулярного строения. Оно состоит из двух элементов: углерода и кислорода, причем в молекуле один атом углерода и два атома кислорода. Относительная молекулярная масса M r (CO 2 ) = 44, молярная масса M(CO 2 ) = 44 г/моль. Молярный объем V M (CO 2 ) = 22,4 моль (н.у.). Число молекул в 1 моль вещества N A (CO 2 ) = 6 10 23 молекул.
Для веществ с ионным строением закон Пруста не всегда выполняется.

Графический диктант

«Виды химических связей и типы кристаллических решеток»

Знаками «+» и «–» отмечается, характерно ли данное утверждение (1–20) для типа химической связи указанного варианта.
Вариант 1. Ионная связь.
Вариант 2. Ковалентная неполярная связь.
Вариант 3. Ковалентная полярная связь.

Утверждения.

1. Связь образуется между атомами металлов и неметаллов.
2. Связь образуется между атомами металлов.
3. Связь образуется между атомами неметаллов.
4. В процессе взаимодействия атомов образуются ионы.
5. Образовавшиеся молекулы поляризованы.
6. Связь устанавливается за счет спаривания электронов без сдвига общих электронных пар.
7. Связь устанавливается путем спаривания электронов и сдвига общей пары к одному из атомов.
8. В процессе химической реакции происходит полная передача валентных электронов от одного атома реагирующих элементов к другому.
9. Степень окисления атомов в молекуле равна нулю.
10. Степени окисления атомов в молекуле равны количеству отданных или принятых электронов.
11. Степени окисления атомов в молекуле равны количеству смещенных общих электронных пар.
12. Соединения с данным видом связи образуют кристаллическую решетку ионного типа.
13. Для соединений с этим видом химической связи характерны кристаллические решетки молекулярного типа.
14. Соединения с таким видом связи образуют кристаллические решетки атомного типа.
15. Соединения могут быть газообразными при обычных условиях.
16. Соединения твердые при обычных условиях.
17. Соединения с таким видом связи обычно тугоплавкие.
18. Вещества с таким видом связи могут быть жидкими при обычных условиях.
19. Вещества с такой химической связью имеют запах.
20. Вещества с такой химической связью имеют металлический блеск.

Ответы (самооценка).

Вариант 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
+	–	–	+	+	–	–	+	–	+
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
–	+	–	–	–	+	+	–	–	–

Вариант 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
–	–	+	–	–	+	–	–	+	–
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
–	–	+	–	+	+	–	+	+	–

Вариант 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
–	–	+	–	+	–	+	–	–	–
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
+	–	+	+	+	–	+	+	+	–

Критерии оценки: 1–2 ошибки – «5», 3–4 ошибки – «4», 5–6 ошибок – «3».

Закрепление материала

Кремний имеет атомную кристаллическую решетку. Каковы его физические свойства?
Какой тип кристаллической решетки у Na 2 SO 4 ?
Оксид СО 2 имеет низкую t пл, а кварц SiO 2 – очень высокую (кварц плавится при 1725 °С). Какие кристаллические решетки они должны иметь?

УЧИТЕЛЬ. Мы заглянули в нутро вещей, не правда ли? В заключение хочется упомянуть драгоценные камни: алмаз, сапфир, изумруд, александрит, аметист, жемчуг, опал и др. Драгоценным камням издавна приписывали целебные свойства. Считали, что кристалл аметиста предохраняет от пьянства и навевает счастливые сны. Изумруд спасает от бурь. Алмаз бережет от болезней. Топаз приносит счастье в ноябре, а гранат – в январе.

Драгоценные камни служили мерой богатств князей и императоров. Иноземные послы, побывавшие в XVII в. в России, писали, что ими овладел «тихий ужас» при виде роскошных нарядов царской семьи, сплошь унизанных драгоценными камнями.
На голове царицы Ирины Годуновой была корона, «как стена с зубцами», разделенная на 12 башенок, искусно выделанных из рубинов, топазов, алмазов и «скатных жемчугов», кругом корона была унизана огромными аметистами и сапфирами.

Известно, что шляпа князя Потемкина Таврического так была усеяна бриллиантами и из-за этого столь тяжела, что владелец не мог носить ее на голове; адъютант нес шляпу в руках за князем. На одном из платьев императрицы Елизаветы было нашито столько драгоценных камней, что она, не выдержав их тяжести, упала на балу в обморок. Впрочем, еще раньше с супругой царя Александра Михайловича случилось более досадное происшествие: ей пришлось прервать обряд венчания, чтобы снять с себя усыпанный самоцветами наряд.
Самые большие в мире алмазы известны каждый под своим названием: «Орлов», «Шах», «Конкур», «Регент» и др.
Кристаллы необходимы – в часах, эхолотах, микрофонах; алмаз – «работник» (в подшипниках, стеклорезах и др. ).
«Камень сейчас в руках человека – не забава и роскошь, а прекрасный материал, которому мы сумели вернуть его место, материал, среди которого прекраснее и веселее жить. Он не будет “драгоценным камнем” – его время прошло: это будет самоцвет, дающий красоту жизни. …В нем человек будет видеть воплощение непревзойденных красок и нетленности самой природы, к которым может прикоснуться только горящим огнем вдохновения художник», – писал академик А.Е.Ферсман.
Кристаллы можно вырастить даже в бытовых условиях. Попробуйте выполнить творческое домашнее задание по выращиванию кристаллов.

Домашнее задание

«Выращивание кристаллов»

Оборудование и реактивы. Чистые стаканы, картон, карандаш, нитки; вода, соль (NaCl, или СuSO 4 , или KNO 3 .)

Ход работы

Первый способ . Приготовьте насыщенный раствор выбранной вами соли. Для этого в горячую воду насыпьте порциями соль и перемешивайте до растворения. Как только соль перестанет растворяться, раствор насыщен. Раствор профильтруйте через марлю. Этот раствор налейте в стакан, положите карандаш с ниткой и грузом (пуговичка, например). Через 2–3 дня груз должен обрасти кристалликами.
Второй способ . Банку с насыщенным раствором закройте картоном и подождите, пока при медленном охлаждении на дно выпадут кристаллы. Обсушите кристаллы на салфетке, несколько самых привлекательных укрепите на нитке, привяжите к карандашу и опустите в насыщенный раствор, освобожденный от других кристаллов. Кристаллы могут расти 2–3 недели.

При осуществлении многих физических и химических реакций вещество переходит в твердое агрегатное состояние. При этом молекулы и атомы стремятся расположиться в таком пространственном порядке, при котором силы взаимодействия между частицами вещества были бы максимально сбалансированы. Этим и достигается прочность твердого вещества. Атомы, однажды заняв определенное положение, совершают небольшие колебательные движения, амплитуда которых зависит от температуры, но положение их в пространстве остается фиксированным. Силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга на определенном расстоянии.

Современные представления о строении вещества

Современная наука утверждает, что атом состоит из заряженного ядра, несущего положительный заряд, и электронов, несущих заряды отрицательные. Со скоростью несколько тысяч триллионов оборотов в секунду электроны вращаются по своим орбитам, создавая вокруг ядра электронное облако. Положительный заряд ядра численно равен отрицательному заряду электронов. Таким образом, атом вещества остается электрически нейтральным. Возможные взаимодействия с другими атомами происходят тогда, когда электроны отсоединяются от родного атома, тем самым нарушая электрический баланс. В одном случае атомы выстраиваются в определенном порядке, который и называется кристаллической решеткой. В другом — за счет сложного взаимодействия ядер и электронов соединяются в молекулы различного вида и сложности.

Определение кристаллической решетки

В совокупности различные типы кристаллических решеток веществ представляют собой сетки с различной пространственной ориентацией, в узлах которых располагаются ионы, молекулы или атомы. Это стабильное геометрическое пространственное положение и называется кристаллической решеткой вещества. Расстояние между узлами одной кристаллической ячейки называется периодом идентичности. Пространственные углы, под которыми расположены узлы ячейки, называются параметрами. По способу построения связей кристаллические решетки могу быть простыми, базоцентрированными, гранецентрированными и объемно-центрированными. Если частицы вещества расположены лишь в углах параллелепипеда, такая решетка называется простой. Пример такой решетки показан ниже:

Если, кроме узлов, частицы вещества расположены и в середине пространственных диагоналей, то такое построение частиц в веществе имеет название объемно-центрированной кристаллической решетки. На рисунке этот тип показан наглядно.

Если кроме узлов в вершинах решетки имеется узел и в месте, где пересекаются воображаемые диагонали параллелепипеда, то перед вами — гранецентрированный тип решетки.

Виды кристаллических решеток

Различные микрочастицы, из которых состоит вещество, определяют различные типы кристаллических решеток. Они могут определять принцип построения связи между микрочастицами внутри кристалла. Физические типы кристаллических решеток — ионные, атомные и молекулярные. Сюда же относятся различные типы кристаллических решеток металлов. Изучением принципов внутреннего строения элементов занимается химия. Типы кристаллических решеток подробнее представлены ниже.

Ионные кристаллические решетки

Данные типы кристаллических решеток присутствуют в соединениях с ионным типом связи. В этом случае узлы решетки содержат ионы, обладающие противоположным электрическим зарядом. Благодаря электромагнитному полю, силы межионного взаимодействия оказываются достаточно сильными, и это обуславливает физические свойства вещества. Обычными характеристиками являются тугоплавкость, плотность, твердость и возможность проводить электрический ток. Ионные типы кристаллических решеток имеются у таких веществ, как поваренная соль, нитрат калия и прочие.

Атомные кристаллические решетки

Этот тип строения вещества присущ элементам, структуру которых определяет ковалентная химическая связь. Типы кристаллических решеток подобного рода содержат в узлах отдельные атомы, связанные между собой крепкими ковалентными связями. Подобный тип связи возникает тогда, когда два одинаковых атома «делятся» электронами, тем самым образуют общую пару электронов для соседних атомов. Благодаря такому взаимодействию ковалентные связи равномерно и сильно связывают атомы в определенном порядке. Химические элементы, которые содержат атомные типы кристаллических решеток, обладают твердостью, высокой температурой плавления, плохо проводят электрический ток и химически неактивны. Классическими примерами элементов с подобным внутренним строением можно назвать алмаз, кремний, германий, бор.

Молекулярные кристаллические решетки

Вещества, имеющие молекулярный тип кристаллической решетки, представляют собой систему устойчивых, взаимодействующих, плотноупакованных между собой молекул, которые расположены в узлах кристаллической решетки. В подобных соединениях молекулы сохраняют свое пространственное положение в газообразной, жидкой и твердой фазе. В узлах кристалла молекулы удерживаются слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, которые в десятки раз слабее сил ионного взаимодействия.

Образующие кристалл молекулы могут быть как полярными, так и неполярными. Из-за спонтанного движения электронов и колебания ядер в молекулах электрическое равновесие может смещаться — так возникает мгновенный электрический момент диполя. Соответствующим образом ориентированные диполи создают силы притяжения в решетке. Двуокись углерода и парафин являются типичными примерами элементов с молекуляной кристаллической решеткой.

Металлические кристаллические решетки

Металлическая связь гибче и пластичней ионной, хотя может показаться, что обе они базируются на одном и том же принципе. Типы кристаллических решеток металлов объясняют их типичные свойства — такие, например, как механическая прочность, тепло- и электропроводность, плавкость.

Отличительной особенностью металлической кристаллической решетки является наличие положительно заряженных ионов металла (катионов) в узлах этой решетки. Между узлами находятся электроны, которые непосредственно участвуют в создании электрического поля вокруг решетки. Количество электронов, перемещающихся внутри этой кристаллической решетки, называется электронным газом.

При отсутствии электрического поля свободные электроны совершают хаотическое движение, беспорядочно взаимодействуя с ионами решетки. Каждое такое взаимодействие меняет импульс и направление движения отрицательно заряженной частицы. Своим электрическим полем электроны притягивают к себе катионы, уравновешивая их взаимное отталкивание. Хотя электроны считаются свободными, их энергии не хватает для того, чтобы покинуть кристаллическую решетку, поэтому эти заряженные частицы постоянно находятся в ее пределах.

Присутствие электрического поля придает электронному газу дополнительную энергию. Соединение с ионами в кристаллической решетке металлов не является прочным, поэтому электроны легко покидают ее пределы. Электроны двигаются по силовым линиям, оставляя позади положительно заряженные ионы.

Выводы

Огромное значение изучению внутреннего строения вещества уделяет химия. Типы кристаллических решеток различных элементов определяют практически весь спектр их свойств. Воздействуя на кристаллы и меняя их внутренне строение, можно добиться усиления нужных свойств вещества и удалить нежелательные, преобразовывать химические элементы. Таким образом, изучение внутренней структуры окружающего мира может помочь познать суть и принципы устройства мироздания.

Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру , в которой частицы, из которых она «построена» находятся в определенном порядке, создавая тем самым кристаллическую решетку . Она строится из повторяющихся одинаковых структурных единиц — элементарных ячеек , которая связывается с соседними ячейками, образуя дополнительные узлы. В результате существует 14 различных кристаллических решеток.

Типы кристаллических решеток.

В зависимости от частиц, которые стоят в узлах решетки, различают:

• металлическую кристаллическую решетку;
• ионную кристаллическую решетку;
• молекулярную кристаллическую решетку;
• макромолекулярную (атомную) кристаллическую решетку.

Металлическая связь в кристаллических решетках.

Ионные кристаллы обладают повышенной хрупкостью, т.к. сдвиг в решетке кристалла (даже незначительный) приводит к тому, что одноименно заряженные ионы начинают отталкиваться друг от друга, и связи рвутся, образуются трещины и расколы.

Молекулярная связь кристаллических решеток.

Основная особенность межмолекулярной связи заключается в ее «слабости» (ван-дер-ваальсовые, водородные).

Это структура льда. Каждая молекула воды связана водородными связями с 4-мя окружающими ее молекулами, в результате структура имеет тетраэдрический характер.

Водородная связь объясняет высокую температуру кипения, плавления и малую плотность;

Макромолекулярная связь кристаллических решеток.

В узлах кристаллической решетки находятся атомы. Эти кристаллы разделяются на 3 вида:

• каркасные;
• цепочечные;
• слоистые структуры.

Каркасной структурой обладает алмаз — одно их самых твердых веществ в природе. Атом углерода образует 4 одинаковые ковалентные связи, что говорит о форме правильного тетраэдра (sp 3 — гибридизация). Каждый атом имеет неподеленную пару электронов, которые также могут связываться с соседними атомами. В результате чего образуется трехмерная решетка, в узлах которой только атомы углерода.

Энергии для разрушения такой структуры требуется очень много, температура плавления таких соединений высока (у алмаза она составляет 3500°С).

Слоистые структуры говорят о наличии ковалентных связях внутри каждого слоя и слабых ван-дер-ваальсовых — между слоями.

Рассмотрим пример: графит. Каждый атом углерода находится в sp 2 — гибридизации. 4-ый неспаренный электрон образует ван-дер-ваальсовую связь между слоями. Поэтому 4ый слой очень подвижен:

Связи слабые, поэтому их легко разорвать, что можно наблюдать у карандаша — «пишущее свойство» — 4ый слой остается на бумаге.

Графит — отличный проводник электрического тока (электроны способны перемещаться вдоль плоскости слоя).

Цепочечными структурами обладают оксиды (например, SO 3 ), который кристаллизуется в виде блестящих иголок, полимеры, некоторые аморфные вещества, силикаты (асбест).

Взаимосвязь между типами связей, видами кристаллических решеток и свойствами веществ

Середина урока (8-33)

<p>Ребята, что я держу в руках (модель КР)?</p><p><img src=»/uploads/lesson_plans/5e5e233bd377e/images/5e5e2d1c83147.png»><br></p><p>Пожалуйста, посмотрите на доску и скажите тему нашего урока. Высказывания ребят </p><p><b> Open your copybook and write down the lesson topic: Взаимосвязь между типами связей, видами кристаллических решеток и свойствами веществ </b></p><p><b> The aim of our lesson is to study types of crystal lattices </b></p><p> –8. 1.4.3 -объяснять зависимость свойств веществ от типа решетки</p><p>Познакомимся с новыми словами, терминологией этой темы: </p><p> <b>types of crystal lattices</b> – типы кристаллических решеток </p><p> Ионная кристаллическая решетка – <b>ionic crystal lattice</b> </p><p>Атомная – <b>atomic crystal lattice </b></p><p>Молекулярная – <b>molecular crystal lattice</b>. </p><p>Металлическая — <b>metal crystal lattice </b></p><p> Состояния твердых веществ: Твердые вещества могут быть кристаллическими или аморфными. </p><p><b> Показ видеофильма с образовательного портала «Bilimland»:</b> Стекло – аморфное тело и Пластическая сера</p><p><b> Кристаллическое состояние вещества</b> </p><p> Частицы кристалла – ионы, атомы или молекулы – располагаются в определенной последовательности. Кристаллические решетки подразделяют на атомные, молекулярные и ионные в зависимости от вида частиц. Структура кристаллической решетки определяет физические свойства вещества. </p><p> К примеру, алмаз имеет атомную кристаллическую решетку, в узлах решетки находятся атомы углерода. Алмаз является самым прочным твердым неорганическим простым веществом. Хлорид натрия имеет высокую температуру плавления, так как в узлах его ионной решетки имеются катионы натрия и анионы хлора.</p><p><b>Аморфное состояние вещества</b></p><p>Слово «аморфос» в переводе с греческого языка означает «бесформенный». Многие твердые вещества, в зависимости от условий нагревания, расплавляются и переходят в жидкое состояние. </p><p> Это свойство объясняется тем, что частицы не находятся в пространстве в определенном порядке. Поэтому они не имеют определенной точки плавления (к примеру, стекло, пластмасса, пластилин, шоколад, клей). </p><p><b> Упражнение 1.</b> Дополни предложения, вставив подходящие по смыслу слова.</p><p>Твердые вещества бывают в кристаллическом и _____ состоянии. Если вещество будет плавится при определенной температуре, то оно является _______. В узлах кристаллических решеток могут находится молекулы, ионы и ________ </p><p><b> Упражнение 2.</b> Укажи вещества в аморфном состоянии. </p><p><i> Стекло, смола, уголь, воск, бензин, янтарь, железо, лед, шоколад.&nbsp;&nbsp;</i></p><p><br></p><p><b>Физ.минутка:</b> Упражнения для глаз:</p><p> Look left, right </p><p> Look up, look down </p><p> Look around. </p><p> Look at your nose </p><p> Close your eyes </p><p> Open, wink and smile.&nbsp;&nbsp;</p><p>Your eyes are happy again. </p><p><br></p><p> Зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки: Работа в парах по учебнику § 38 — 39 </p><p> 1 ряд – молекулярная кристаллическая решетка, свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой; </p><p> 2 ряд — атомная кристаллическая решетка, свойства веществ с атомной кристаллической решеткой; </p><p> 3 ряд – ионная кристаллическая решетка, свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой; </p><p><br></p><p><b> Тест Bilimland</b> </p><p><b> Вопрос №2</b> Какие свойства характерны для веществ с молекулярной кристаллической решеткой? </p><p> летучесть, невысокая твердость, низкие температуры плавления и кипения, не проводят электрический ток </p><p> твердость, высокие температуры кипения и плавления, нелетучесть, нерастворимость </p><p> пластичность, высокая теплопроводность и электрическая проводимость </p><p> очень твердые, проводят электрический ток, высокие температуры кипения и плавления </p><p> высокая твердость, прочность, тугоплавкость, малая летучесть, растворимость в воде </p><p><b>Вопрос №3</b> Укажи свойства, характерные для веществ, имеющих атомную кристаллическую решетку. </p><p> имеют высокую температуру плавления, тугоплавкие, жидкие </p><p> тугоплавкие, жидкие, имеют ковалентную связь </p><p> тугоплавкие, твердые, имеют ковалентную связь </p><p> имеют низкую температуру плавления, тугоплавкие </p><p> имеют низкую температуру плавления, тугоплавкие, жидкие </p><p><b> Вопрос №4</b> Вещества с молекулярной кристаллической решеткой </p><p> легкоплавки и электропроводны </p><p> тугоплавки и нерастворимы в воде </p><p> тверды и электропроводны </p><p> тугоплавки и хорошо растворимы в воде </p><p> легкоплавки и летучи </p><p><b> Вопрос №6</b> К соединениям с ионной кристаллической решеткой относятся:</p><p> все простые вещества – металлы </p><p> соли </p><p> подавляющее большинство оксидов неметаллов </p><p> все простые вещества – неметаллы </p><p> металлы и неметаллы&nbsp;&nbsp;</p>

<p>Модели кристаллических решеток. </p><p>Презентация</p><p><br></p><p><a href=»https://bilimland.kz/ru/subject/ximiya/8-klass/tipy-kristallicheskix-reshetok?mid=0048f6b2-9d5a-11e9-be78-49d30a05e051″ target=»_blank»>https://bilimland.kz/ru/subject/ximiya/8-klass/tipy-kristallicheskix-reshetok?mid=0048f6b2-9d5a-11e9-be78-49d30a05e051</a></p><p><br></p><p>Презентация, видеопесня</p><p><br></p><p>Учебник Химия, 8 класс , стр.132-136, (М.К.Оспанова, К.С.Аухадиева, Т.Г.Белоусова)</p><p><br></p><p><a href=»https://bilimland.kz/ru/subject/ximiya/8-klass/tipy-kristallicheskix-reshetok?mid=0048f6c4-9d5a-11e9-be78-49d30a05e051″ target=»_blank»>https://bilimland.kz/ru/subject/ximiya/8-klass/tipy-kristallicheskix-reshetok?mid=0048f6c4-9d5a-11e9-be78-49d30a05e051</a>&nbsp;(самопроверка)&nbsp;&nbsp;</p><p><br></p>

Что такое кристаллическая решетка.

Типы кристаллических решеток различных веществ

Строение вещества.

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества.
Наша задача познакомиться со строением вещества.

При низких температурах для веществ устойчиво твёрдое состояние.

☼ Самым твёрдым веществом в природе является алмаз. Он считается царём всех самоцветов и драгоценных камней. Да и само его название означает по-гречески «несокрушимый». На алмазы с давних пор смотрели как на чудодейственные камни. Считалось, что человек, носящий алмазы, не знает болезней желудка, на него не действует яд, он сохраняет до глубокой старости память и весёлое расположение духа, пользуется царской милостью.

☼ Алмаз, подвергнутый ювелирной обработке – огранке, шлифовке, называют бриллиантом.

При плавлении в результате тепловых колебаний порядок частиц нарушается, они становятся подвижными, при этом характер химической связи не нарушается. Таким образом, между твёрдым и жидким состояниями принципиальных различий нет.
У жидкости появляется текучесть (т. е. способность принимать форму сосуда).

Жидкие кристаллы.

Жидкие кристаллы открыты в конце XIX века, но изучены в последние 20-25 лет. Многие показывающие устройства современной техники, например некоторые электронные часы, мини-ЭВМ, работают на жидких кристаллах.

В общем-то слова «жидкие кристаллы» звучат не менее необычно, чем «горячий лёд» . Однако на самом деле и лёд может быть горячим, т.к. при давлении более 10000 атм. водяной лёд плавится при температуре выше 2000 С. Необычность сочетания «жидкие кристаллы» состоит в том, что жидкое состояние указывает на подвижность структуры, а кристалл предполагает строгую упорядоченность.

Если вещество состоит из многоатомных молекул вытянутой или пластинчатой формы и имеющих несимметричное строение, то при его плавлении эти молекулы ориентируются определённым образом друг относительно друга (их длинные оси располагаются параллельно). При этом молекулы могут свободно перемещаться параллельно самим себе, т. е. система приобретает свойство текучести, характерное для жидкости. В то же время система сохраняет упорядоченную структуру, обусловливающую свойства, характерное для кристаллов.

Высокая подвижность такой структуры даёт возможность управлять ею путём очень слабых воздействий (тепловых, электрических и др.), т.е. целенаправленно изменять свойства вещества, в том числе оптические, с очень малыми затратами энергии, что и используется в современной технике.

Типы кристаллических решёток.

Любое химическое вещество образованно большим числом одинаковых частиц, которые связаны между собою.
При низких температурах, когда тепловое движение затруднено, частицы строго ориентируются в пространстве и образуют кристаллическую решётку.

Кристаллическая решетка – это структура с геометрически правильным расположением частиц в пространстве.

В самой кристаллической решетке различают узлы и межузловое пространство.
Одно и то же вещество в зависимости от условий (p, t,…) существует в различных кристаллических формах (т. е. имеют разные кристаллические решетки) – аллотропных модификациях, которые отличаются по свойствам.
Например, известно четыре модификации углерода – графит, алмаз, карбин и лонсдейлит.

☼ Четвёртая разновидность кристаллического углерода «лонсдейлит» мало кому известна. Он обнаружен в метеоритах и получен искусственно, а строение его ещё изучается.

☼ Сажу, кокс, древесный уголь относили к аморфным полимерам углерода. Однако теперь стало известно, что это тоже кристаллические вещества.

☼ Кстати, в саже обнаружили блестящие чёрные частицы, которые назвали «зеркальным углеродом». Зеркальный углерод химически инертен, термостоек, непроницаем для газов и жидкостей, обладает гладкой поверхностью и абсолютной совместимостью с живыми тканями.

☼ Название графита происходит от итальянского «граффитто» — пишу, рисую. Графит представляет собой тёмно – серые кристаллы со слабым металлическим блеском, имеет слоистую решётку. Отдельные слои атомов в кристалле графита, связанные между собой сравнительно слабо, легко отделяются друг от друга.

ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЁТОК

Свойства веществ с различной кристаллической решёткой (таблица)

Если скорость роста кристаллов мала при охлаждении – образуется стеклообразное состояние (аморфное).

Взаимосвязь между положением элемента в Периодической системе и кристаллической решёткой его простого вещества.

Между положением элемента в периодической системе и кристаллической решёткой его соответствующего простого вещества существует тесная взаимосвязь.

Простые вещества остальных элементов имеют металлическую кристаллическую решётку.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ

Изучите материал лекции, ответьте на следующие вопросы письменно в тетради:
— Что такое кристаллическая решётка?
— Какие виды кристаллических решёток существуют?
— Охарактеризуйте каждый вид кристаллической решётки по плану:

Что в узлах кристаллической решётки, структурная единица → Тип химической связи между частицами узла → Силы взаимодействия между частицами кристалла → Физические свойства, обусловленные кристаллической решёткой → Агрегатное состояние вещества при обычных условиях → Примеры

Выполните задания по данной теме:

— Какой тип кристаллической решётки у следующих широко используемых в быту веществ: вода, уксусная кислота (Ch4 COOH), сахар (C12 h32 O11 ), калийное удобрение (KCl), речной песок (SiO2 ) – температура плавления 1710 0C, аммиак (Nh4 ), поваренная соль? Сделайте обобщённый вывод: по каким свойствам вещества можно определить тип его кристаллической решётки?
По формулам приведённых веществ: SiC, CS2 , NaBr, C2 h3 — определите тип кристаллической решётки (ионная, молекулярная) каждого соединения и на основе этого опишите физические свойства каждого из четырёх веществ.
Тренажёр №1. «Кристаллические решётки»
Тренажёр №2. «Тестовые задания»
Тест (самоконтроль):

1) Вещества, имеющие молекулярную кристаллическую решётку, как правило:
a). тугоплавки и хорошо растворимы в воде
б). легкоплавки и летучи
в). Тверды и электропроводны
г). Теплопроводны и пластичны

2) Понятия «молекула» не применимо по отношению к структурной единице вещества:

б). кислород

в). алмаз

3) Атомная кристаллическая решётка характерна для:

a). алюминия и графита

б). серы и йода

в). оксида кремния и хлорида натрия

г). алмаза и бора

4) Если вещество хорошо растворимо в воде, имеет высокую температуру плавления, электропроводно, то его кристаллическая решётка:

А). молекулярная

б). атомная

в). ионная

г). металлическая

Образование молекул из атомов приводит к выигрышу энергии, так как в обычных условиях молекулярное состояние устойчивее, чем атомное.

Чтобы рассматривать данную тему необходимо знать:

Электроотрицательность — это способность атома смещать к себе общую электронную пару. (Самый электроотрицательный элемент — фтор.)

Кристаллическая решетка — трехмерное упорядоченное расположение частиц.

Различают три основных типа химических связей: ковалентную, ионную и металлическую.

Металлическая связь характерна для металлов, которые содержат небольшое количество электронов на внешнем энергетическом уровне (1 или 2, реже 3). Эти электроны легко теряют связь с ядром и свободно перемещаются по всему куску металла, образуя «электронное облако» и обеспечивая связь с положительно заряженными ионами, образовавшимися после отрыва электронов. Кристаллическая решетка — металлическая. Это обуславливает физические свойства металлов: высокую тепло- и электропроводность, ковкость и пластичность, металлический блеск.

Ковалентная связь образуется за счет общей электронной пары атомов неметаллов, при этом каждый из них достигает устойчивой конфигурации атома инертного элемента.

Если связь образуют атомы с одинаковой электроотрицательностью, то есть разница электроотрицательности двух атомов равна нулю, электронная пара располагается симметрично между двумя атомами и связь называется ковалентной неполярной.

Если связь образуют атомы с разной электроотрицательностью, причем разница в электроотрицательности двух атомов лежит в интервале от нуля примерно до двух (чаще всего это разные неметаллы), то общая электронная пара смещается к более электроотрицательному элементу. На нем возникает частично отрицательный заряд (отрицательный полюс молекулы), а на другом атоме — частично положительный заряд (положительный полюс молекулы). Такая связь называется ковалентной полярной.

Если связь образуют атомы с разной электроотрицательностью, причем разница в электроотрицательности двух атомов больше двух (чаще всего это неметалл и металл), то считают, что электрон полностью переходит к атому неметалла. В результате этот атом становится отрицательно заряженным ионом. Атом, отдавший электрон, — положительно заряженным ионом. Связь между ионами называется ионной связью.

Соединения с ковалентной связью имеют два типа кристаллических решеток: атомные и молекулярные.

В атомной кристаллической решетке в узлах находятся атомы, соединенные прочной ковалентной связью. Вещества с такой кристаллической решеткой имеют высокие температуры плавления, прочны и тверды, практически нерастворимы в жидкостях. например, алмаз, твердый бор, кремний, германий и соединения некоторых элементов с углеродом и кремнием.

В молекулярной кристаллической решетке в узлах находятся молекулы, соединенные слабым межмолекулярным взаимодействием. Вещества с такой решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде, из растворы практически не проводят электрический ток. Например, лед, твердый оксид углерода (IV) твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно-(благородные газы), двух- (F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , H 2 , O 2 , N 2), трех-(О 3), четырех- (Р 4), восьми- (S 8) атомными молекулами. Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.

Соединения с ионной связью имеют ионную кристаллическую решетку, в узлах которой чередуются положительно и отрицательно заряженные ионы. Вещества с ионной решеткой тугоплавки и малолетучи, имеют сравнительно высокую твердость, но хрупки. Расплавы и водные растворы солей и щелочей проводят электрический ток.

Примеры заданий

1. В какой молекуле ковалентная связь «элемент — кислород» наиболее полярна?

1) SO 2 2) NO 3) Cl 2 O 4) H 2 O

Решение:

Полярность связи определяется разностью электроотрицательности двух атомов (в данном случае элемента и кислорода). Сера, азот и хлор находятся рядом с кислородом, следовательно их электроотрицательности отличаются незначительно. И только водород находится на отдалении от кислорода, значит разница в электроотрицательности будет большая, и связь будет наиболее полярна.

Ответ: 4)

2. Водородные связи образуются между молекулами

1) метанола 2) метаналь 3) ацетилена 4) метилформиата

Решение:

В составе ацетилена вообще нет сильноэлектроотрицательных элементов. Метаналь Н 2 СО и метилформиат НСООСН 3 не содержат водорода, соединенного с сильноэлектроотрицательным элементом. Водород в них соединен с углеродом. А вот в метаноле СН 3 ОН между атомом водорода одной гидроксогруппы и атомом кислорода другой молекулы возможно образование водородной связи.

Ответ: 1)

Как мы уже знаем, вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном , твердом и жидком . Кислород, который при обычных условиях находится в газообразном состоянии, при температуре -194° С преобразуется в жидкость голубоватого цвета, а при температуре -218,8° С превращается в снегообразную массу с кристаллами синего цвета.

Температурный интервал существования вещества в твердом состоянии определяется температурами кипения и плавления. Твердые вещества бывают кристаллическими и аморфными .

У аморфных веществ нет фиксированной температуры плавления – при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В таком состоянии, например, находятся различные смолы, пластилин.

Кристаллические вещества отличаются закономерным расположением частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов, – в строго определенных точках пространства. Когда эти точки соединяются прямыми линиями, создается пространственный каркас, его называют кристаллической решеткой. Точки, в которых находятся частицы кристалла, называют узлами решетки.

В узлах воображаемой нами решетки могут находиться ионы, атомы и молекулы. Эти частицы совершают колебательные движения. Когда температура увеличивается, размах этих колебаний тоже возрастает, что приводит к тепловому расширению тел.

В зависимости от разновидности частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные , атомные , молекулярные и металлические .

Ионными называют такие кристаллические решетки, в узлах которых расположены ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na+, Cl- , так и сложные SO24-, OH-. Таким образом, ионные кристаллические решетки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксилы металлов, т.е. те вещества, в которых существует ионная химическая связь. Рассмотрим кристалл хлорида натрия, он состоит из положительно чередующихся ионов Na+ и отрицательных CL-, вместе они образуют решетку в виде куба. Связи между ионами в таком кристалле чрезвычайно устойчивы. Из-за этого вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой прочностью и твердостью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомными кристаллическими решетками называют такие кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В подобных решетках атомы соединяются между собой очень крепкими ковалентными связями. К примеру, алмаз – одно из аллотропных видоизменений углерода.

Вещества с атомной кристаллической решеткой не сильно распространены в природе. К ним относятся кристаллический бор, кремний и германий, а также сложные вещества, например такие, в составе которых есть оксид кремния (IV) – SiO 2: кремнезем, кварц, песок, горный хрусталь.

Подавляющее большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (у алмаза она превышает 3500° С), такие вещества прочны и тверды, практически не растворимы.

Молекулярными называют такие кристаллические решетки, в узлах которых расположены молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть также, как полярными (HCl, H 2 0), так и неполярными (N 2 , O 3). И хотя атомы внутри молекукл связаны очень крепкими ковалентными связями, между самими молекулами действует слабые силы межмолекулярного притяжения. Именно поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками характеризуются малой твердостью, низкой температурой плавления, летучестью.

Примерами таких веществ могут послужить твердая вода – лед, твердый оксид углерода (IV) – «сухой лед», твердые хлороводород и сероводород, твердые простые вещества, образованные одно – (благородные газы), двух – (H 2 , O 2 , CL 2 , N 2 , I 2), трех – (O 3), четырех – (P 4), восьмиатомными (S 8) молекулами. Подавляющее большинство твердых органических соединений обладают молекулярными кристаллическими решетками (нафталин, глюкоза, сахар).

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Строение вещества определяется не только взаимным расположением атомов в химических частицах, но и расположением этих химических частиц в пространстве. Наиболее упорядочено размещение атомов, молекул и ионов в кристаллах, где химические частицы расположены в определенном порядке, образуя в пространстве кристаллическую решетку .

В зависимости от того, из каких частицы построена кристаллическая решетка и каков характер химической связи между ними, выделяют различные типы кристаллических решеток:

· Атомная

· Молекулярная

· Металлическая

· Ионная

Ионные кристаллические решетки образованы ионами — катионами и анионами. В узлах ионной решетки располагаются ИОНЫ – катионы и анионы, между которыми существует ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ притяжение.

Это достаточно прочный тип решетки.

‼ Характеристики веществ с ионной кристаллической решеткой:

· высокие температуры плавления(тугоплавкость) –ионные соединения всегда твёрдые при обычных условиях;

· растворимость в воде большинства ионных соединений;

· растворы и расплавы проводят электрический ток.

У каких веществ ИОННАЯ решетка?

‼ Ионная решетка характерна для веществ с ИОННЫМ ТИПОМ связи (соли, основания, оксиды металлов, другие соединения, содержащие металл и неметалл).

Атомные кристаллические решетки состоят из отдельных атомов, соединённых прочными ковалентными связями .

Кристалл графита

‼ Характеристики веществ с атомной кристаллической решеткой:

· атомные кристаллы очень прочные и твердые

· плохо проводят теплоту и электричество.

· плавятся при высоких температурах.

· нерастворимы в каких-либо растворителях.

· низкая реакционная способность.

У каких веществ АТОМНАЯ решетка?

‼ Вещества с атомной кристаллической решеткой:

1) простые вещества – бор, кремний, углерод (алмаз и графит).

2) оксид кремния (кремнезем), карбид кремния (карборунд), а также карбид и нитрид бора.

Молекулярные кристаллические решетки состоят из отдельных молекул , внутри которых атомы соединены ковалентными связями. Между молекулами действуют более слабые межмолекулярные (Ван-дер-Ваальсовы) силы. Это очень слабый вид взаимодействия.

Молекула йода.

‼ Характеристики веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

· вещества бывают газообразными, жидкими и твёрдыми

· низкие температуры плавления

· малая прочность решетки

· высокая летучесть веществ

· не обладают электрической проводимостью

· их растворы и расплавы также не проводят электрический ток.

У каких веществ МОЛЕКУЛЯРНАЯ решетка?

‼ Вещества с молекулярной решеткой:

· простые двухатомные вещества-неметаллы

· соединения неметаллов (кроме оксидов и карбидов бора и кремния)

· все органические соединения, кроме солей.

Металлическая кристаллическая решетка характерна для простых веществ-металлов. В ней имеет место металлическая связь между атомами. В узлах решетки – катионы металлов; между ними движутся обобществлённые электроны («электронный газ»), которые удерживают катионы металла, притягивая их к себе. Связь в таких кристаллах является делокализованной и распространяется на весь кристалл.

В металлических кристаллах ядра атомов расположены таким образом, чтобы их упаковка была как можно более плотной.

‼ Характеристики веществ с металлической кристаллической решеткой:

· металлический блеск и непрозрачность

· ковкость и пластичность

Кристалл — это тело, частицы которого (атомы, ионы, молекулы) располагаются не в хаотичном, а в строго определенном порядке. Этот порядок периодически повторяется, образуя как бы воображаемую «решетку». Принято считать, что существует четыре типа кристаллических решеток: металлические, ионные, атомные и молекулярные. А как можно определить, какой тип кристаллической решетки имеет то или иное вещество?

Инструкция

Как легко можно догадаться из самого называния, металлический тип решетки встречается у металлов. Эти вещества характеризуются, как правило, высокой температурой плавления, металлическим блеском, твердостью, являются хорошими проводниками электрического тока. Запомните, что в узлах решеток такого типа находятся или нейтральные атомы или положительно заряженные ионы. В промежутках между узлами – электроны, миграция которых и обеспечивает высокую электропроводимость подобных веществ.

Ионный тип кристаллической решетки. Следует запомнить, что он присущ оксидам и солям. Характерный пример – кристаллы всем известной поваренной соли, хлорида натрия. В узлах таких решеток попеременно чередуются положительно и отрицательно заряженные ионы. Такие вещества, как правило, тугоплавки, с малой летучестью. Как легко догадаться, они имеют ионный тип химической связи.

Атомный тип кристаллической решетки присущ простым веществам – неметаллам, которые при нормальных условиях представляют собою твердые тела. Например, сере, фосфору, углероду. В узлах таких решеток находятся нейтральные атомы, связанные друг с другом ковалентной химической связью. Таким веществам свойственна тугоплавкость, нерастворимость в воде. Некоторым (например, углероду в виде алмаза) – исключительно высокая твердость.

Наконец, последний тип решетки — молекулярный. Он встречается у веществ, находящихся при нормальных условиях в жидком или газообразном виде. Как опять-таки легко можно понять из названия, в узлах таких решеток – молекулы. Они могут быть как неполярного вида (у простых газов типа Cl2, О2), так и полярного вида (самый известный пример – вода h3O). Вещества с таким типом решетки не проводят ток, летучи, имеют низкие температуры плавления.

Таким образом, чтобы с уверенностью определить, какой тип кристаллической решетки имеет то или иное вещество, вам следует разобраться, к какому классу веществ оно относится и какие физико-химические свойства имеет.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Все интересное

Алмаз — это минерал, относящийся к одной из аллотропных модификаций углерода. Отличительной чертой его является высокая твердость, которая по праву приносит ему звание самого твердого вещества. Алмаз достаточно редкий минерал, но вместе с этим и…

Атом — это мельчайшая стабильная (в большинстве случаев) частица вещества. Молекулой же называют несколько атомов, связанных между собой. Именно молекулы хранят в себе информацию о всех свойствах определенного вещества. Атомы образуют молекулу при…

Кислород — газ без цвета и запаха, который входит в состав воздуха. Он необходим для дыхания и горения и является одним их самых распространенных элементов на Земле. Инструкция 1Кислород — это химический элемент 7А группы периодической системы…

Агрегатное состояние вещества зависит от физический условий, в которых оно находится. Наличие у веществ нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении их молекул в разных условиях. Инструкция 1Вещество может находиться в…

В кристаллах химические частицы (молекулы, атомы и ионы) расположены в определенном порядке, в некоторых условиях они образуют правильные симметричные многогранники. Выделяют четыре типа кристаллических решеток — ионные, атомные, молекулярные и…

Под термином «электролитическая диссоциация» понимают процесс распада вещества, проводящего электрический ток, на ионы. Этот процесс может проходить как в растворах, так и в расплавах вещества. Диссоциации подвергаются кислоты,…

Известно, что более нагретые тела хуже проводят электрический ток, чем охлажденные. Причина этому – так называемое термическое сопротивление металлов. Что такое термическое сопротивлениеТермическое сопротивление – это сопротивление проводника…

Ионная связь – это одна из разновидностей химической связи, возникающая между разноименно заряженными ионами электроположительных и электроотрицательных элементов. Ионы же, как известно, — это частицы, несущие положительный или отрицательный заряд,…

В природе есть два вида твердых тел, которые заметно различаются своими свойствами. Это аморфные и кристаллические тела. И аморфные тела не имеют точной температуры плавления, они во время нагревания постепенно размягчаются, а затем переходят в…

Часто в электротехнической литературе встречается понятие «удельное электрическое сопротивление меди». И невольно задаешься вопросом, а что же это такое? Понятие «сопротивление» для любого проводника непрерывно связано с пониманием…

Атомно-молекулярное строение вещества стало активно изучаться Ломоносовым. Русский ученый впервые применил в химии теорию, сущность которой сводилась к определенным положениям. Все вещества включают в свой состав «корпускулы». Этим термином…

Виды химических связей и типы кристаллических решеток

1. Тема урока:

Виды химических
связей и типы
кристаллических
решеток
• 1)Обобщить сведения о различных видах
химических связей и типах кристаллических
решеток.
• 2)Повторить схемы образования веществ с
разными видами связей.
• 3)Продолжить формирование умения записывать
их на примерах.
• 4)Сравнить разные виды химических связей.
• 5)Выявить зависимость свойств веществ от типов
кристаллических решеток.
Благородные газы-элементы 8 гр.главной
подгруппы.
He,
1s2
Ne, Ar, Kr, Xe, Rn –одноатомны
ns2 np 6
внешний электронный слой завершенный
устойчивый
2p6
Например
Ne+10
+10 ))
2 8
2s2
1s2
Химическая связь – это такое взаимодействие атомов,которое связывает их в молекулы,ионы,радикалы,кристаллы.
ИОННАЯ
КОВАЛЕНТНАЯ
(ПОЛЯРНАЯ И НЕПОЛЯРНАЯ)
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ
ВОДОРОДНАЯ
Ионная связь– это связь, образующаяся за счет
электростатического притяжения катионов к
анионам(элементы значительно отличаются по
электроотрицательности).
Металл0+неметалл0= Металлn+неметаллnэлектроны
—
+
Na + Cl
1е
Na Cl
катион
анион
CuSO4
Задание 1
Из списка веществ выберите вещества с
ионной связью: Ag, NaOH, O2, Nh4, HI, Br2,
CuSO4,Cu, N2, K3N, CO2, Ca.
Задание 2. «Крестики-нолики».Покажите
выигрышный путь веществ с ионной связью.
Nh4
CaS
MgCl 2
h3O
KCl
O2
Na2O
SO2
BaF2

7. Ответ:

ОТВЕТ:
Nh4
CaS
MgCl2
h3O
KCl
O2
Na2O
SO2
BaF2

8. КОВАЛЕНТНАЯ НЕПОЛЯРНАЯ СВЯЗЬ

• Ковалентная неполярная связь- это связь,
которая образуется за счет общих
электронных пар между атомами двух
одинаковых неметаллов (не отличающихся
по электроотрицательности)
• Неметалл + неметалл=неметалл **неметалл
*
*
электроны
F + F
общая электронная пара
F F
F-F
F2
Задание 3
Из списка веществ выберите вещества с
ковалентной неполярной связью: Ag, NaOH, O2,
Nh4, HI, Br2, CuSO4,Cu, N2, K3N, CO2, Ca.
Задание 4. «Крестики-нолики».Покажите выигрышный
путь веществ с ковалентной неполярной связью.
Ca
h3
h3O
CaO
O2
HBr
CaCl2
N2
Nh4

10.

Ответ: Ca
h3
h3 O
CaO
O2
HBr
CaCl2
N2
Nh4
• Ковалентная полярная связь-это связь,которая
образуется двумя разными неметаллами за
счет образования общих электронных пар(по
электроотрицательности отличаются
незначительно)
• Неметалл + неметалл = неметалл ** неметалл
*
*
электроны
H + Cl
общая электронная пара
H Cl
б
H Cl
H -Cl
б
Задание 5
Из списка веществ выберите вещества с ковалентной
полярной связью:Ag, NaOH ,O2, Nh4, HI, Br2, CuSO4, Cu,
N2, K3N, CO2, Cа.
..
Задание 6. «Крестики-нолики».Покажите выигрышный
путь веществ с ковалентной полярной связью.
Br2
CaBr2
Cl2
K2O
N2
C 2H 2
H 2O
HCl
NaF

13. Ответ:

NaF
Br2
CaBr2
Cl2
K2O
N2
C 2H 2
H 2O
HCl
• Металлическая связь- это связь в металлах и
сплавах,которая осуществляется совокупностью
валентных электронов между атом-ионами
металлов.
• Металл0
• Al0
3e
Металлn+
ne
Al3+

15. Водородная связь

• Водородная связь- это химическая
связь,возникающая между атомами водорода
одной молекулы(или ее части)и атомами наиболее
электроотрицательных
элементов(фтор,кислород,азот)другой
молекулы(или ее части).
Бывает двух видов:
1)Межмолекулярная(например,вода,аммиак,спирты)
б
б
б
б
…Н — О: …Н – О: …
б
б
Н
Н
водородная
связь

16. Водородная связь

2)Внутримолекулярная
C Oб… H б
в молекуле ДНК
N
Водородные связи
во вторичной структуре белка

17. Типы кристаллических решеток

• Кристаллическая решетка- это трехмерный план
расположения частиц в пространстве,получаемый
путем соединения частиц(молекул,ионов,атомов).
МОЛЕКУЛЯРНАЯ
ИОННАЯ
Типы кристаллических
решеток
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ
АТОМНАЯ

18. Типы кристаллических решеток

Ионная (например,К2СО3,
Металлическая
(например
Cu ,Na,дюралюминий ,бронза)
NaOH,СаО,Nh5Cl).
+
+
+
Атом –ионы(временно)
+
Нейральные атомы
Свободные электроны
(элктронный газ)
+
Модель
кристаллической решетки NaCl.
Кристаллы
NaCl(поваренной соли.
+
Модель
кристаллической
решетки
меди.
Медная
проволка

19. Типы кристаллических решеток

• Молекулярная(например,
О2 ,Н 2О ,S,глюкоза)
Атомная(С,Si,Al2O3,SiO2)
Модель
кристаллической
решетки
йода.
Кристаллы йода
Алмаз
Графит
Задание 7: Загадки.Отгадайте,о каких кристаллических
решетках(к.р.) идет речь?
1)И прочностью своей они свой гордыНо только если рядом нет воды.
2)Особи «газа» содержат немало
кристаллы и слитки любого металла.
3)Их толочь не надо в ступкеТак кристаллы эти хрупки.
Чуть-чуть нагреваются,
И тотчас испаряются.
4)Был металл щелочной,
Подружился он с газом.
Родилось вещество столь приятное глазу,
А без него никогда не будет вкусной еда.
5)Я на бумаге оставляю след,
Конечно очень жирный след.
И рисовать вам помогаю
Уже я много-много лет.
Не прочен я,не как гранит,а называюсь я…

21. Сравнение различных видов химических связей

• Сходство:1)физическая природа всех видов связей –
электронно- ядерное взаимодействие,сопровожда• ющееся выделением энергии.
• 2)Ионная связь – крайний случай ковалентной полярной
связи.
• 3)Металлическая связь совмещает в себе ковалент• ную связь — есть обобществленные электроны и ионную
связь – взаимопритяжение обобществленных электронов и
ионов-атомов.
• Различие:способ образования(передача электронов,
• образование общих электронных пар,переход элек• тронов в свободное пространство).

22. Выводы:

1)Атомы образуют химические связи,чтобы приобрести
устойчивую 8 электронную конфигурацию внешнего
энергетического уровня.
2)В образовании связей участвуют внешние (валентные) электроны.
3)Физическая природа химических связей – электронно-ядерное взаимодействие.
4)Химические связи различаются способом образования.
5)Свойства веществ зависят от типа кристаллической решетки и вида химичской связи.

Тип кристаллической решетки песка. Строение веществ

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Это вещества, состоящие из молекул. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (С, Si, Li, Na, К, Си, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы.

Немолекулярное строение веществ

К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K 2 S0 4), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, КОН). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

Твердые вещества: кристаллические и аморфные

Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов — в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой . Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки .

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними, различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические .

Ионные кристаллические решетки

Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na + , Сl — , так и сложные S0 4 2- , ОН — . Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия построен из чередующихся положительных ионов Na + и отрицательных Сl — , образующих решетку в форме куба.

Ионная кристаллическая решетка поваренной соли

Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомные кристаллические решетки

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода.

Атомная кристаллическая решетка алмаза

Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

Молекулярные кристаллические решетки

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы.

Молекулярная кристаллическая решетка йода

Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными (НСl, Н 2 O), и неполярными (N 2 , О 2). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).

Металлические кристаллические решетки

Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки.

В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.

Молекулярное строение имеет

1) оксид кремния(IV)

2) нитрат бария

3) хлорид натрия

4) оксид углерода(II)

Пояснение.

Под строением вещества понимают, из каких частиц молекул, ионов, атомов построена его кристаллическая решетка. Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Оксид кремния (IV) — связи ковалентные, вещество твердое, тугоплавкое, кристаллическая решетка атомная. Нитрат бария и хлорид натрия вещества с ионными связями — кристаллическая решетка ионная. Оксид углерода (II) это газ в молекуле ковалентные связи, значит, это правильный ответ, кристаллическая решетка молекулярная.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2012 по химии.

В твер­дом виде мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеет

1) оксид кремния(IV)

2) хло­рид кальция

3) суль­фат меди (II)

Пояснение.

Под стро­е­ни­ем ве­ще­ства понимают, из каких ча­стиц молекул, ионов, ато­мов по­стро­е­на его кри­стал­ли­че­ская решетка. Не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми связями, могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские решетки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу вхо­дят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле не­об­хо­ди­мо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки. Оксид крем­ния (IV) — связи ковалентные, ве­ще­ство твердое, тугоплавкое, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка атомная. Хло­рид каль­ция и суль­фат меди — ве­ще­ства с ион­ны­ми свя­зя­ми — кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка ионная. В мо­ле­ку­ле йода ко­ва­лент­ные связи, и он легко возгоняется, зна­чит это пра­виль­ный ответ, кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка молекулярная.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2013 по химии.

1) оксид углерода(II)

3) бро­мид магния

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 1.

Ионную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

2) оксид углерода(II)

4) бромид магния

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кристаллической ре­шет­кой имеет более низ­кие температуры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле необходимо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки.

Ионную кри­стал­ли­че­скую решетку имеет бро­мид магния.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 2.

Сульфат натрия имеет кристаллическую решётку

1) металлическую

3) молекулярную

4) атомную

Пояснение.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Сульфат натрия — это соль, имеющая ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 3.

Немолекулярное стро­е­ние имеет каж­дое из двух веществ:

1) азот и алмаз

2) калий и медь

3) вода и гид­рок­сид натрия

4) хлор и бром

Пояснение.

Немолекулярное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми связями. Вещества, в мо­ле­ку­лах которых атомы со­еди­не­ны ковалентными свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кристаллические решетки. Атом­ные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (карборунд), BN, крас­ный и чёрный фосфор. В эту груп­пу входят вещества, как правило, твер­дые и ту­го­плав­кие вещества.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кристаллической ре­шет­кой имеет более низ­кие температуры кипения, чем все осталь­ные вещества. По фор­му­ле необходимо опре­де­лить тип связи в веществе, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской решетки.

Из при­ве­ден­ных веществ толь­ко алмаз, калий, медь и гидроксид натрия имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное строение.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Дальний Восток. Вариант 4.

Веществом с ионным типом кристаллической решётки является

3) уксусная кислота

4) сульфат натрия

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Ионную кристаллическую решетку имеет сульфат натрия.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 1.

Металлическая кристаллическая решётка характерна для

2) белого фосфора

3) оксида алюминия

4) кальция

Пояснение.

Металлическая кристаллическая решетка характерна для металлов, например, кальция.

Ответ: 4

Источник: ЕГЭ по химии 10. 06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 1.

Максим Аврамчук 22.04.2015 16:53

Все металлы кроме ртути имеют металлическую кристаллическую решетку. Не подскажите какая кристаллическая решетка у ртути и амальгамы?

Александр Иванов

Ртуть в твердом состоянии тоже имеет металлическую кристаллическую решетку

·

2) оксид кальция

4) алюминий

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Ионную кристаллическую решетку имеет оксид кальция.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 2.

Молекулярную кристаллическую решётку в твёрдом состоянии имеет

1) иодид натрия

2) оксид серы(IV)

3) оксид натрия

4) хлорид железа(III)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Среди приведенных веществ все кроме оксида серы(IV) имеют ионную кристаллическую решетку, а он — молекулярную.

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 4.

Ионную кристаллическую решётку имеет

3) гидрид натрия

4) оксид азота(II)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Гидрид натрия имеет ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 5.

Для ве­ществ с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской решёткой ха­рак­тер­ным свой­ством является

1) тугоплавкость

2) низкая тем­пе­ра­ту­ра кипения

3) высокая тем­пе­ра­ту­ра плавления

4) электропроводность

Пояснение.

Вещества с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры кипения, чем все осталь­ные вещества. Ответ: 2

Ответ: 2

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 1.

Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерным свойством является

1) тугоплавкость

2) высокая температура кипения

3) низкая температура плавления

4) электропроводность

Пояснение.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры плавления и кипения, чем все остальные вещества.

Ответ: 3

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 2.

Молекулярное строение имеет

1) хлороводород

2) сульфид калия

3) оксид бария

4) оксид кальция

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Из приведенных веществ все имеют ионную кристаллическую решетку кроме хлороводорода.

Ответ: 1

Источник: ЕГЭ по химии 10.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 5.

Mолекулярное строение имеет

1) оксид кремния(IV)

2) нитрат бария

3) хлорид натрия

4) оксид углерода(II)

Пояснение.

Немолекулярное строение имеют вещества с ионными и металлическими связями. Вещества, в молекулах которых атомы соединены ковалентными связями могут иметь молекулярные и атомные кристаллические решетки. Атомные кристаллические решетки: С (алмаз, графит), Si, Ge, B, SiO2 , CaC2 , SiC (карборунд), BN, Fe3 C, TaC, красный и чёрный фосфор. В эту группу входят вещества, как правило, твердые и тугоплавкие вещества.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеет более низкие температуры кипения, чем все остальные вещества. По формуле необходимо определить тип связи в веществе, а затем определить тип кристаллической решетки.

Среди приведенных веществ молекулярное строение имеет угарный газ.

Ответ: 4

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ-2014 по химии.

Веществом мо­ле­ку­ляр­но­го стро­е­ния является

1) хло­рид аммония

2) хло­рид цезия

3) хло­рид железа(III)

4) хлороводород

Пояснение.

Под стро­е­ни­ем ве­ще­ства по­ни­ма­ют, из каких ча­стиц мо­ле­кул, ионов, ато­мов по­стро­е­на его кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка. Не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние имеют ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми. Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. В эту груп­пу вхо­дят ве­ще­ства, как пра­ви­ло, твер­дые и ту­го­плав­кие ве­ще­ства.

Ве­ще­ства с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеет более низ­кие тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, чем все осталь­ные ве­ще­ства. По фор­му­ле не­об­хо­ди­мо опре­де­лить тип связи в ве­ще­стве, а затем опре­де­лить тип кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки.

1) хло­рид аммония — ионное строение

2) хло­рид цезия — ионное строение

3) хло­рид железа(III) — ионное строение

4) хлороводород — молекулярное строение

Ответ: 4

Какое из со­еди­не­ний хлора имеет наи­боль­шую тем­пе­ра­ту­ру плавления?

Ответ: 3

Какое из со­еди­не­ний кис­ло­ро­да имеет наи­боль­шую тем­пе­ра­ту­ру плавления?

Ответ: 3

Александр Иванов

Нет. Это атомная кристаллическая решётка

Игорь Сраго 22.05.2016 14:37

Поскольку в рамках ЕГЭ учат, что связь между атомами металлов и неметаллов является ионной, постольку оксид алюминия должен образовывать ионный кристалл. А ве­ще­ства ионного стро­е­ния тоже (как и атомного) имеют тем­пе­ра­ту­ру плав­ле­ния выше, чем ве­ще­ства мо­ле­ку­ляр­но­го.

Антон Голышев

Вещества с атомной кристаллической решеткой лучше просто выучить.

·

Для ве­ществ с ме­тал­ли­че­ской кристаллической решёткой нехарактерна

1) хрупкость

2) пластичность

3) вы­со­кая электропроводность

4) вы­со­кая теплопроводность

Пояснение.

Для металлов характерна пластичность, вы­со­кая электро- и теплопроводность, а вот хрупкость для них нехарактерна.

Ответ: 1

Источник: ЕГЭ 05.05.2015. До­сроч­ная волна.

Пояснение.

Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. В эту груп­пу вхо­дят ве­ще­ства, как пра­ви­ло, твер­дые и ту­го­плав­кие ве­ще­ства.

Ответ: 1

Молекулярную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

Пояснение.

Ве­ще­ства с ион­ны­ми (BaSO 4) и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние.

Ве­ще­ства, атомы которых со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки.

Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO 2 , SiC (кар­бо­рунд), B 2 O 3 , Al 2 O 3 .

Вещества, газообразные при обычных условиях (O 2 , H 2 , NH 3 , H 2 S, CO 2), а также жидкие (H 2 O, H 2 SO 4) и твердые, но легкоплавкие (S, глюкоза), имеют молекулярное строение

Поэтому мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет — углекислый газ.

Ответ: 2

Атомную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет

1) хло­рид аммония

2) оксид цезия

3) оксид кремния(IV)

4) сера кристаллическая

Пояснение.

Ве­ще­ства с ион­ны­ми и ме­тал­ли­че­ски­ми свя­зя­ми имеют не­мо­ле­ку­ляр­ное стро­е­ние.

Ве­ще­ства, в мо­ле­ку­лах ко­то­рых атомы со­еди­не­ны ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми могут иметь мо­ле­ку­ляр­ные и атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки. Атом­ные кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки: С (алмаз, гра­фит), Si, Ge, B, SiO2, SiC (кар­бо­рунд), BN, Fe3C, TaC, крас­ный и чёрный фос­фор. Остальные относятся к веществам с молекулярной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой.

Поэтому атомную кри­стал­ли­че­скую решётку имеет оксид кремния(IV).

Ответ: 3

Твёрдое хруп­кое ве­ще­ство с вы­со­кой тем­пе­ра­ту­рой плавления, рас­твор ко­то­ро­го про­во­дит элек­три­че­ский ток, имеет кри­стал­ли­че­скую решётку

2) металлическую

3) атомную

4) молекулярную

Пояснение.

Такие свойства характерны для веществ с ионной кристаллической решеткой.

Ответ: 1

Какое со­еди­не­ние крем­ния имеет в твёрдом со­сто­я­нии мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую решётку?

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 0-100 o C является жидкостью, при температуре выше 100 о С способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0 о С 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 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 H 2 , O 2 , Cl 2 , ромбическая сера S 8 , белый фосфор P 4), 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 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 SiO 2 (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 (NH 4 +), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки

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.

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

Согласно атомно-молекулярной теории Бойля, все вещества состоят из молекул, которые находятся в постоянном движении. Но существует ли какая-то определённая структура в веществах? Или они просто состоят из хаотично движущихся молекул?

В действительности чёткую структуру имеют все вещества, пребывающие в твёрдом состоянии. Атомы и молекулы движутся, но силы притяжения и отталкивания между частицами сбалансированы, поэтому атомы и молекулы располагаются в определённой точке пространства (но продолжают совершать небольшие колебания, зависящие от температуры). Такие структуры называются кристаллическими решётками . Места, в которых находятся сами молекулы, ионы или атомы, называют узлами . А расстояния между узлами получили название – периоды идентичности . В зависимости от положения частиц в пространстве, различают несколько типов:

1. атомная;
2. ионная;
3. молекулярная;
4. металлическая.

В жидком и газообразном состоянии вещества не имеют чёткой решётки, их молекулы движутся хаотично, именно поэтому они не имеют формы. Например, кислород, находясь в газообразном состоянии, представляет собой бесцветный газ без запаха, в жидком (при -194 градусов) – раствор голубоватого цвета. Когда температура опускается до -219 градусов, кислород переходит в твёрдое состояние и приобретает кр. решётку, при этом он превращается в снегообразную массу синего цвета.

Интересно, что у аморфных веществ нет чёткой структуры, поэтому у них и нет строгой температуры плавления и кипения. Смола и пластилин при нагревании постепенно размягчаются и становятся жидкими, у них нет чёткой фазы перехода.

Атомная кристаллическая решётка

В узлах находятся атомы, о чём и говорит название. Эти вещества очень крепкие и прочные , так как между частицами образуется ковалентная связь. Соседние атомы образуют между собой общую пару электронов (а, точнее, их электронные облака наслаиваются друг на друга), и поэтому они очень хорошо связаны друг с другом. Самый наглядные пример – алмаз, который по шкале Мооса обладит наибольшей твёрдостью. Интересно, что алмаз, как и графит, состоит из углевода. Графит является очень хрупким веществом (твёрдость по шкале Мооса – 1), что является наглядным примером того, как много зависит от вида.

Атомная кр. решётка плохо распространена в природе, к ней относятся: кварц, бор, песок, кремний, оксид кремния (IV), германий, горный хрусталь. Для этих веществ характерна высокая температура плавления, прочность, а также эти соединения очень твёрдые и нерастворимые в воде. Из-за очень сильной связи между атомами, эти химические соединения почти не взаимодействуют с другими и очень плохо проводят ток.

Ионная кристаллическая решётка

В этом типе ионы располагаются в каждом узле. Соответственно, этот вид характерен для веществ с ионной связью, например: хлорид калия, сульфат кальция, хлорид меди, фосфат серебра, гидроксид меди и так далее. К веществам с такой схемой соединения частиц относятся ;

• соли;
• гидроксиды металлов;
• оксиды металлов.

Хлорид натрия имеет чередование положительных (Na +) и отрицательных (Cl —) ионов. Один ион хлора, находящийся в узле, притягивает к себе два иона натрия (благодаря электромагнитному полю), которые находятся в соседних узлах. Таким образом, образуется куб, в котором частицы связаны между собой.

Для ионной решётки характерна прочность, тугоплавкость, устойчивость, твёрдость и нелетучесть. Некоторые вещества могут проводить электрический ток.

Молекулярная кристаллическая решётка

В узлах этой структуры находятся молекулы, которые плотно упакованы между собой. Для таких веществ характерна ковалентная полярная и неполярная связь. Интересно, что независимо от ковалентной связи, между частицами образуете очень слабое притяжение (из-за слабых ван-дер-вальсовых сил). Именно поэтому такие вещества очень хрупкие, обладают низкой температурой кипения и плавления, а также они летучие. К таким веществам относятся: вода, органические вещества (сахар, нафталин), оксид углерода (IV), сероводород, благородные газы, двух– (водород, кислород, хлор, азот, йод), трёх- (озон), четырёх- (фосфор), восьмиатомные (сера) вещества и так далее.

Одна из отличительных черт — это то, что структурная и пространственная модель сохраняется во всех фазах (как в твёрдых, так в жидких и газообразных).

Металлическая кристаллическая решётка

Из-за наличия в узлах ионов, может показаться, что металлическая решетка похожа на ионную. На самом деле, это две совершенно разные модели, с разными свойствами.

Металлическая гораздо гибче и пластичнее ионной, для неё характерна прочность, высокая электро- и теплопроводность, эти вещества хорошо плавятся и отлично проводят электрический ток. Это объясняется тем, что в узлах находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы), которые могут перемещаться по всей структуре, тем самым обеспечивают течение электронов. Частицы хаотично движутся около своего узла (они не имеют достаточной энергии, чтобы выйти за пределы), но как только появляется электрическое поле, электроны образуют поток и устремляются из положительной в отрицательную область.

Металлическая кристаллическая решётка характерна для металлов, например: свинец, натрий, калий, кальций, серебро, железо, цинк, платина и так далее. Помимо прочего, она подразделяется ещё на несколько типов упаковок: гексагональная, объёмно центрированная (наименее плотная) и гранецентрированная. Первая упаковка характерна для цинка, кобальта, магния, вторая для бария, железа, натрия, третья для меди, алюминия и кальция.

Таким образом, от типа решётки зависят многие свойства, а также строение вещества. Зная тип, можно предсказать, к примеру, какой будет тугоплавкость или прочность объекта.

Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру , в которой частицы, из которых она «построена» находятся в определенном порядке, создавая тем самым кристаллическую решетку . Она строится из повторяющихся одинаковых структурных единиц — элементарных ячеек , которая связывается с соседними ячейками, образуя дополнительные узлы. В результате существует 14 различных кристаллических решеток.

Типы кристаллических решеток.

В зависимости от частиц, которые стоят в узлах решетки, различают:

• металлическую кристаллическую решетку;
• ионную кристаллическую решетку;
• молекулярную кристаллическую решетку;
• макромолекулярную (атомную) кристаллическую решетку.

Металлическая связь в кристаллических решетках.

Ионные кристаллы обладают повышенной хрупкостью, т.к. сдвиг в решетке кристалла (даже незначительный) приводит к тому, что одноименно заряженные ионы начинают отталкиваться друг от друга, и связи рвутся, образуются трещины и расколы.

Молекулярная связь кристаллических решеток.

Основная особенность межмолекулярной связи заключается в ее «слабости» (ван-дер-ваальсовые, водородные).

Это структура льда. Каждая молекула воды связана водородными связями с 4-мя окружающими ее молекулами, в результате структура имеет тетраэдрический характер.

Водородная связь объясняет высокую температуру кипения, плавления и малую плотность;

Макромолекулярная связь кристаллических решеток.

В узлах кристаллической решетки находятся атомы. Эти кристаллы разделяются на 3 вида:

• каркасные;
• цепочечные;
• слоистые структуры.

Каркасной структурой обладает алмаз — одно их самых твердых веществ в природе. Атом углерода образует 4 одинаковые ковалентные связи, что говорит о форме правильного тетраэдра (sp 3 — гибридизация). Каждый атом имеет неподеленную пару электронов, которые также могут связываться с соседними атомами. В результате чего образуется трехмерная решетка, в узлах которой только атомы углерода.

Энергии для разрушения такой структуры требуется очень много, температура плавления таких соединений высока (у алмаза она составляет 3500°С).

Слоистые структуры говорят о наличии ковалентных связях внутри каждого слоя и слабых ван-дер-ваальсовых — между слоями.

Рассмотрим пример: графит. Каждый атом углерода находится в sp 2 — гибридизации. 4-ый неспаренный электрон образует ван-дер-ваальсовую связь между слоями. Поэтому 4ый слой очень подвижен:

Связи слабые, поэтому их легко разорвать, что можно наблюдать у карандаша — «пишущее свойство» — 4ый слой остается на бумаге.

Графит — отличный проводник электрического тока (электроны способны перемещаться вдоль плоскости слоя).

Цепочечными структурами обладают оксиды (например, SO 3 ), который кристаллизуется в виде блестящих иголок, полимеры, некоторые аморфные вещества, силикаты (асбест).

12.1: Кристаллические решетки и элементарные ячейки

Элементарная ячейка

Существует 7 типов элементарных ячеек (рис. 12.1.а), определяемых длинами ребер (a,b,c) соответственно по осям x,y,z и углами \(\large\alpha\), \(\large \бета\) и \(\большой\гамма\). В этом классе мы сосредоточимся только на элементарной ячейке кубических единиц , и есть три типа кубических ячеек, с которыми вам необходимо ознакомиться, и они представлены на рисунке 12.1.b.

• \(\large\alpha\) = угол в плоскости yz
• \(\large\beta\) = угол в плоскости xz
• \(\large\gamma\) = угол в плоскости xy

Рисунок\(\PageIndex{1}\) : 7 типов элементарных ячеек.В этом классе мы рассмотрим только кубические системы и выделим 3 типа элементарных кубических ячеек (рис. 12.б)

Кубическая ячейка

Кубическая элементарная ячейка является наименьшей повторяющейся единицей, когда все углы равны 90 ^o и все длины равны (рис. 12.1.b), причем каждая ось определяется декартовой координатой (x,y,z). Каждая кубическая ячейка имеет 8 атомов в каждом углу куба, и этот атом является общим с 8 соседними ячейками. В объемно-центрированной кубической ячейке (BCC) есть дополнительный атом в центре куба, а в гранецентрированной кубической ячейке атом распределяется между двумя элементарными ячейками вдоль грани.Пожалуйста, посмотрите видео на YouTube, так как это может очень помочь.

Рисунок\(\PageIndex{2}\) : Три типа кубических элементарных ячеек, каждый из которых подробно описан ниже.

Видео\(\PageIndex{1}\) : «Решётчатая структура, часть 1», созданная Марком МакКлюром, рассказ Салли Валлабха из UN-Pembroke, https://youtu.be/Rm-i1c7zr6Q

Простая (примитивная) кубическая единичная ячейка

Рисунок\(\PageIndex{3}\) : Элементарная ячейка для примитивной кубической ячейки и диаграмма укладки для простой кубической укладки, к которой это приводит.

• 1 частица на элементарную ячейку
• координационный номер = 6
• 52% пространства занято частицами
• Простая кубическая укладка
  • по декартовым координатам
  • очень неэффективен и редко встречается в природе (радиоактивный \(\альфа\) полоний — единственный известный пример в STP, Википедия)

Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка

Рисунок\(\PageIndex{4}\) : Элементарная ячейка для объемно-центрированной кубической ячейки и гексагональной плотно упакованной структуры, к которой она приводит. Это имеет повторяющееся выравнивание ABABABAB, где все остальные слои выстраиваются в линию.

• 2 частицы на элементарную ячейку
• координационный номер = 8
• 68% пространства занято частицами
• Шестигранная закрытая набивка (HCP)
  • второй слой расположен в канавке первого, а третий — в канавке второго и на одной линии с первым (структура ABA)
  • Общий с металлами, включая все щелочные, Cr, V, Ba и Fe

Гранецентрированный куб

Рисунок\(\PageIndex{5}\) : Элементарная ячейка для гранецентрированной элементарной ячейки и диаграмма кубической плотно упакованной структуры, к которой она приводит.Обратите внимание, что у каждой строки есть соседи, сдвинутые от декартовой координаты их плана, и по мере продвижения вверх по решетке возникает наложение ABCABCABC, где каждый третий слой выравнивается. Это форма, в которой апельсины складываются в продуктовом магазине.

• 4 частицы на элементарную ячейку
• координационный номер = 12
• 74% пространства занято частицами
• Кубическая ближайшая структура упаковки
  • объясняется в видео 12.1.a на высоте 5 футов 26 дюймов
  • по декартовым координатам
  • очень неэффективен и редко встречается в природе

Определение атомных радиусов по плотности, молекулярной массе и кристаллической структуре

Стратегия заключается в использовании следующего для расчета объема элементарной ячейки, а затем длины каждой стороны.Как только это будет сделано, вы можете использовать упаковку и геометрию конструкции для расчета радиусов. Необходимая информация:

• плотность
• Молярная масса
• Номер Авогадро
• Число атомов на элементарную ячейку (1 для простых, 2 для объемно-центрированных и 4 для гранецентрированных)
• Теорема Пифагора (a ² + b ² = c ² )
• Объем куба (V=l ³ )

Вы также можете просмотреть префиксы SI (раздел 1B. 1.3.3 Общей химии 1), а не то, что 1 Å равно 10 ^-10 м

Итак, все они имеют одинаковую стратегию

1. Расчет объема элементарной ячейки (количество атомов в элементарной ячейке зависит от типа ячейки)
2. Рассчитать длину сторон элементарной ячейки (одинакова для всех)
3. Используйте упаковку для обозначения радиусов (разные для каждого типа)

A. Простая кубическая ячейка

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

A. Учитывая плотность полония = 9.32 г/мл, рассчитайте радиус атома полония, если он образует простую кубическую ячейку.

Задача: Полоний — единственный элемент, который имеет простую кубическую форму (имеет 1 атом на элементарную ячейку). Обратите внимание, что длина элементарной ячейки равна 2 радиусам, и, таким образом, если мы можем вычислить длину элементарной ячейки, мы можем вычислить и радиус. Когда мы говорим, что на элементарную ячейку приходится один атом, мы не говорим, что объем атома равен объему элементарной ячейки. Это 52% объема (см. выше).

Видео\(\PageIndex{2}\): Решение радиусов По по плотности.{-8}см=334pm \номер\]

3. Найти радиусы

Поскольку каждая сторона равна 2r, r составляет 1/2 половины длины, или 167 пм

.

B. Объемно-центрированный куб

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

Задача: Молибден образует объемно-центрированные кубические ячейки, если плотность Мо составляет 10,28 г/мл, каков будет его радиус?.

Это самое сложное, так как диагональ через ячейку из вершин X в Y длиной «c» равна 4 радиусам.{2}}=787pm\]

б. поскольку диагональ поверхности равна 4r, r=197pm

Дефекты кристаллов

Дефекты в кристалле могут придавать ему уникальные свойства. Дефекты возникают, когда другой объект становится частью кристалла, и существует много типов дефектов, два из которых заслуживают упоминания: замещающий и интерстициальный.

Замещающие дефекты

Это происходит, когда другое вещество заменяет один из компонентов кристалла.Например, рубин представляет собой Al ₂ O ₃ с несколькими ионами Cr ⁺³ , заменяющими Al ⁺³ ионов.

Рисунок \(\PageIndex{6}\) : Замещающий дефект

Интерстициальные дефекты

Они возникают, когда вещество, не являющееся частью кристалла, попадает в междоузлия и не вытесняет компонент кристалла. Карбидная сталь представляет собой форму промежуточного дефекта, когда углерод проникает в отверстия структуры железа, и это влияет на ее свойства, такие как твердость и пластичность.

Рисунок \(\PageIndex{7}\) : Пример промежуточного дефекта,

• Авторы и авторство

  • Боб Белфорд
  • некоторые изображения от анонимного
  • некоторые изображения от анонима были изменены
  • некоторые изображения от Криса П Шаллера

Единиц

Элементарные ячейки

---

Элементарные ячейки: Простейший повторяющийся блок в кристалле

Структуру твердых тел можно описать так, как если бы они были объемные аналоги куска обоев. Обои имеют регулярный повторяющийся дизайн, который простирается от одного края до другого разное. Кристаллы имеют похожий повторяющийся рисунок, но в данном случае дизайн простирается в трех измерениях от одного края твердого тела к другому.

Мы можем однозначно описать кусок обоев по указание размера, формы и содержания простейших повторяющаяся единица в конструкции. Мы можем описать трехмерное кристалла, указав размер, форму и содержимое простейшая повторяющаяся единица и то, как эти повторяющиеся единицы складываются для формирования кристалла.

Простейшая повторяющаяся единица в кристалле называется единицей . ячейка . Каждая элементарная ячейка определяется в терминах точек решетки точек. точки пространства, вокруг которых частицы могут свободно колебаться. кристалл.

Структуры элементарной ячейки для различных солей показано ниже.

В 1850 году Огюст Браве показал, что кристаллы можно разделить на 14 элементарных ячеек, отвечающих следующим критериям.

• Элементарная ячейка — простейшая повторяющаяся единица в кристалл.
• Противоположные грани элементарной ячейки параллельны.
• Ребро элементарной ячейки соединяет эквивалентные точки.

14 элементарных ячеек Браве показаны на рисунке ниже.

Эти элементарные ячейки делятся на семь категорий, различающихся три длины ребра элементарной ячейки ( a , b и c ) и три внутренних угла (a, � и g), как показано в таблице ниже.

Семь категорий элементарных ячеек Браве

Мы сосредоточимся на кубической категории, которая включает в себя три типы элементарных ячеекпростые показан куб, объемно-центрированный куб и гранецентрированный куб на рисунке ниже.

Эти элементарные ячейки важны по двум причинам. Первый количество металлов, ионных твердых тел и интерметаллических соединений кристаллизуются в элементарных кубических ячейках. Во-вторых, относительно легко выполнять вычисления с этими элементарными ячейками, потому что ребро ячейки все длины одинаковые, а углы ячеек равны 90.

Простая кубическая элементарная ячейка является простейшей повторяющейся единица в простой кубической структуре. Каждый угол элементарной ячейки определяется точкой решетки, в которой атом, ион или молекула могут можно найти в кристалле. По соглашению край элементарной ячейки всегда соединяет эквивалентные точки. Каждый из восьми углов поэтому элементарная ячейка должна содержать идентичную частицу. Другой частицы могут находиться на ребрах или гранях элементарной ячейки, или в теле элементарной ячейки.Но минимум, который должен быть для того, чтобы классифицировать элементарную ячейку как простую кубическую, восемь эквивалентных частиц на восьми углах.

Элементарная объемно-центрированная кубическая ячейка является простейшей повторяющаяся единица в объемно-центрированной кубической структуре. Снова, восемь одинаковых частиц в восьми углах ячейка. Однако на этот раз есть девятая идентичная частица в центре тела элементарной ячейки.

Элементарная гранецентрированная кубическая ячейка также начинается с одинаковые частицы на восьми углах куба.Но это структура также содержит такие же частицы в центрах шесть граней элементарной ячейки, всего 14 одинаковых решеток точки.

Элементарная гранецентрированная кубическая ячейка является простейшей повторяющейся единица в кубической плотноупакованной структуре. На самом деле наличие элементарных гранецентрированных кубических ячеек в этой структуре объясняет, почему структура известна как кубических плотно упакованных.

---

Элементарные ячейки: A Трехмерный график

Точки решетки в элементарной кубической ячейке могут быть описаны в точки трехмерного графа.Потому что все три ребра ячейки длины одинаковы в кубической элементарной ячейке, неважно, что ориентация используется для a , b и c оси. Ради аргумента мы определим ось a как вертикальной оси нашей системы координат, как показано на рисунок ниже.

Ось b затем будет описывать движение поперек фронта элементарной ячейки, а ось c будет представлять движение к задней части элементарной ячейки.Кроме того, мы произвольно определить левый нижний угол элементарной ячейки как начало координат (0,0,0). Координаты 1,0,0 указывают точку решетки, которая одна длина ребра ячейки от начала координат вдоль a ось. Точно так же 0,1,0 и 0,0,1 представляют собой точки решетки, которые смещены на одну длину ребра от начала координат по б и c осей соответственно.

Рассматривая элементарную ячейку как трехмерный граф позволяет описать структуру кристалла с удивительно мало информации.Мы можем указать структура хлорида цезия, например, всего из четырех частей информации.

• CsCl кристаллизуется в кубической элементарной ячейке.
• Длина ребра элементарной ячейки 0,4123 нм.
• Имеется ион Cl ^— с координатами 0,0,0.
• Ион Cs ⁺ в координатах 1/2,1/2,1/2.

Поскольку край ячейки должен соединять эквивалентные точки решетки, наличие иона Cl ^— в одном углу блока ячейка (0,0,0) подразумевает наличие иона Cl ^— при каждый уголок клетки.Координаты 1/2,1/2,1/2 описывают точка решетки в центре клетки. Потому что нет другая точка в элементарной ячейке, которая находится на расстоянии одной длины ребра ячейки по этим координатам это единственный ион Cs ⁺ в клетка. Следовательно, CsCl представляет собой простую кубическую элементарную ячейку Cl ^–. ионы с Cs ⁺ в центре тела клетки.

---

Элементарные ячейки: NaCl и ZnS

NaCl должен кристаллизоваться в кубическом плотноупакованном массиве Cl ^— ионы с ионами Na ⁺ в октаэдрических отверстиях между плоскости ионов Cl ^— . Мы можем перевести эту информацию в модель элементарной ячейки для NaCl, помня, что гранецентрированная кубическая элементарная ячейка является простейшей повторяющейся единицей в кубическая плотнейшая упаковка.

В гранецентрированной кубической единице есть четыре уникальных положения. клетка. Эти позиции определяются координатами: 0,0,0; 0,1/2,1/2; 1/2,0,1/2; и 1/2,1/2,0. Наличие частицы в одном углу элементарной ячейки (0,0,0) требует наличия эквивалентная частица на каждом из восьми углов единицы клетка.Поскольку ребро элементарной ячейки соединяет эквивалентные точки, наличие частицы в центре нижней грани (0,1/2,1/2) подразумевает наличие эквивалентной частицы в центр верхней грани (1,1/2,1/2). Точно так же наличие частицы в центре граней 1/2,0,1/2 и 1/2,1/2,0 элементарная ячейка подразумевает эквивалентные частицы в центрах 1/2,1,1/2 и 1/2,1/2,1 грани.

На рисунке ниже показано, что в центр гранецентрированной кубической элементарной ячейки в координатах 1/2,1/2,1/2. Любая частица в этой точке касается частиц в центры шести граней элементарной ячейки.

Другие октаэдрические отверстия в гранецентрированной кубической элементарной ячейке находятся по краям ячейки, как показано на рисунке ниже.

Если ионы Cl ^— занимают узлы решетки элементарная гранецентрированная кубическая ячейка и все октаэдрические отверстия заполненных ионами Na ⁺ , получим элементарную ячейку, показанную на рис. рисунок ниже.

Таким образом, мы можем описать структуру NaCl в терминах Следующая информация.

• NaCl кристаллизуется в кубической элементарной ячейке.
• Длина края клетки 0,5641 нм.
• Имеются ионы Cl ^— в позициях 0,0,0; 1/2,1/2,0; 1/2,0,1/2; и 0,1/2,1/2.
• Имеются ионы Na ⁺ в позициях 1/2,1/2,1/2; 1/2,0,0; 0,1/2,0; и 0,0,1/2.

Размещение иона Cl ^– в этих четырех позициях подразумевает наличие иона Cl ^— на каждой из 14 решеток точки, определяющие гранецентрированную кубическую единицу. Размещение Na ⁺ ион в центре элементарной ячейки (1/2,1/2,1/2) и на трех уникальные ребра элементарной ячейки (1/2,0,0; 0,1/2,0; и 0,0,1/2) требует эквивалента иона Na ⁺ в каждом октаэдре отверстие в элементарной ячейке.

ZnS кристаллизуется в виде кубического плотноупакованного массива S ^2- ионы с ионами Zn ²⁺ в тетраэдрических дырках.S ^2- ионы в этом кристалле занимают те же позиции, что и Cl ^— ионы в NaCl. Единственная разница между этими кристаллами заключается в расположение положительных ионов. На рисунке ниже показано, что тетраэдрические отверстия в гранецентрированной кубической элементарной ячейке находятся в углы элементарной ячейки в координатах 1/4,1/4,1/4. Ан атом с этими координатами коснулся бы атома в этом углу а также атомы в центрах трех граней, образующих этот угол. Хотя это трудно увидеть без трехмерная модель, четыре атома, окружающие это отверстие расположены по углам тетраэдра.

Поскольку углы элементарной кубической ячейки одинаковы, должно быть четырехгранное отверстие в каждом из восьми углов элементарная гранецентрированная кубическая ячейка. Если ионы S ^2- занимают точки решетки гранецентрированной кубической элементарной ячейки и Zn ²⁺ ионы упакованы в каждую вторую тетраэдрическую дырку, мы получаем элементарная ячейка ZnS показана на рисунке ниже.

Таким образом, структуру ZnS можно описать следующим образом.

• ZnS кристаллизуется в кубической элементарной ячейке.
• Длина края клетки 0,5411 нм.
• Имеются ионы S ^2- в позициях 0,0,0; 1/2,1/2,0; 1/2,0,1/2; и 0,1/2,1/2.
• Имеются ионы Zn ²⁺ в позициях 1/4,1/4,1/4; 1/4,3/4,3/4; 3/4,1/4,3/4; и 3/4,3/4,1/4.

Обратите внимание, что только половина четырехгранных отверстий занята в этот кристалл, потому что на каждый S ^2- приходится два тетраэдрических отверстия ион в наиболее плотно упакованном массиве этих ионов.

---

Элементарные ячейки: измерение Расстояние между частицами

Никель — один из металлов, кристаллизующихся в кубической форме. плотно упакованная структура. Если учесть, что атом никеля имеет массу всего 9,75 х 10 ^-23 г и ионный радиус всего 1,24 x 10 ^-10 м, это замечательное достижение уметь описать структуру этого металла. Очевидное вопрос: откуда мы знаем, что никель упаковывается в кубический наиболее плотно упакованная структура?

Единственный способ определить структуру вещества на атомном Масштаб заключается в использовании зонда еще меньшего размера.Один из самых полезные зонды для изучения материи в таком масштабе электромагнитное излучение.

В 1912 году Макс ван Лауэ обнаружил, что рентгеновские лучи, попавшие в поверхности кристалла дифрагировали в узоры, напоминающие узоры, возникающие при прохождении света через очень узкую щель. Вскоре после этого Уильям Лоуренс Брэгг, который только что получил степень бакалавра физики в Кембридже, объяснил результаты ван Лауэ уравнением, известным как уравнение Брэгга. уравнение , которое позволяет нам рассчитать расстояние между плоскостях атомов в кристалле по картине дифракции рентгеновские лучи известной длины волны.

п = 2 d sin T

Образец, по которому рентгеновские лучи дифрагируют на металлическом никеле предполагает, что этот металл упаковывается в элементарную кубическую ячейку с расстояние между плоскостями атомов 0,3524 нм. Таким образом длина ребра ячейки в этом кристалле должна быть 0,3524 нм. Знаю это никель кристаллизуется в кубической элементарной ячейке недостаточно. Мы по-прежнему должны решить, является ли это простой кубической, объемно-центрированной кубической, или гранецентрированная кубическая элементарная ячейка. Это можно сделать, измерив плотность металла.

---

Элементарные ячейки: определение Элементарная ячейка кристалла

Атомы на углах, ребрах и гранях элементарной ячейки разделены более чем одной элементарной ячейкой, как показано на рисунке ниже. Атом на грани разделен двумя элементарными ячейками, поэтому только половина атом принадлежит каждой из этих ячеек. Атом на краю разделены четырьмя элементарными ячейками, а атом на углу разделен восемь элементарных ячеек.Таким образом, только четверть атома на ребре и одна восьмая часть атома на углу может быть отнесена к каждому из элементарные ячейки, которые разделяют эти атомы.

Если никель кристаллизовался в простой кубической элементарной ячейке, то будет атом никеля на каждом из восьми углов ячейки. Поскольку только одна восьмая часть этих атомов может быть отнесена к данному элементарная ячейка, каждая элементарная ячейка в простой кубической структуре будет иметь один чистый атом никеля.

Простая кубическая структура:

8 углов x 1/8 = 1 атом

Если бы никель образовывал объемно-центрированную кубическую структуру, быть два атома на элементарную ячейку, потому что атом никеля в центре тела не будет делиться ни с какими другими элементарными ячейками.

Объемно-центрированная кубическая конструкция:

(8 углов x 1/8) + 1 тело = 2 атома

Если никель кристаллизовался в гранецентрированной кубической структуре, шесть атомов на гранях элементарной ячейки внесли бы три чистые атомы никеля, всего четыре атома на элементарную ячейку.

Гранецентрированная кубическая структура:

(8 углов x 1/8) + (6 граней x 1/2) = 4 атома

Поскольку у них разное количество атомов в элементарной ячейке, каждая из этих структур будет иметь разную плотность. Давайте поэтому рассчитывайте плотность никеля на основе каждого из этих структуры и длина ребра элементарной ячейки для никеля, приведенные в предыдущий участок: 0,3524 нм. Для этого нам нужно знать объем элементарной ячейки в кубических сантиметрах и масса один атом никеля.

Объем ( V ) элементарной ячейки равен длина ребра ячейки ( a ) в кубе.

В = a ³ = (0,3524 нм) ³ = 0,04376 нм ³

Так как в метре 10 ⁹ нм и 100 см в метр, в см должно быть 10 ⁷ нм.

Таким образом, мы можем перевести объем элементарной ячейки в см ³ следующее.

Массу атома никеля можно рассчитать по атомному вес этого металла и число Авогадро.

Плотность никеля, если он кристаллизовался в простой кубической структуры, следовательно, будет 2,23 г/см ³ , до трех значимые фигуры.

Простая кубическая структура:

Потому что в элементарной ячейке было бы вдвое больше атомов, если бы никель кристаллизуется в объемно-центрированную кубическую структуру, плотность никеля в этой структуре была бы вдвое больше.

Объемно-центрированная кубическая конструкция:

В гранецентрированной ячейке на элементарную ячейку приходится четыре атома. кубическая структура и плотность никеля в этой структуре будет быть в четыре раза больше.

Гранецентрированная кубическая структура:

Экспериментальное значение плотности никеля составляет 8,90 г/см ³ . Очевидный вывод состоит в том, что никель кристаллизуется в гранецентрированная кубическая элементарная ячейка и, следовательно, имеет кубическую плотно упакованная структура.

---

Элементарные ячейки: расчет Металлические или ионные радиусы

Можно найти оценки радиусов большинства атомов металлов. Где откуда эти данные? Откуда мы знаем, например, что радиус атома никеля равен 0,1246 нм?

Никель кристаллизуется в элементарной гранецентрированной кубической ячейке с длина ребра ячейки 0,3524 нм для расчета радиуса никеля атом.

Показана одна из граней элементарной гранецентрированной кубической ячейки на рисунке ниже.

Судя по этому рисунку, диагональ на лицевой стороне этого Элементарная ячейка в четыре раза больше радиуса атома никеля.

Теорема Пифагора утверждает, что диагональ прямоугольный треугольник равен сумме квадратов другого стороны. Таким образом, диагональ, проходящая через грань элементарной ячейки, равна связано с длиной ребра элементарной ячейки следующим уравнением.

Извлечение квадратного корня из обеих сторон дает следующее результат.

Теперь подставим в это уравнение соотношение между диагональ через грань этой элементарной ячейки и радиус атом никеля:

Решение для радиуса атома никеля дает значение 0,1246 нм:

Аналогичный подход можно использовать для оценки размера ион. Начнем с того, что длина ребра ячейки в хлорида цезия составляет 0,4123 нм, чтобы рассчитать расстояние между центры ионов Cs ⁺ и Cl ^— в CsCl.

CsCl кристаллизуется в простой кубической элементарной ячейке Cl ^— ионов с ионом Cs ⁺ в центре тела ячейки, как показано на рисунке ниже.

Прежде чем мы сможем вычислить расстояние между центрами ионы Cs ⁺ и Cl ^— в этом кристалле, однако мы должны признать правомерность одного из простейших предположения об ионных твердых телах: положительные и отрицательные ионы которые образуют эти кристаллы касания.

Таким образом, мы можем предположить, что диагональ тела элементарная ячейка CsCl эквивалентна сумме радиусов двух Ионы Cl ^— и два иона Cs ⁺ .

Трехмерный эквивалент теоремы Пифагора предполагает, что квадрат диагонали через тело куб это сумма квадратов трех сторон.

Извлечение квадратного корня из обеих частей этого уравнения дает следующий результат.

Если длина ребра клетки в CsCl равна 0,4123 нм, диагональ поперек тела в этой элементарной ячейке составляет 0,7141 нм.

Сумма ионных радиусов Cs ⁺ и Cl ^— ионов составляет половину этого расстояния, или 0,3571 нм.

Если бы у нас была оценка размера Cs ⁺ или ион Cl ^— , мы могли бы использовать результаты для расчета радиус другого иона. Ионный радиус Cl ^— ион равен 0.181 нм. Подставляя это значение в последнее уравнение дает значение 0,176 нм для радиуса Cs ⁺ ион.

Результаты этого расчета находятся в разумном согласии со значением 0,169 нм, известным для радиуса Cs ⁺ ион. Расхождение между этими значениями отражает тот факт, что ионные радиусы варьируются от одного кристалла к другому. Табулированный значения представляют собой средние результаты ряда вычислений этот тип.

Кристаллическая структура

ПредыдущийСледующий

Структуру кристалла можно описать, комбинируя следующие элементы: тип решетки, параметры решетки и мотив.

Тип решетки определяет расположение точек решетки в элементарной ячейке.

Параметры решетки определяют размер и форму элементарной ячейки.

Мотив представляет собой список атомов, связанных с каждой решеткой. точку вместе с их дробными координатами относительно точки решетки. Поскольку каждая точка решетки по определению идентична, если мы добавим мотив к каждой точки решетки, мы сгенерируем всю структуру:

Вид сверху

Зная мотив и решетку, можно построить вид сверху кристаллической структуры. Вид сверху является стандартным представлением кристаллической структуры и очень прост в изготовлении. Обычно это двумерная проекция, направленная вниз по оси [001]/z элементарной ячейки. Обратите внимание, что это эквивалентно построению проекции на плоскость (001). Информацию о плоскостях решетки см. в TLP «Плоскости решетки» и «Индексы Миллера».

В представлении «План» обычно отображается массив элементарных ячеек 2×2. Высоты атомов в элементарной ячейке представлены дробями рядом с ними, причем дробь указывает, что дробная высота атома с точки зрения высоты элементарной ячейки (c) (атомы вверху и внизу элементарной ячейки не имеют чисел рядом с их).При построении вида в плане важно не только указать высоты атомов в элементарной ячейке, но также определить кристаллографические оси, которые вы используете, а также проследить элементарную ячейку.

Кристаллическая структура – ​​типы, примеры, элементарная ячейка и решетка

Расположение атомов, молекул или ионов, формирующее существенную форму элемента или соединения, называется его кристаллической структурой. Обычно он содержится в твердых химических веществах.Это модель, которая изображает внутренние свойства частиц, составляющих твердое тело. Повторяющаяся структура в кристалле, выступающая в качестве строительного блока, называется элементарной ячейкой. В этой статье мы узнаем о различных кристаллических структурах и их свойствах.

Что такое решетчатая структура?

Решетка или кристаллическая решетка представляет собой образование асимметричного трехмерного структурного расположения ионов, атомов и молекул, образующих элементарную ячейку. Значительная и отчетливая геометрическая форма элементарной ячейки определяет тип кристаллической решетки.

 

Особенности кристаллической структуры:

• В элементарной ячейке кристаллической структуры каждый ион, атом или молекула представляет собой точку в трехмерном пространстве. Это означает, что все частицы, составляющие эту единицу, можно считать точками.

• Каждая точка в кристаллической структуре определяется как точка решетки или узел решетки.

• Две или более точек решетки могут быть соединены в прямую линию в зависимости от формы элементарной ячейки.

• При соединении двух или более прямых линий образуется трехмерная конструкция элементарной ячейки, представляющая собой кристаллическую структуру. Такое расположение точек решетки в трехмерном пространстве называется решеткой Браве.

Что такое элементарная ячейка?

Наименьшая единица твердой кристаллической структуры называется элементарной ячейкой. Его можно определить как структурную единицу твердого кристалла, а решетка создается его повторением в определенном формате.

 

Для идентификации элементарной ячейки кристаллической структуры учитываются следующие параметры.

Углы между этими краями могут быть разными. Когда высокоэнергетические электромагнитные волны проходят через кристалл, элементарные ячейки поглощают и посылают сигналы. Эти сигналы можно интерпретировать, чтобы понять форму элементарной ячейки. Следовательно, можно идентифицировать взаимное расположение нескольких элементарных ячеек, что приводит к выражению кристаллической структуры.

Типы решетчатых структур

1. Примитивные элементарные ячейки

В этом расположении составляющие точки решетки занимают только угловые позиции.

2. Центрированные единичные ячейки

В этом расположении частицы занимают центральное положение вместе с угловыми позициями. Они бывают следующих типов.

Это типичная решетчатая структура, в которой атомные плоскости или плоскости решетки лежат в промежутках нижних плоскостей соответствующих атомов. В этом типе элементарная ячейка имеет форму куба. Это означает, что один атом непосредственно контактирует с восемью другими атомами или узлами решетки. Такой тип расположения можно найти в ванадии, вольфраме и хроме.

Наложенные друг на друга атомы или узлы решетки создают зазоры, в которых нижележащая плоскость может входить в верхнюю. Атомные уровни плотно упакованы, создавая гексагональную структуру решетки с плотнейшей упаковкой (HCP). Такие металлы, как кобальт, цинк, титан и магний, имеют такой тип расположения решетки. Точка связана с 12 соседними точками, что дает ее координационное число 12.

Эта решетчатая структура также упаковывает максимальное количество атомных плоскостей в последовательности укладки. Второй слой атомов в основном уложен в стопку, следуя структуре ГПУ в промежутках нижележащего слоя.Третий слой, наоборот, лежит в свободных промежутках. Такие металлы, как медь, свинец и никель, демонстрируют такие типы твердокристаллической решетки. Координационное число этой кристаллической структуры равно 12.

 

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

 

Типы кристаллических систем

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

 

системы, все три оси наклонены друг к другу и имеют одинаковую длину.В зависимости от угла наклона кристаллы имеют разную форму. Пример – кианит, амазонит, полевой шпат и т. д.

2. Моноклинная система

В этой кристаллической структуре имеются три оси. Две из них перпендикулярны друг другу, а третья наклонена, образуя другой угол. Лучшими примерами моноклинных систем являются гипс, петалит, диопсид и др.

3. Орторомбическая система

Структура кристаллической решетки этого типа состоит из трех осей, перпендикулярных друг другу, но длины этих осей различаются.Примерами такой структуры решетки являются топаз, иолит, цоизит и т. д.

4. Тригональная структура

Элементарная ячейка этой системы в основном представляет собой трехстороннюю пирамиду. Он также может принимать такие формы, как ромбоэдрические и скаленоэдрические. Примерами являются кальцит, рубин, агат и т. д.

5. Гексагональная система

Теперь, когда мы знаем, что такое кристаллическая структура, эта система кажется немного отличной от остальных. Он имеет четыре оси, три из которых имеют одинаковую длину. Четвертая пересекает эти три под прямым углом.Примерами являются берилл, апатит и т. д.

6. Тетрагональная система

Эта система также состоит из трех осей. Изменяется размерность только главной оси. Две другие одинаковой длины. Примером этой системы является перовскит.

7. Кубическая система

Это решетчатая система, в которой все три угла расположены под прямым углом друг к другу и имеют одинаковую длину. Эту кристаллическую структуру металлов можно найти в золоте и серебре. Среди неметаллов эту характерную кристаллическую форму демонстрирует алмаз.

Форма кристалла

Кристалл имеет правильную форму, которую принимают некоторые вещества при затвердевании, например, соль или снежинка. Одними из самых красивых кристаллов в природе являются снежинки, представляющие собой просто воду, сконденсировавшуюся вокруг пылинки. Снежинки – одно из самых удивительных явлений природы. Каждая снежинка отличается тем, что ее кристаллическая структура уникальна.

Посуда из хрусталя

Хрусталь в нашем общеупотребительном языке — это красивая и драгоценная посуда, сделанная из прозрачного стекла, обладающего большей преломляющей способностью, чем обычное стекло.Хрустальные вазы и стаканы украшают дом. Что выделяет хрусталь, так это то, как он преломляет свет, довольно поразительно. Когда его подносят к свету, он создает эффект радужной призмы, что отличает его от стекла. При постукивании по хрустальному стакану звучит музыкальное звенящее эхо, а обычный стакан таких звуков не издает.

Кристаллография

Наука очень подробно изучает кристаллы и их решетки с многочисленными приложениями. Изучение кристаллов называется кристаллографией. Его можно определить как экспериментальное и прикладное изучение кристаллических структур и того, как устроены их атомы. Слово Кристаллография использует два латинских слова: crystallon и graphein. Кристаллон означает «застывшая капля». Графеин означает «писать». Можно отметить, что суффикс -graphy образует окончательную часть многих видов исследований, таких как география (изучение Земли), картография (изучение карт) или стенография (навыки стенографии, машинописи и транскрипции).

Решетка: Каркас

Поскольку кристаллы имеют заданную форму, каркас этих кристаллов называется решеткой.Этот каркас кристалла трехмерен, как каркас деревянного ящика. Решетка также представляет собой узор, созданный путем переплетения полос крест-накрест, чередующихся между осями X и Y. Типичным примером такой решетки может быть решетчатая корка для пирога или плетение бамбуковой корзины.

Решетка в исследованиях

Решетка используется в различных предметах для обозначения трехмерной структуры или структуры, таких как химия, физика, математика, биология и взаимосвязанные области, такие как биофизика. Химия использует решетку для описания структуры молекул. Математика использует решетки в абстрактной алгебре. Физика конденсированного состояния использует решетку для представления атомов. Биология использует решетки для представления структур ДНК или белка.

Понимание решетки

В базовых ремеслах изготовление кубика из бумаги или картона было бы хорошей практикой, чтобы понять решетку. Понимание решетки требует пространственного понимания. Это понимание размера или положения любого объекта или точки в пространстве.Люди с хорошим пространственным пониманием и ориентацией могут определять направления и маршруты. Те, у кого хорошее пространственное мышление, могут видеть в уме, где объект или объекты расположены по отношению к другим объектам вокруг них в трех измерениях. Те, у кого исключительное пространственное понимание и пространственно-визуальная память, отлично решают кубик Рубика.

Базы данных кристаллических структур

Следующие онлайн-ресурсы содержат файлы, которые можно загрузить для интерактивного просмотра либо из автономного программного обеспечения для визуализации, либо просмотреть с веб-сайта в виде апплета Java.

• База данных кристаллической структуры американского минералога. Этот сайт является интерфейсом к базе данных кристаллической структуры, которая включает все структуры, опубликованные в журналах American Mineralogist, Canadian Mineralogist и European Journal of Mineralogy. База данных поддерживается Минералогическим обществом Америки и Минералогической ассоциацией Канады и финансируется Национальным научным фондом. Сайт доступен для поиска по минералу, автору, химии или параметрам клетки и симметрии.(подробнее)
  
• Структуры кристаллической решетки. Эта страница, поддерживаемая Исследовательской лабораторией ВМС США, предлагает краткий указатель общих структур кристаллических решеток, в том числе из минералов и неминералов. Несколько различных графических представлений, интерактивный Java-апплет структуры и полезную информацию о решетках можно получить, щелкнув изображения кристаллических структур. (подробнее)
  
• Кристаллические структуры. На этом веб-сайте представлены интерактивные Java-апплеты различных кристаллических структур минералов и неминералов.Апплет Java позволяет пользователю вращать и изменять размер кристалла. Сайт также содержит ссылки на другие веб-страницы о кристаллических структурах. (подробнее)
  
• Кристаллографическая база данных минералов и их структурных аналогов. Эта доступная для поиска база данных, поддерживаемая Российским фондом фундаментальных исследований, включает 4785 статей (2365 уникальных названий минералов). Каждый минерал можно искать по названию, спецификации, кристаллохимической формуле или характеристикам кристаллической структуры.Информация о кристаллической структуре включает название минерала, спецификацию, кристаллохимическую формулу, пространственную группу, параметры элементарной ячейки, координаты, термические факторы и заселенность атомных позиций, а также литературные ссылки по определению кристаллической структуры. (подробнее)
  
• Открытая база данных кристаллографии. Эта база данных является родственной Американской базе данных минералогии по кристаллической структуре (AMCSD) и содержит все данные, содержащиеся в AMCSD, а также данные, депонированные отдельными лицами и лабораториями.База данных доступна для поиска по тексту, словам, элементам, объему или количеству элементов. Данные о кристаллической структуре можно загрузить в формате CIF, и пользователи могут загружать данные о кристаллах в виде файлов CIF или REF. (подробнее)
  
• ICSD Web: База данных по неорганической кристаллической структуре. Этот сайт содержит бесплатную демонстрационную версию базы данных неорганических кристаллов. Эта база данных содержит 3325 подмножеств структур из 76 480 неорганических структур по состоянию на 2004 год. Демонстрационная версия может быть запрошена и доступна через веб-интерфейс, который позволяет использовать несколько методов поиска, а полученные кристаллические структуры затем можно просмотреть в Интернете (с помощью CHIME). подключаемый модуль) или загружаются для просмотра с помощью другого программного обеспечения для визуализации.Также на сайте представлены обновления с исправлениями ошибок, условия использования и цены, советы по отображению структур, галерея изображений, флеш-ролик и инструкции по установке сервера ICSD. (подробнее)
  

Упражнение 3: Кристаллическая структура

В кристалле атомы расположены прямыми рядами в трехмерном периодическом узоре. Небольшая часть кристалла, которая может быть повторена, чтобы сформировать весь кристалл, называется элементарной ячейкой.

асимметричный блок	Примитивная агрегатная ячейка	Обычный агрегатный элемент		Crystal

Кристалл можно определить несколькими способами.Один из способов — повторить примитивную элементарную ячейку в каждом векторе трансляции,

$$\vec{T} = h\vec{a}_1 + k\vec{a}_2 + l\vec{a}_3$$

Здесь $\vec{a}_1$, $\vec{a}_2$, $\vec{a}_3$ — векторы примитивной решетки, а $h$, $k$ и $l$ — целые числа. Векторы примитивной решетки не уникальны; возможны различные варианты векторов примитивной решетки.

Другим распространенным способом определения кристалла является указание параметров решетки $(a,b,c,\alpha,\beta,\gamma )$, пространственной группы и единицы асимметрии.Параметры решетки $a$, $b$ и $c$ — длины сторон параллелепипеда; $\alpha$ — угол между $b$ и $c$; $\beta$ — угол между $a$ и $c$; $\gamma$ — угол между $a$ и $b$. Этот параллелепипед может иметь больший объем, чем примитивная элементарная ячейка. Если можно использовать кубическую элементарную ячейку, кристаллографы используют наименьший возможный куб в качестве обычной элементарной ячейки. Для простой кубической обычной элементарной ячейки является примитивная элементарная ячейка, но для ОЦК обычная элементарная ячейка в два раза больше объема примитивной элементарной ячейки, а для ГЦК обычная элементарная ячейка имеет объем, в четыре раза превышающий объем примитивной элементарной ячейки.Асимметричная единица — это минимальное количество атомов, которое необходимо указать для создания основы путем применения симметрий пространственной группы к асимметричной единице.

Параметры решетки, обычные элементарные ячейки и примитивные элементарные ячейки некоторых распространенных кристаллических структур связаны ниже.

3.1 Объясните, что такое решетка Браве и что такое базис. Как можно построить основу из асимметричной единицы?

---

3.2 Фторид кальция, CaF ₂ , имеет ГЦК решетку Браве и основу с Ca в положении 000 и F в дробных координатах ¼ ¼ ¼ и ¾ ¾ ¾ обычной (кубической) элементарной ячейки.Нарисуйте одну условную (кубическую) элементарную ячейку структуры. Нарисуйте примитивную элементарную ячейку. Постоянная решетки $a = $ 5,451 Å. Каково расстояние от атома Ca до атома F в ангстремах?

---

3.3 Графен представляет собой двумерную решетку, построенную непрерывным расположением правильных шестиугольников sp²-гибридизированных атомов углерода (см. ниже). Расстояние между ближайшими соседними атомами составляет 0,14 нм.

(а) Что такое решетка Браве графена?

(b) Нарисуйте примитивную элементарную ячейку Вигнера-Зейтца.

(в) Сколько атомов содержится в примитивной элементарной ячейке?

(d) Определите базисные векторы, описывающие положения атомов в элементарной ячейке. Запишите эти базисные векторы сначала в терминах абсолютных положений (с компонентами x и y и расстояниями в ангстремах), а затем в дробных координатах. Для дробных координат дайте положения в терминах обычных векторов решетки. В этом случае обычные векторы решетки совпадают с векторами примитивной решетки.

---

3.4 Пространственная группа кристалла 227. Как можно определить точечную группу и решетку Браве этого кристалла?

---

3.5 Обычная элементарная ячейка и параметры решетки графита показаны ниже.

Что такое решетка Браве, базис, векторы примитивной решетки и объем элементарной элементарной ячейки?

---

3.6 Ниже показана обычная (кубическая) элементарная ячейка из цинковой обманки ZnS. Обратите внимание на сходство со структурой алмаза.

а) Сколько атомов каждого типа содержится в обычной элементарной ячейке?

(b) Что такое решетка Браве?

(c) Приведите набор фундаментальных векторов переноса $(\vec{a}_1, \vec{a}_2, \vec{a}_3)$, которые можно использовать для определения примитивной элементарной ячейки. Сколько атомов содержится в примитивной клетке?

---

3.7 Ниже показан двумерный кристалл.

(a) Нарисуйте элементарную ячейку, обозначающую два вектора примитивной решетки в этой плоскости.{\circ}$. Вычислите объем примитивной элементарной ячейки через $a$.

---

3.10 Покажите для идеальной структуры ГПУ, что отношение $c/a$ равно

\[ \begin{уравнение} \ frac {c} {a} = \ sqrt {\ frac {8} {3}} = 1,633. \end{уравнение} \]

---

3.11 Существует четыре орторомбических решетки Браве, но только две тетрагональные решетки Браве.

(a) Покажите, что тетрагональная решетка с центром в основании (C) эквивалентна примитивной (P) тетрагональной решетке.

(b) Покажите, что гранецентрированная (F) тетрагональная решетка эквивалентна объемноцентрированной (I) тетрагональной решетке.

Четырнадцать решеток Браве

---

3.12 Изобразите следующие кристаллические структуры: простая кубическая, ГЦК, ОЦК, NaCl, CsCl, гексагональная, тетрагональная и орторомбическая.

---

3.13 Покажите, что максимальная доля имеющегося объема, который может быть заполнен твердыми сферами, расположенными на различных решетках, составляет: простая кубическая, 0,52; объемно-центрированная кубическая, 0,68; гранецентрированный куб, 0,74.

Индексы Миллера
Каждая точка решетки Браве может быть достигнута из начала координат с помощью вектора переноса вида

\[ \begin{уравнение} \vec{T}_{hkl} = h\vec{a}_1 + k\vec{a}_2 + l\vec{a}_3, \end{уравнение} \]

, где $\vec{a}_1$, $\vec{a}_2$, $\vec{a}_3$ — векторы примитивной решетки, а $h$, $k$ и $l$ — целые числа, называемые Индексы Миллера. Направление, на которое указывает вектор $\vec{T}_{hkl}$, обозначается квадратными скобками $[hkl]$. При наличии направлений, эквивалентных в силу симметрии, любое из эквивалентных направлений указывается угловыми скобками <$hkl$>.

Например, в кубической системе:
= [100], [010], [001], [-100], [0-10], [00-1]
= [110], [-1-10 ], [1-10], [-110], [101], [-10-1], [-101], [10-1], [011], [0-1-1], [0- 11], [01-1].

Часто знаки «минус» рисуются в виде линий [-10-1] = $\left[\overline{1}0\overline{1}\right]$.Это произносится как один бар, ноль, один бар.

Плоскости
Используя индексы Миллера, плоскости обозначаются изогнутыми скобками $(hkl)$. Плоскость $(hkl)$ пересекает ось в направлении $\vec{a}_1$ в точке $\frac{|\vec{a}_1|}{h}$, ось в направлении $\vec {a}_2$ в точке $\frac{|\vec{a}_2|}{k}$, а ось в направлении $\vec{a}_3$ в точке $\frac{|\vec{a} _3|}{l}$.

Эквивалентные плоскости обозначаются фигурными скобками $\{hkl\}$. Три точки, которые можно использовать для определения плоскости $(hkl)$: $\left( \frac{a_{1x}}{h},\frac{a_{1y}}{h},\frac{a_{1z }}{h} \right)$, $\left(\frac{a_{2x}}{k},\frac{a_{2y}}{k},\frac{a_{2z}}{k} \ справа)$ и $\left(\frac{a_{3x}}{l},\frac{a_{3y}}{l},\frac{a_{3z}}{l}\right)$. Вектор нормали к этой плоскости можно определить, взяв векторное произведение двух векторов в плоскости. Если $(h,k,l \ne 0)$, два подходящих вектора $\vec{v}_1=\frac{\vec{a}_1}{h}-\frac{\vec{a}_3} {l}$ и $\vec{v}_2=\frac{\vec{a}_2}{k}-\frac{\vec{a}_3}{l}$. Единичный вектор нормали к плоскости $(hkl)$ равен

. $$\шляпа{n}_{hkl}=\frac{\vec{v}_1\times \vec{v}_2}{|\vec{v}_1\times \vec{v}_2|}.$ $

Для кубических кристаллов $\vec{T}_{hkl}$ нормальна к $(hkl)$ и параллельна $\hat{n}_{hkl}$, но это, как правило, неверно для кристаллов с другими симметриями.{\circ}$. Из этой информации мы можем сделать вывод, что векторы примитивной решетки равны $\vec{a}_1 = a\,\hat{x}$, $\vec{a}_2 = a\,\hat{y}$ и $ \vec{a}_3 = c\,\hat{z}$. Какова длина вектора переноса $\vec{T} = 2\vec{a}_1 + 6\vec{a}_2 + 5\vec{a}_3$? Какой единичный вектор указывает в направлении $\vec{T}$? Какие индексы Миллера задают это направление в кристалле?

(b) Параметры решетки простого гексагонального кристалла: $a = b = 3$ Å, $c = 4$ Å, $\alpha = \beta = 90^{\circ}$, $\gamma = 120^ {\circ}$. Из этой информации определяют векторы примитивной решетки. Какова длина вектора переноса при $h = 4$, $k = 3$ и $l = 1$?

---

3.16 Изобразите плоскости (111) и (222) в простой кубической элементарной ячейке с постоянной решетки $a$. Определите нормальное расстояние между двумя плоскостями.

---

3.17 Изобразите кристаллическую структуру NaCl. Что такое решетка Браве? Какую форму имеет ячейка Вигнера-Зейтца? Каково положение атомов основы, заданное в дробных координатах условной (кубической) элементарной ячейки? Нарисуйте плоскость (111).

---

3.18 Рассчитайте угол между направлением [110] и направлением [111] для моноклинной решетки с a  = 0,3 нм, b  = 0,4 нм, c  = 0,5 нм и β = 107°.

---

3.19 Металл имеет ГЦК кристаллическую структуру. Постоянная решетки составляет 0,38 нм, а атомный вес атомов равен 85. Постоянная решетки представляет собой длину обычной (кубической) элементарной ячейки. Масса атома – это атомный вес, умноженный на постоянную атомной массы $u$ = 1.6605402 × 10 ^-27  кг.

а) Какова плотность этого металла?

б) Каково расстояние между соседними атомами?

c) Металл разрезают так, чтобы (111) был виден на поверхности. Нарисуйте расположение атомов, которое вы бы увидели, если бы посмотрели на эту поверхность. Отметьте два направления в плоскости (111).

---

3.20 ОЦК-кристалл разрезают так, что плоскость (011) выходит на поверхность. Нарисуйте расположение атомов на поверхности кристалла.Как можно экспериментально определить расположение атомов на поверхности металла?

Набор плоскостей, перпендикулярных вектору \(A_x\hat{x}+A_y\hat{y}+A_z\hat{z}\), равен

$$A_xx+A_yy+A_zz = C,$$

, где \(C\) — любая константа. Если известна точка \( (x_0,y_0,z_0)\) на плоскости, можно вычислить \(C\),

$$C=A_xx_0+A_yy_0+A_zz_0.$$

Приложение ниже решит 3 линейных уравнения с тремя неизвестными. (Он определяет точку пересечения трех плоскостей.)

---

3.21 Грани ячейки Вигнера-Зейтца определяются плоскостями, которые перпендикулярно делят пополам векторы от начала координат до точек решетки Браве. Чтобы определить, где находятся углы ячейки Вигнера-Зейтца, необходимо найти точки пересечения трех плоскостей. Для ОЦК-решетки векторы примитивной решетки равны

$\vec{a}_1=\frac{a}{2}(\hat{x}+\hat{y}-\hat{z}),\quad \vec{a}_2=\frac{a {2}(-\шляпа{x}+\шляпа{y}+\шляпа{z}),\quad\vec{a}_3=\frac{a}{2}(\шляпа{x}-\ шляпа{у}+\шляпа{z})$.

Здесь $a$ — длина стороны условной элементарной кубической ячейки. В какой точке пересекаются плоскости, делящие пополам векторы $\vec{a}_1$, $\vec{a}_2$ и $\vec{a}_3$?

---

3.22 Индексы Миллера $hkl$ обозначают конкретную плоскость в решетке Браве, в качестве обозначения плоскости индексы Миллера даются в круглых скобках. Обратите внимание, что три индекса Миллера взаимно просты (teilerfremd). Это означает, что плоскость пересекает точки решетки Браве. Пример плоскости (623) показан ниже.

(a) Нарисуйте плоскость (313).

(b) Нарисуйте плоскость (340).

---

3.23. Плоскость пересекает кристаллографические оси кристалла в точках $3\vec{a}$, $4\vec{b}$ и $6\vec{c}$, где $\vec{a}$, $\vec{b}$ , а $\vec{c}$ — векторы примитивной решетки. Каковы индексы Миллера этой плоскости?

---

3.24 Изобразите ячейки Вигнера-Зейтца следующих решеток:

1. Наклонная решетка в 2D
2. Центральная прямоугольная решетка в 2D
3. ОЦК решетка в 3D

В двух измерениях решетка Браве имеет два вектора примитивной решетки \(\vec{a}\) и \(\vec{b}\).Длины этих векторов представляют собой постоянные решетки \(a\) и \(b\). Угол между векторами примитивной решетки равен \(\gamma\). Имеется пять двумерных решеток Браве,

• кубический: \(a = b\), \(\gamma\) = 90°.
• шестиугольник: \(a = b\), \(\gamma\) = 120°.
• прямоугольный: \(a \neq b\), \(\gamma\) = 90°.
• прямоугольных с центром: \(a \neq b\), \(\gamma\) = 90° и две точки решетки на элементарную ячейку.
• наклонная: \(a \neq b\), \(\gamma \neq \) 90°.

Если для описания периодической структуры можно использовать несколько решеток Браве, существуют правила приоритета для определения двумерных решеток Браве.

1. Используйте решетку Браве с наивысшей симметрией (кубическая > шестиугольная > прямоугольная > наклонная).
2. Используйте решетку Браве с наименьшей площадью элементарной ячейки.
3. Используйте Браве с наименьшими постоянными решетки a и b.
4. Используйте \(a \leq b\), \(\gamma \geq \) 90°.

---

3.25 В мозаике Каира двумерная плоскость полностью заполнена пятиугольниками. Геометрия одного пятиугольника образована четырьмя сторонами одинаковой длины (синий цвет) и одной стороной разной длины (красный цвет) и углами 90° и 120°.

(a) Определите двумерную решетку Браве мозаики Каира.

(b) Нарисуйте векторы элементарной ячейки \(\vec{a}\) и \(\vec{b}\) и заключенный в них угол \(\gamma\).

(c) Определить \(\gamma\).

(d) Сколько тайлов находится в одной элементарной ячейке?

---

3.26 Мозаика треугольник-шестиугольник покрывает двумерную плоскость равносторонними треугольниками и шестиугольниками. Участвуют две разные длины (нарисованы синим и красным) с соотношением 3:2. Расположение плиток показано на рисунке ниже.

(a) Определите двумерную решетку Браве мозаики.

(b) Нарисуйте точки решетки Браве.

(c) Нарисуйте векторы элементарной ячейки \(\vec{a}\) и \(\vec{b}\) и заключенный в них угол \(\gamma\).

(d) Сколько треугольников и сколько шестиугольников в элементарной ячейке?

(e) Сколько треугольников и сколько шестиугольников связано с одной точкой решетки Браве?

---

3.{\circ})$ четыре индекса Миллера $(hkil)$ используются для обозначения кристаллографической плоскости. Индекс Миллера $i$ задается как $i = -h-k$. Использование индекса $i$ упрощает идентификацию эквивалентных плоскостей (эквивалентными плоскостями называются плоскости с одинаковым межплоскостным расстоянием $d_{hkl}$ гексагональной решетки, поскольку циклическая перестановка индексов $hki$ внутри $(hkil)$ дает эквивалентные самолеты

Показать графически все плоскости, эквивалентные (11-20).

---

3.28 Полюса – это направления, перпендикулярные кристаллографической плоскости

Рассмотрим орторомбическую решетку с постоянными решетки $a = 3$ Å, $b = 4$ Å, $c = 5$ Å.Укажите (приблизительное) направление полюсов плоскости (210), которое представляет собой кристаллографическое направление [uvw], ориентированное перпендикулярно плоскости (210).

Комментарий:
Эта задача может быть решена графически, графическое решение более сложно для плоскости общего вида (213).

---

3.29 Рассмотрим кубическую решетку. Укажите единственное кристаллографическое направление [uvw], лежащее в плоскости (111). Обратите внимание, что в плоскости (111) много направлений.

Более сложная задача: рассмотрим триклинную решетку.Укажите все кристаллографические направления [uvw], лежащие в плоскости (111).

Как определяется кристаллическая структура? » Научная азбука

Кристаллическая структура определяется методом рентгеновской дифракции. Пучок рентгеновских лучей падает на кристалл, и дифракционная картина используется для изучения структуры. аморфные и кристаллические. Аморфные материалы — это те, у которых отсутствует дальний порядок и структурная симметрия, а кристаллические — это те, которые имеют повторяющуюся молекулярную структуру на больших расстояниях и симметрию.И твердые тела, и жидкости имеют кристаллическую и аморфную структуру.

Различия в молекулярной структуре ответственны за различия между аморфными и кристаллическими твердыми телами.

Многие вещества, имеющие функциональную, экономическую и эстетическую ценность, такие как поваренная соль, алмаз, снежинка, кварц, кремний-германиевые полупроводники, белки и т. д., являются кристаллическими. Определение их структуры и их классификация объясняет многие физические и химические свойства.

Например, в ЖК-технологии используются жидкие кристаллы, структура которых изменяется за счет изменения электрического поля, которое модулирует свет (меняет поляризацию, амплитуду или фазу) при прохождении через него.Можно проверить, что добавки для тренировок, содержащие смесь различных белков, являются подлинными, а не поддельными.

Разработка таких устройств требует понимания кристаллической структуры и ее влияния на физические и химические свойства вещества.

---

Рекомендуемое видео для вас:

---

Основы кристаллической структуры

Представьте себе кубик Рубика. Он состоит из меньших, неделимых и одинаковых кубиков. Эти маленькие кубики называются элементарными ячейками.Точно так же все кристаллы имеют элементарные ячейки, которые составляют основную часть кристалла, когда им позволяют накапливаться. Чтобы понять геометрию элементарной ячейки, важно ввести понятие решетки .

Пространство с шестиугольной решеткой. Поскольку решетка двумерная, для создания элементарной ячейки требуется два вектора. (Фото предоставлено Svenbot/Wikimedia commons)

Решетка — это правильное расположение точек/точек, простирающихся бесконечно во всех направлениях. Любая произвольная точка этой решетки окружена другими точками со всех сторон (диагональных и боковых).Эти точки служат абстрактной реализацией реального трехмерного пространства. Эти точки могут быть соединены вместе, чтобы сформировать различные формы, такие как кубы, шестиугольные призмы, прямоугольные параллелепипеды, ромбоиды, тетраэдры и так далее.

Множество различных трехмерных структур действуют как элементарные ячейки для различных кристаллов. Они имеют разные наборы параллельных плоскостей, наклоненных под разными углами друг к другу, что придает им разные оптические свойства. Расстояние между плоскостями кристалла составляет ~10-10м (пикометров).

Таким образом, если бы можно было использовать свет с похожей длиной волны, плоскости кристалла вызвали бы дифракцию света и привели бы к дифракционной картине.Эта дифракционная картина различна для разных типов элементарных ячеек. Рентгеновские лучи имеют длины волн от 10-10 м до 10-9 м, что заставляет их претерпевать дифракцию при взаимодействии с кристаллами.

Использование рентгеновских лучей для изучения кристаллической структуры называется рентгеновской кристаллографией.

Индексы Миллера

Представьте элементарную ячейку, расположенную на трехмерной координатной оси. Элементарная ячейка имеет набор параллельных плоскостей, простирающихся во всех направлениях. Плоскости могут быть или не быть параллельными осям координат.Если плоскости и оси параллельны, то их пересечения не будет, а точка пересечения (точка, в которой плоскость пересекает ось) будет бесконечной. Но если бы они не были параллельны, то плоскости в конечном итоге пересекли бы оси координат, и пересечение было бы конечным.

Поскольку координатных осей три, для измерения плоскостной ориентации кристалла требуется три точки пересечения. Пусть точки пересечения плоскостей кристалла с осями ( x, y, z ) равны (p , q, r ) соответственно. Индексы Миллера –

дают ориентацию плоскости кристалла. Поскольку 1/p, 1/q и 1/r являются десятичными, LCM p, q и r умножается, чтобы получить ( h, k, l ) целые числа.

Упоминаются индексы Миллера заштрихованных плоскостей. Например, возьмем первую плоскость -(0, 0, 1) в верхнем левом углу. Плоскость параллельна осям (x, y) и не имеет там точек пересечения (или бесконечности). Таким образом, (h, k) = (1/p, 1/q) = (1/, 1/) = (0, 0).Плоскость пересекает ось z в некоторой точке c, для которой l = 1/c. LCM (=c) умножается, и l = c(1/c) = 1. Таким образом, (h, k, l) = (0, 0, 1). (Фото: McSush/Wikimedia commons)

Для элементарной кубической ячейки с параметром решетки a (длина ребра) расстояние между двумя параллельными плоскостями (межплоскостное расстояние) равно

.

Рентгеновская кристаллография

Существует два широко используемых метода рентгеновской кристаллографии, а именно. метод вращающегося кристалла и порошковый метод.В обоих случаях принцип в целом одинаков: образец кристалла освещают рентгеновскими лучами, а затем изучают дифракционную картину полученного луча для получения структурной информации.

Метод дифракции вращающихся кристаллов

Аппарат рентгеновской дифракции. (Фото: DrBoStefanov/Wikimedia commons)

Образец чистого кристалла, планарная ориентация которого неизвестна, помещается на держатель. Луч рентгеновского излучения (набор параллельных лучей) из трубки попадает на порошкообразный кристалл.Кристалл можно вращать вокруг нескольких осей, что позволяет изменять ориентацию кристалла по отношению к входящему рентгеновскому лучу.

Представьте себе луч света, падающий на плоское зеркало, если луч параллелен зеркалу, то отражения не будет, но если луч наклонен под углом к ​​зеркалу, он отразится. Точно так же, если рентгеновский луч параллелен плоскостям кристалла, он пройдет без какого-либо взаимодействия с кристаллом, и дифракции не произойдет.Но если плоскости и пучок наклонены, то будет наблюдаться сильная дифракционная картина.

Представьте себе две параллельные плоскости, разделенные расстоянием d . Когда рентгеновский луч достигает кристалла, набор параллельных плоскостей действует как набор отдельных параллельных зеркал. Межплоскостное расстояние равно d. Когда луч достигает кристалла, составляющие его лучи должны пройти разную длину, чтобы достичь двух плоскостей (поскольку плоскости разделены на d ). Это вводит разность путей (разница в пройденном расстоянии) между двумя лучами.

Изменение разности хода приводит к изменению разности фаз рентгеновских лучей. Таким образом, два луча, имеющие некоторую разность фаз, движущиеся в одном направлении и имеющие одинаковую частоту, накладываются друг на друга, вызывая интерференцию . Эта интерференционная картина (серия пиков и спадов интенсивности) записывается на фотопластинку. Серии пиков и минимумов интенсивности равномерно распределены вокруг центральной точки.

Диаграмма уравнения Брэгга.(Фото: Hydrargyrum/Wikimedia commons)

Пусть угол падения рентгеновских лучей равен

. Условие конструктивной интерференции (яркое пятно), определяемое законом Брэгга, имеет вид

 , где

= длина волны рентгеновского излучения,

= n-го пика интенсивности относительно центральной точки,

d = межплоскостное расстояние.

Здесь угол

измерен с помощью шкал на приборе, а длина волны , уже известна. Таким образом, можно рассчитать d .

Используя уравнение Брэгга, можно рассчитать dhkl . Когда кристалл вращается, начинает отражаться другой набор параллельных плоскостей. Рассчитывается межплоскостное расстояние для этих плоскостей, а затем фокусируется новый набор плоскостей. Таким образом вычисляются все возможные значения dhkl (т.е. межплоскостные расстояния всех плоскостей) кристалла.

Сейчас,

Для первого яркого пятна, n=1,

, l ) значения могут быть рассчитаны для неизвестного кристалла (т.е. точное значение a неизвестно). Поскольку многие кристаллы уже были измерены, ( h, k, l ) можно найти в справочных таблицах.

Вердикт

Рентгеновская дифракция — важный инструмент в физике твердого тела. От определения кристаллической структуры до проверки кристаллических составляющих предметов повседневного обихода. На самом деле Нобелевская премия по физиологии в 1962 году была присуждена за открытие молекулярной структуры нуклеиновых кислот.

.