Какие бывают решетки в химии: Как определить вид кристаллической решетки. Кристаллические решетки в химии

Содержание

Как определить вид кристаллической решетки. Кристаллические решетки в химии

Одним из самых распространенных материалов, с которым всегда предпочитали работать люди, был металл. В каждую эпоху предпочтение отдавалось разным видам этих удивительных веществ. Так, IV-III тысячелетия до нашей эры считаются веком хальколита, или медным. Позже его сменяет бронзовый, а затем в силу вступает тот, что и по сей день является актуальным — железный.

Сегодня вообще сложно представить, что когда-то можно было обходиться без металлических изделий, ведь практически все, начиная от предметов быта, медицинских инструментов и заканчивая тяжелой и легкой техникой, состоит из этого материала или включает в свой состав отдельные части из него. Почему же металлы сумели завоевать такую популярность? В чем проявляются особенности и как это заложено в их строении, попробуем разобраться далее.

Общее понятие о металлах

«Химия. 9 класс» — это учебник, по которому проходят обучение школьники. Именно в нем подробно изучаются металлы. Рассмотрению их физических и химических свойств отведена большая глава, ведь разнообразие их чрезвычайно велико.

Именно с этого возраста рекомендуют давать детям представление о данных атомах и их свойствах, ведь подростки уже вполне могут оценить значение подобных знаний. Они прекрасно видят, что окружающее их разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу.

Что же такое металл? С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

  • малое на внешнем уровне;
  • проявляют сильные восстановительные свойства;
  • имеют большой атомный радиус;
  • как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств.

Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

В периодической системе для металлов отводится большая часть всей таблицы, ведь они образуют все побочные подгруппы и главные с первой по третью группу. Поэтому их численное превосходство очевидно. Самыми распространенными являются:

  • кальций;
  • натрий;
  • титан;
  • железо;
  • магний;
  • алюминий;
  • калий.

Все металлы имеют ряд свойств, которые позволяют объединять их в одну большую группу веществ. В свою очередь, эти свойства объясняет именно кристаллическое строение металлов.

Свойства металлов

К специфическим свойствам рассматриваемых веществ относят следующие.

  1. Металлический блеск. Все представители простых веществ им обладают, причем большинство одинаковым Лишь некоторые (золото, медь, сплавы) отличаются.
  2. Ковкость и пластичность — способность деформироваться и восстанавливаться достаточно легко. У разных представителей выражена в неодинаковой мере.
  3. Электропроводность и теплопроводность — одно из основных свойств, которое определяет области применения металла и его сплавов.

Кристаллическое строение металлов и сплавов объясняет причину каждого из обозначенных свойств и говорит о выраженности их у каждого конкретного представителя. Если знать особенности такого строения, то можно влиять на свойства образца и подстраивать его под нужные параметры, что и делают люди уже многие десятилетия.

Атомно-кристаллическое строение металлов

В чем же заключается такое строение, чем характеризуется? Само название говорит о том, что все металлы представляют собой кристаллы в твердом состоянии, то есть при обычных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). А что такое кристалл?

Это условное графическое изображение, построенное путем пересечения воображаемых линий через атомы, которые выстраивают тело. Другими словами, каждый металл состоит из атомов. Они располагаются в нем не хаотично, а очень правильно и последовательно. Так вот, если мысленно соединить все эти частицы в одну структуру, то получится красивое изображение в виде правильного геометрического тела какой-либо формы.

Это и принято называть кристаллической решеткой металла. Она очень сложная и пространственно объемная, поэтому для упрощения показывают не всю ее, а лишь часть, элементарную ячейку. Совокупность таких ячеек, собранная вместе и отраженная в и образует кристаллические решетки. Химия, физика и металловедение — это науки, которые занимаются изучением особенностей строения таких структур.

Сама — это набор атомов, которые располагаются на определенном расстоянии друг от друга и координируют вокруг себя строго фиксированное число других частиц. Она характеризуется плотностью упаковки, расстоянием между составными структурами, координационным числом. В целом все эти параметры являются характеристикой и всего кристалла, а значит, отражают и проявляемые металлом свойства.

Существует несколько разновидностей Объединяет их все одна особенность — в узлах находятся атомы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла.

Типы кристаллических решеток

Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие:

  1. Объемно-центрированная кубическая.
  2. Гексагональная плотноупакованная.
  3. Гранецентрированная кубическая.

Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.

Объемно-центрированная решетка

Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру. Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название «объемно-центрированная».

Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом. Такой тип имеют следующие металлы:

  • молибден;
  • ванадий;
  • хром;
  • марганец;
  • альфа-железо;
  • бетта-железо и другие.

Основные свойства таких представителей — высокая степень ковкости и пластичности, твердость и прочность.

Гранецентрированная решетка

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани.

Подобную структуру имеют:

  • алюминий;
  • никель;
  • свинец;
  • гамма-железо;
  • медь.

Основные отличительные свойства — блеск разного цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

Гексагональная решетка

Кристаллическое строение металлов, обладающих решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов.

Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как:

  • альфа-титан;
  • магний;
  • альфа-кобальт;
  • цинк.

Основные свойства — высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Дефекты кристаллического строения металлов

Однако все рассмотренные типы ячеек могут иметь и естественные недостатки, или так называемые дефекты. Это может быть связано с разными причинами: посторонними атомами и примесями в металлах, внешними воздействиями и прочим.

Поэтому существует классификация, отражающая дефекты, которые могут иметь кристаллические решетки. Химия как наука изучает каждый из них с целью выявления причины и способа устранения, чтобы свойства материала не были изменены. Итак, дефекты следующие.

  1. Точечные. Они бывают трех основных видов: вакансии, примеси или дислоцированные атомы. Приводят к ухудшению магнитных свойств металла, электро- и теплопроводности его.
  2. Линейные, или дислокационные. Выделяют краевые и винтовые. Ухудшают прочность и качество материала.
  3. Поверхностные дефекты. Влияют на внешний вид и структуру металлов.

В настоящее время разработаны методики устранения дефектов и получения чистых кристаллов. Однако совсем искоренить их не удается, идеальной кристаллической решетки не существует.

Значение знаний о кристаллическом строении металлов

Из вышеизложенного материала очевидно, что знания о тонкой структуре и строении позволяют спрогнозировать свойства материала и повлиять на них. И это позволяет делать наука химия. 9 класс общеобразовательной школы делает в процессе обучения упор на то, чтобы сформировать у учащихся четкое понятие о важном значении основополагающей логической цепочки: состав — строение — свойства — применение.

Сведения о кристаллическом строении металлов очень четко иллюстрирует и позволяет учителю наглядно объяснить и показать детям, насколько важно знать тонкую структуру, чтобы правильно и грамотно использовать все свойства.

Cтраница 1

Молекулярные кристаллические решетки и соответствующие им молекулярные связи образуются преимущественно в кристал-дах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалент-ными. При нагревании связи между молекулами легко разрушаются, поэтому вещества с молекулярными решетками обладают низкими температурами плавления.

Молекулярные кристаллические решетки образуются из полярных молекул, между которыми возникают силы взаимодействия, так называемые ван-дер-ваальсовы силы, имеющие электрическую природу. В молекулярной решетке они осуществляют довольно слабую связь. Молекулярную кристаллическую решетку имеют лед, природная сера и многие органические соединения.  

Молекулярная кристаллическая решетка иода показана на рис. 3.17. Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.  

Узлы молекулярной кристаллической решетки образованы молекулами. Молекулярную решетку имеют, например, кристаллы водорода, кислорода, азота, благородных газов, диоксида углерода, органических веществ.  

Наличие молекулярной кристаллической решетки твердой фазы является здесь причиной незначительной адсорбции ионов из маточного раствора, а следовательно, и гораздо более высокой чистоты осадков по сравнению с осадками, для которых характерна ионная кристал. Поскольку осаждение в этом случае происходит в оптимальной области кислотности, различной для ионов, осаждаемых этим реактивом, оно находится в зависимости от значения соответствующих констант устойчивости комплексов. Этот факт позволяет, регулируя кислотность раствора, достигать селективного, а иногда даже специфического осаждения определенных ионов. Подобные результаты часто могут быть получены путем подходящего изменения доноркых групп в органических реактивах с учетом особенностей катионов-ком-плексообразователей, которые осаждаются.  

В молекулярных кристаллических решетках наблюдается локальная анизотропия связей, а именно: внутримолекулярные силы очень велики по сравнению с межмолекулярными.  

В молекулярных кристаллических решетках в узлах решетки находятся молекулы. Большинство веществ с ковалентной связью образуют кристаллы такого типа. Молекулярные решетки образуют твердые водород, хлор, двуокись углерода и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы большинства органических веществ также относятся к этому типу. Таким образом, веществ с молекулярно кристаллической решеткой известно очень много.  

В молекулярных кристаллических решетках составляющие их молекулы связаны между собой при помощи относительно слабых ван-дер-ваальсовых сил, тогда как атомы внутри молекулы связаны значительно более сильной ковалентной связью.

Поэтому в таких решетках молекулы сохраняют свою индивидуальность и занимают один узел кристаллической решетки. Замещение здесь возможно в том случае, если молекулы сходны между собой по форме и по размерам. Поскольку силы, связывающие молекулы, относительно слабы, то и границы замещения здесь значительно шире. Как показал Никитин , атомы благородных газов могут изоморфно замещать молекулы СО2, SO2, Ch4COCh4 и другие в решетках этих веществ. Сходство химической формулы здесь оказывается не обязательным.  

В молекулярных кристаллических решетках в узлах решетки находятся молекулы. Большинство веществ с ковалентной связью образуют кристаллы такого типа. Молекулярные решетки образуют твердые водород, хлор, двуокись углерода и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы большинства органических веществ также относятся к этому типу. Таким образом, веществ с молекулярной кристаллической решеткой известно очень много. Молекулы, находящиеся в узлах решетки, связаны друг с другом межмолекулярными силами (природа этих сил была рассмотрена выше; см.

стр. Так как межмолекулярные силы значительно слабее сил химической связи, то молекулярные кристаллы легкоплавки, характеризуются значительной летучестью, твердость их невелика. Особенно низки температуры плавления и кипения у тех веществ, молекулы которых неполярны. Так, например, кристаллы парафина очень мягки, хотя ковалентные связи С-С в углеводородных молекулах, из которых состоят эти кристаллы, столь же прочны, как связи в алмазе. Кристаллы, образуемые благородными газами, также следует отнести к молекулярным, состоящим из одноатомных молекул, поскольку валентные силы в образовании этих кристаллов роли не играют, и связи между частицами здесь имеют тот же характер, что и в других молекулярных кристаллах; это обусловливает сравнительно большую величину межатомных расстояний в этих кристаллах.  

Схема регистрации дебаеграммм.  

В узлах молекулярных кристаллических решеток находятся молекулы, которые связаны друг с другом слабыми межмолекулярными силами. Такие кристаллы образуют вещества с ковалент-ной связью в молекулах. Веществ с молекулярной кристаллической решеткой известно очень много. Молекулярные решетки имеют твердые водород, хлор, диоксид углерода и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы большинства органических веществ также относятся к этому типу.  

Существующее в природе, образовано большим числом одинаковых частиц, которые связаны между собою. Все вещества существуют в трёх агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твёрдом. Когда затруднено тепловое движение (при низких температурах), а также в твердых веществах частицы строго ориентированы в пространстве, что проявляется в их точной структурной организации.

Кристаллическая решётка вещества — это структура с геометрически упорядоченным расположением частиц (атомы, молекулы либо ионы) в определённых точках пространства. В различных решетках различают межузловое пространство и непосредственно узлы — точки, в которых расположены сами частицы.

Кристаллическая решётка бывает четырех типов: металлическая, молекулярная, атомная, ионная. Типы решеток определяются в соответствии с видом частиц, расположенных в их узлах, а также характером связей между ними.

Кристаллическая решётка называется молекулярной в том случае, если в ее узлах располагаются молекулы. Они связаны между собой межмолекулярными сравнительно слабыми силами, называемые ван-дер-ваальсовыми, однако сами атомы внутри молекулы соединяются существенно более сильной либо неполярной). Молекулярная кристаллическая решетка свойственна хлору, твердому водороду, и другим веществам, являющимся газообразными при обычной температуре.

Кристаллы, которые образуют благородные газы, также имеют молекулярные решетки, состоящие из одноатомных молекул. Большинство твердых органических веществ имеют именно такую структуру. Число же которым свойственна молекулярная структура, весьма невелико. Это, например, твердые галогеноводороды, природная сера, лед, твердые простые вещества и некоторые другие.

При нагревании относительно слабые межмолекулярные связи разрушаются довольно легко, поэтому вещества с такими решетками имеют очень низкие температуры плавления и малую твердость, они нерастворимы либо малорастворимы в воде, растворы их практически не проводят электрический ток, характеризуются значительной летучестью. Минимальные температуры кипения и плавления — у веществ из неполярных молекул.

Металлической называется такая кристаллическая решетка, узлы которой сформированы атомами и положительными ионами (катионами) металла со свободными валентными электронами (отцепившимися от атомов при образовании ионов), беспорядочно движущимися в объеме кристалла. Однако эти электроны по существу являются полусвободными, так как могут беспрепятственно перемещаться только в рамках, которые ограничивает данная кристаллическая решетка.

Электростатические электроны и положительные ионы металлов взаимно притягиваются, чем объясняется стабильность металлической кристаллической решетки. Совокупность свободных движущихся электронов называют электронным газом — он обеспечивает хорошую электро- и При появлении электрического напряжения электроны устремляются к положительной частице, участвуя в создании электрического тока и взаимодействуя с ионами.

Металлическая кристаллическая решетка характерна, главным образом, для элементарных металлов, а также для соединений различных металлов друг с другом. Основные свойства, которые присущи металлическим кристаллам(механическая прочность, летучесть, достаточно сильно колеблются. Однако такие физические свойства, как пластичность, ковкость, высокая электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск свойственны лишь исключительно кристаллам с металлической решеткой.

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.

Конспект урока по химии на тему «Кристаллические решетки»

ХОД УРОКА

  1. Организационны. этап

Слайд 1

Слайд 2

Постановка проблемного

вопроса

Слайд 3

II. Актуализация знаний

Слайд 4

III. Формирование знаний

дать понятие о кристаллическом и аморфном состоянии твердых веществ, познакомить с типами кристаллических решеток;

развивать умения устанавливать причинно-следственную зависимость физических свойств веществ от химической связи и типа кристаллической решетки;

воспитывать интерес к предмету

Модели кристаллических решеток поваренной соли, алмаза, графита, углекислого газа, металлов; пластилин, жевательная резинка, смолы, воск, поваренная соль NaCl, графит, сахар, вода; презентация.

формирование знаний

фронтальная, парная, индивидуальная.

объяснительно-иллюстративный, постановка проблемного вопроса, демонстрационный опыт, лабораторная работа.

Сегодня я хочу начать урок со слов поэта Леонида Мартынова:

«В мире этом – я знаю –

нет счета сокровищам,

Но весьма поучительно

для очей заглянуть

повнимательнее в нутро вещам,

прямо в нутро вещей».

Тема урока: Кристаллические решетки

Цель урока – понять, что такое кристаллическое и аморфное состояние твердых веществ, познакомиться с типами кристаллических решеток, законом постоянства состава веществ.

Посмотрите на слайд. На нем представлены вещества:

алмаз, медный купорос, аметист, графит, алюминий,

оксид кремния (IV), ртуть, каменная соль.

В конце урока вы должны ответить на вопрос:

Что общего у этих веществ?

Какие агрегатные состояния веществ вы знаете?

(О): Твердое, жидкое и газообразное.

Следовательно: вещества по агрегатному состоянию делят на газы, жидкости и твердые тела.

(запись схемы в тетрадь)

Приведите примеры веществ.

Для нас важны все три агрегатных состояния, так как любое вещество

может быть газом, жидкостью или твердым веществом.

Приведите примеры такого перехода:

лед ↔ вода ↔ пар;

твердый натрий легко плавится и может испарятся, т.е. быть газообразным.

Газ кислород при низких температурах сначала превращается в жидкость, а при еще более низких – затвердевает в синие кристаллы.

Сегодня мы рассмотрим твердое состояние вещества.

Посмотрите на ваших столах предложены вещества

Пластилин, жевательная резинка, смола, воск, соль NaCl, графит, сахар.

Распределите предложенные вещества на две группы (по своему усмотрению).

Ответ учащихся

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Демонстрация решетки

Слайд 10

Пластилин, жевательная резинка, смола, воск – это аморфные вещества. У них часто нет постоянной температуры плавления, наблюдается текучесть, нет упорядоченного строения.

Напротив, соль NaCl, графит и сахар – кристаллические вещества. Для них характерны четкие температуры плавления, правильные геометрические формы, симметрия, упорядоченное строение.

Исходя из вашего ответа следует вывод,

что все твердые вещества делятся на аморфные и кристаллические (их характеристика) (Запись в тетради)

Что бы выяснить отличие аморфных и кристаллических веществ мы заглянем внутрь этих веществ.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением частиц, из которых они построены: атомов, молекул или ионов. Эти частицы расположены в строго определенных точках пространства – называемых узлами. Если соединить узлы прямыми линиями, то образуется пространственный каркас – кристаллическая решетка.

В соответствии с видом частиц можно выделить четыре типа кристаллических решеток: ионная, атомная, молекулярная, металлическая

Установим взаимосвязь между типом решетки, видом химической связи и свойствами веществ (заполнение таблицы)

1 кристаллическая решетка – ИОННАЯ.

Виды частиц в узлах решетки? -ионы

Вид связи между частицами – ионная, прочная.

Какие вещества могут иметь ионную кристаллическую решетку? – соли, оксиды и гидроксиды типичных металлов (IIII групп)

Какими физ. свойствами будут обладать такие вещества? – твердые, прочные, нелетучие, тугоплавкие.

Следующий тип кристаллической решетки – АТОМНАЯ

Виды частиц в узлах решетки – атомы

Вид связи между частицами? –( атомная или) ковалентная

Примеры – графит (его крист. решетка показана на слайде), кварц, алмаз.

Физические свойства веществ – такие же что и у веществ с ионной кристаллической решеткой – твердые, прочные, нелетучие, тугоплавкие, не растворимы в воде.

У алмаза кристаллическая решетка по структуре отличается от решетки графита. Она имеет тетраэдрическое строение. Из за такого своего строения алмаз – твердое, очень прочное вещество.

3 тип крист. решетки – МОЛЕКУЛЯРНАЯ.

В узлах такой решетки находятся – молекулы.

Между молекулами – слабые силы межмолекулярного притяжения, а внутри молекул – прочная ковалентная связь.

Примеры веществ –твердые при особых условиях вещества, которые при обычных условиях газы, жидкости; сера, иод, уксусная кислота.

Характерные физ .свойства таких веществ – непрочные, летучие, легкоплавкие, имеющие малую твердость.

На слайде приведена крист. решетка углекислого газа – оксида углерода (IV). В узлах находится молекула, состоящая из атома углерода и двух атомов кислород.

демонстрация крист решетки иода

Демонстрационный опыт.

Слайд 11

раздаточный материал

Слайд 12

Ответ учеников.

Слайд 13

Слайд 14

VI.
Обобщение.
Первичное закрепление знаний

Слайд 15, 16

В кристаллических решетках простых веществ, например иода – в узлах находятся двухатомные молекулы иода.

Для веществ с молекулярной решеткой характерно явление возгонки (сублимации).

Возгонка иода. (Возгонка – это превращение (при нагревании) твердого вещества в газ, минуя жидкую фазу, а затем снова кристаллизация в виде инея.)

И последняя крист. решетка – МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ

В узлах находятся – атом – ионы (металлов)

Связь – металлическая, осуществляемая свободными обобществленными электронами (которые двигаются между атом – ионами).

Посмотрите на кристаллическую решетка металлов, где показано что между ионами металлов находятся свободные электроны.

Примеры – металлы и сплавы.

Какими физ. свойствами будут обладать такие вещества? – ковкие, пластичные, электро – и теплопроводны, имеют мет. блеск ( все свойства металлов).

Рассмотрев типы кристаллических решеток мы с вами установили взаимосвязь между строением атома, химическими связями, кристаллическими решетками и свойствами веществ

Строение химическая связь кристаллическая решетка свойства вещества.

Какой тип кристаллической решетки не встречается в простых веществах?

У простых веществ не бывает ионных решеток.

Откройте учебник на стр. 80, табл. 6 и обратите внимание на типы кристаллических решеток простых веществ в зависимости от их положения в периодической системе.

Для простых веществ-металлов- характерна металлическая кристаллическая решетка;

для неметаллов — атомная или молекулярная.

Остался еще один момент урока – закон постоянства состава вещества, которому подчиняются вещества с молекулярным строением (вещества с молекулярной крист решеткой).

Этот закон открыт французским химиком Ж.Л.Прустом.

Его формулировка такова:

вещества молекулярного строения имеют постоянный состав независимо от способа их получения.

Н-р: вода – не зависимо от того как ее получают, в каком агрегатном состоянии она находится, состав ее не меняется – Н2О

Для веществ с ионным строением закон Пруста не всегда выполняется.

Мы заглянули в нутро вещей. Рассмотрели кристаллические решетки

А теперь ответим на вопрос, который был задан в начале урока.

Что общего у предложенных веществ веществ?

Самостоятельная работа

V Подведение итогов.

Рефлексия. Анкета
VI.
Домашнее задание
  1. Какие кристаллические решетки у О2, Н2О, NaCl, С?

  1. Кремний имеет атомную кристаллическую решетку. Каковы его физические свойства?

  2. Оксид СО2 имеет низкую tпл, а кварц SiO2 – очень высокую (кварц плавится при 1725°С). Какие кристаллические решетки они должны иметь?

  • На уроке я работал активно/пассивно
  • Своей работой на уроке я доволен/не доволен
  • Урок для меня показался коротким/длинным
  • За урок я не устал/устал
  • Материал урока мне был понятен/не понятен
полезен/бесполезен
интересен/скучен
§ 22, упр. 6

Кристаллические решетки, вид связи и свойства веществ

Атомная

Молекулярная

Металлическая

Объемноцентрированная кубическая кристаллическая решетка

Координационное число (в химии и кристаллографии) — характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 158
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE

Структура решетки

Атомы расположены в центрах граней и вершинах простой кубической решетки. Соответствует одной из возможных плотных упаковок шаров в пространстве. Ближайшие друг к другу атомы формируют тетраэдры и октаэдры, полностью заполняющие пространство. Область пространства, лежащая ближе к данному атому, чем к остальным атомам, для ГЦК решетки представляет собой ромбододекаэдр. Атомы, ближайшие к данному, лежат на вершинах кубооктаэдра.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 450
Источник: http://tm.spbstu.ru/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D1%83%D0%B1%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0

А) объемноцентрированная кубическая

б) гранецентрированная кубическая

в) гексагональная плотноупакованная

Некоторые металлы, в зависимости от температуры, могут иметь различный тип кристаллической решётки, т. е. могут существовать в различных кристаллических модификаций.

Полиморфизм (аллотропия) – когда металл имеет разную кристаллическую решётку в зависимости от условия образования. Переход одной решётки в другую называется полиморфное или аллотропическое состояние. Полиморфные превращения в металлах происходят при изменении температуры. Так, при температуре свыше 723°С железо переходит из α – модификации в γ – модификацию, при этом изменяются физико-механические свойства металла.

Чтобы отличить одну кристаллическую решётку железа Fe от другой ставят значок α или γ

В монокристаллах свойства металла по различным направлениям различны – это явление носит название анизотропией.

В реальных поликристаллических металлах свойства по любому направлению одинаково – это явление называется изотропией.

Металлы обладают целым рядом общих свойств:

Высокая электо- и теплопроводимость

Характерный металлический блеск

Положительный коэффициент электросопротивления

Способность к значительной пластической деформации

Одним из самых распространенных материалов, с которым всегда предпочитали работать люди, был металл. В каждую эпоху предпочтение отдавалось разным видам этих удивительных веществ. Так, IV-III тысячелетия до нашей эры считаются веком хальколита, или медным. Позже его сменяет бронзовый, а затем в силу вступает тот, что и по сей день является актуальным — железный.

Сегодня вообще сложно представить, что когда-то можно было обходиться без металлических изделий, ведь практически все, начиная от предметов быта, медицинских инструментов и заканчивая тяжелой и легкой техникой, состоит из этого материала или включает в свой состав отдельные части из него. Почему же металлы сумели завоевать такую популярность? В чем проявляются особенности и как это заложено в их строении, попробуем разобраться далее.

Блок: 2/11 | Кол-во символов: 2004
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Распространенность в природе

Этой решеткой обладает ряд металлов (алюминий, золото, медь, серебро, никель, платина и др.), ее образуют при конденсации инертные газы.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 168
Источник: http://tm.spbstu.ru/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D1%83%D0%B1%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0

Общее понятие о металлах

«Химия. 9 класс» — это учебник, по которому проходят обучение школьники. Именно в нем подробно изучаются металлы. Рассмотрению их физических и химических свойств отведена большая глава, ведь разнообразие их чрезвычайно велико.

Именно с этого возраста рекомендуют давать детям представление о данных атомах и их свойствах, ведь подростки уже вполне могут оценить значение подобных знаний. Они прекрасно видят, что окружающее их разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу.

Что же такое металл? С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

  • малое число электронов на внешнем уровне;
  • проявляют сильные восстановительные свойства;
  • имеют большой атомный радиус;
  • как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств.

Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

В периодической системе для металлов отводится большая часть всей таблицы, ведь они образуют все побочные подгруппы и главные с первой по третью группу. Поэтому их численное превосходство очевидно. Самыми распространенными являются:

Все металлы имеют ряд свойств, которые позволяют объединять их в одну большую группу веществ. В свою очередь, эти свойства объясняет именно кристаллическое строение металлов.

Блок: 3/11 | Кол-во символов: 1399
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Геометрия решетки

Орты (единичные векторы) , задающие направление от некоторого атома кристаллической решетки к его ближайшим соседям, могут быть представлены в виде:

,

где — орты Декартовой системы координат.

Безразмерные параметры координационного тензора

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 259
Источник: http://tm. spbstu.ru/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D1%83%D0%B1%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0

Свойства металлов

К специфическим свойствам рассматриваемых веществ относят следующие.

  1. Металлический блеск. Все представители простых веществ им обладают, причем большинство одинаковым серебристо-белым цветом. Лишь некоторые (золото, медь, сплавы) отличаются.
  2. Ковкость и пластичность — способность деформироваться и восстанавливаться достаточно легко. У разных представителей выражена в неодинаковой мере.
  3. Электропроводность и теплопроводность — одно из основных свойств, которое определяет области применения металла и его сплавов.

Кристаллическое строение металлов и сплавов объясняет причину каждого из обозначенных свойств и говорит о выраженности их у каждого конкретного представителя. Если знать особенности такого строения, то можно влиять на свойства образца и подстраивать его под нужные параметры, что и делают люди уже многие десятилетия.

Блок: 4/11 | Кол-во символов: 845
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Атомно-кристаллическое строение металлов

В чем же заключается такое строение, чем характеризуется? Само название говорит о том, что все металлы представляют собой кристаллы в твердом состоянии, то есть при обычных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). А что такое кристалл?

Это условное графическое изображение, построенное путем пересечения воображаемых линий через атомы, которые выстраивают тело. Другими словами, каждый металл состоит из атомов. Они располагаются в нем не хаотично, а очень правильно и последовательно. Так вот, если мысленно соединить все эти частицы в одну структуру, то получится красивое изображение в виде правильного геометрического тела какой-либо формы.

Это и принято называть кристаллической решеткой металла. Она очень сложная и пространственно объемная, поэтому для упрощения показывают не всю ее, а лишь часть, элементарную ячейку. Совокупность таких ячеек, собранная вместе и отраженная в трехмерном пространстве, и образует кристаллические решетки. Химия, физика и металловедение — это науки, которые занимаются изучением особенностей строения таких структур.

Сама элементарная ячейка — это набор атомов, которые располагаются на определенном расстоянии друг от друга и координируют вокруг себя строго фиксированное число других частиц. Она характеризуется плотностью упаковки, расстоянием между составными структурами, координационным числом. В целом все эти параметры являются характеристикой и всего кристалла, а значит, отражают и проявляемые металлом свойства.

Существует несколько разновидностей кристаллических решеток. Объединяет их все одна особенность — в узлах находятся атомы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла.

Блок: 5/11 | Кол-во символов: 1760
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja. html

Типы кристаллических решеток

Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие:

  1. Объемно-центрированная кубическая.
  2. Гексагональная плотноупакованная.
  3. Гранецентрированная кубическая.

Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря электронной микроскопии, когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.

Блок: 6/11 | Кол-во символов: 482
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Объемно-центрированная решетка

Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру. Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название «объемно-центрированная».

Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом. Такой тип имеют следующие металлы:

  • молибден;
  • ванадий;
  • хром;
  • марганец;
  • альфа-железо;
  • бетта-железо и другие.

Основные свойства таких представителей — высокая степень ковкости и пластичности, твердость и прочность.

Блок: 7/11 | Кол-во символов: 610
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Гранецентрированная решетка

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани.

Подобную структуру имеют:

Основные отличительные свойства — блеск разного цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

Блок: 8/11 | Кол-во символов: 445
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Гексагональная решетка

Кристаллическое строение металлов, обладающих данным типом решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов.

Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как:

Основные свойства — высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Блок: 9/11 | Кол-во символов: 434
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Дефекты кристаллического строения металлов

Однако все рассмотренные типы ячеек могут иметь и естественные недостатки, или так называемые дефекты. Это может быть связано с разными причинами: посторонними атомами и примесями в металлах, внешними воздействиями и прочим.

Поэтому существует классификация, отражающая дефекты, которые могут иметь кристаллические решетки. Химия как наука изучает каждый из них с целью выявления причины и способа устранения, чтобы свойства материала не были изменены. Итак, дефекты следующие.

  1. Точечные. Они бывают трех основных видов: вакансии, примеси или дислоцированные атомы. Приводят к ухудшению магнитных свойств металла, электро- и теплопроводности его.
  2. Линейные, или дислокационные. Выделяют краевые и винтовые. Ухудшают прочность и качество материала.
  3. Поверхностные дефекты. Влияют на внешний вид и структуру металлов.

В настоящее время разработаны методики устранения дефектов и получения чистых кристаллов. Однако совсем искоренить их не удается, идеальной кристаллической решетки не существует.

Блок: 10/11 | Кол-во символов: 1028
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Значение знаний о кристаллическом строении металлов

Из вышеизложенного материала очевидно, что знания о тонкой структуре и строении позволяют спрогнозировать свойства материала и повлиять на них. И это позволяет делать наука химия. 9 класс общеобразовательной школы делает в процессе обучения упор на то, чтобы сформировать у учащихся четкое понятие о важном значении основополагающей логической цепочки: состав — строение — свойства — применение.

Сведения о кристаллическом строении металлов очень четко иллюстрирует эту зависимость и позволяет учителю наглядно объяснить и показать детям, насколько важно знать тонкую структуру, чтобы правильно и грамотно использовать все свойства.

Блок: 11/11 | Кол-во символов: 682
Источник: https://vi-pole.ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 12839
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. http://tm.spbstu.ru/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D1%83%D0%B1%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D1%88%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 877 (7%)
  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%87%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 2273 (18%)
  3. https://vi-pole. ru/obemnocentrirovannaja-kubicheskaja.html: использовано 10 блоков из 11, кол-во символов 9689 (75%)

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

Загрузка…

Кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов

Одним из самых распространенных материалов, с которым всегда предпочитали работать люди, был металл. В каждую эпоху предпочтение отдавалось разным видам этих удивительных веществ. Так, IV-III тысячелетия до нашей эры считаются веком хальколита, или медным. Позже его сменяет бронзовый, а затем в силу вступает тот, что и по сей день является актуальным — железный.

Сегодня вообще сложно представить, что когда-то можно было обходиться без металлических изделий, ведь практически все, начиная от предметов быта, медицинских инструментов и заканчивая тяжелой и легкой техникой, состоит из этого материала или включает в свой состав отдельные части из него. Почему же металлы сумели завоевать такую популярность? В чем проявляются особенности и как это заложено в их строении, попробуем разобраться далее.

Общее понятие о металлах

«Химия. 9 класс» — это учебник, по которому проходят обучение школьники. Именно в нем подробно изучаются металлы. Рассмотрению их физических и химических свойств отведена большая глава, ведь разнообразие их чрезвычайно велико.

Именно с этого возраста рекомендуют давать детям представление о данных атомах и их свойствах, ведь подростки уже вполне могут оценить значение подобных знаний. Они прекрасно видят, что окружающее их разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу.

Что же такое металл? С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

  • малое число электронов на внешнем уровне;
  • проявляют сильные восстановительные свойства;
  • имеют большой атомный радиус;
  • как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств.

Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

В периодической системе для металлов отводится большая часть всей таблицы, ведь они образуют все побочные подгруппы и главные с первой по третью группу. Поэтому их численное превосходство очевидно. Самыми распространенными являются:

  • кальций;
  • натрий;
  • титан;
  • железо;
  • магний;
  • алюминий;
  • калий.

Все металлы имеют ряд свойств, которые позволяют объединять их в одну большую группу веществ. В свою очередь, эти свойства объясняет именно кристаллическое строение металлов.

Свойства металлов

К специфическим свойствам рассматриваемых веществ относят следующие.

  1. Металлический блеск. Все представители простых веществ им обладают, причем большинство одинаковым серебристо-белым цветом. Лишь некоторые (золото, медь, сплавы) отличаются.
  2. Ковкость и пластичность — способность деформироваться и восстанавливаться достаточно легко. У разных представителей выражена в неодинаковой мере.
  3. Электропроводность и теплопроводность — одно из основных свойств, которое определяет области применения металла и его сплавов.

Кристаллическое строение металлов и сплавов объясняет причину каждого из обозначенных свойств и говорит о выраженности их у каждого конкретного представителя. Если знать особенности такого строения, то можно влиять на свойства образца и подстраивать его под нужные параметры, что и делают люди уже многие десятилетия.

Атомно-кристаллическое строение металлов

В чем же заключается такое строение, чем характеризуется? Само название говорит о том, что все металлы представляют собой кристаллы в твердом состоянии, то есть при обычных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). А что такое кристалл?

Это условное графическое изображение, построенное путем пересечения воображаемых линий через атомы, которые выстраивают тело. Другими словами, каждый металл состоит из атомов. Они располагаются в нем не хаотично, а очень правильно и последовательно. Так вот, если мысленно соединить все эти частицы в одну структуру, то получится красивое изображение в виде правильного геометрического тела какой-либо формы.

Это и принято называть кристаллической решеткой металла. Она очень сложная и пространственно объемная, поэтому для упрощения показывают не всю ее, а лишь часть, элементарную ячейку. Совокупность таких ячеек, собранная вместе и отраженная в трехмерном пространстве, и образует кристаллические решетки. Химия, физика и металловедение — это науки, которые занимаются изучением особенностей строения таких структур.

Сама элементарная ячейка — это набор атомов, которые располагаются на определенном расстоянии друг от друга и координируют вокруг себя строго фиксированное число других частиц. Она характеризуется плотностью упаковки, расстоянием между составными структурами, координационным числом. В целом все эти параметры являются характеристикой и всего кристалла, а значит, отражают и проявляемые металлом свойства.

Существует несколько разновидностей кристаллических решеток. Объединяет их все одна особенность — в узлах находятся атомы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла.

Типы кристаллических решеток

Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие:

  1. Объемно-центрированная кубическая.
  2. Гексагональная плотноупакованная.
  3. Гранецентрированная кубическая.

Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря электронной микроскопии, когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.

Объемно-центрированная решетка

Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру. Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название «объемно-центрированная».

Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом. Такой тип имеют следующие металлы:

  • молибден;
  • ванадий;
  • хром;
  • марганец;
  • альфа-железо;
  • бетта-железо и другие.

Основные свойства таких представителей — высокая степень ковкости и пластичности, твердость и прочность.

Гранецентрированная решетка

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани.

Подобную структуру имеют:

  • алюминий;
  • никель;
  • свинец;
  • гамма-железо;
  • медь.

Основные отличительные свойства — блеск разного цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

Гексагональная решетка

Кристаллическое строение металлов, обладающих данным типом решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов.

Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как:

  • альфа-титан;
  • магний;
  • альфа-кобальт;
  • цинк.

Основные свойства — высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Дефекты кристаллического строения металлов

Однако все рассмотренные типы ячеек могут иметь и естественные недостатки, или так называемые дефекты. Это может быть связано с разными причинами: посторонними атомами и примесями в металлах, внешними воздействиями и прочим.

Поэтому существует классификация, отражающая дефекты, которые могут иметь кристаллические решетки. Химия как наука изучает каждый из них с целью выявления причины и способа устранения, чтобы свойства материала не были изменены. Итак, дефекты следующие.

  1. Точечные. Они бывают трех основных видов: вакансии, примеси или дислоцированные атомы. Приводят к ухудшению магнитных свойств металла, электро- и теплопроводности его.
  2. Линейные, или дислокационные. Выделяют краевые и винтовые. Ухудшают прочность и качество материала.
  3. Поверхностные дефекты. Влияют на внешний вид и структуру металлов.

В настоящее время разработаны методики устранения дефектов и получения чистых кристаллов. Однако совсем искоренить их не удается, идеальной кристаллической решетки не существует.

Значение знаний о кристаллическом строении металлов

Из вышеизложенного материала очевидно, что знания о тонкой структуре и строении позволяют спрогнозировать свойства материала и повлиять на них. И это позволяет делать наука химия. 9 класс общеобразовательной школы делает в процессе обучения упор на то, чтобы сформировать у учащихся четкое понятие о важном значении основополагающей логической цепочки: состав — строение — свойства — применение.

Сведения о кристаллическом строении металлов очень четко иллюстрирует эту зависимость и позволяет учителю наглядно объяснить и показать детям, насколько важно знать тонкую структуру, чтобы правильно и грамотно использовать все свойства.

Методическая разработка урока по теме «Кристаллические решётки»

Работа с учебником

Какие вещества называют аморфными?

Кристаллические вещества характеризуются упорядоченным
расположением в пространстве образующих их частиц, формированием кристаллов с определенной кристаллической решеткой.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называются узлами решетки. Частицами могут быть атомы, ионы и молекулы, в узлах решетки они совершают колебательные движения, при повышении температуры их колебания возрастают, происходит тепловое расширение тел.

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

Атомные кристаллические решетки характеризуются наличием в узлах отдельных атомов. Вид химической связи в подобных решетках ковалентная неполярная. Такой тип кристаллической решетки имеют простые вещества алмаз, графит (аллотропные видоизменения углерода), бор, кремний, германий и сложное вещество оксид кремния, который входит в состав кремнезема, горного хрусталя, кварца, песка.

Работа с учебником. Выпишите особенности физических свойств веществ с атомной кристаллической решеткой.

Ионные кристаллические решетки характеризуются наличием в узлах ионов. Такой тип кристаллической решетки имеют вещества с ионной связью. Она может возникнуть между простыми
ионами — Na+CP или сложными — (Nh5)+(OH)-. Таким образом, соли, основания и некоторые оксиды имеют ионную кристаллическую решетку.

Работа с учебником. Выпишите особенности физических свойств веществ с ионной кристаллической решеткой.

Все они твердые, тугоплавкие (/пл поваренной соли 801 °С, оксида кальция — 2580 °С), многие растворимы в воде, в отличие от веществ с атомной кристаллической решеткой.

Молекулярные кристаллические решетки характеризуются наличием в узлах молекул (рис. 72, с. 119). Вид химической связи
в этих молекулах: ковалентная полярная (Н20, НС1, Nh4) и ковалентная неполярная (N2, С12, Н2). Силы межмолекулярного взаимодействия в кристалле очень слабые. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой обладают малой твердостью, легкоплавкие, летучие. Например, твердый углекислый газ — «сухой лед», твердая вода — лед, сера кристаллическая, органические
вещества сахароза, нафталин, глюкоза.

(Ученики читают теоретический материал в учебнике)

Металлическая кристаллическая решетка характерна для всех веществ с металлической связью (рис. 73, с. 119). В узлах таких решеток находятся атомы, атом- ионы, а также свободные электроны. Такое внутреннее строение обусловливает общие физические свойства металлов: ковкость, пластичность, металлический блеск, электро- и теплопроводность.

Как определить, какой тип кристаллической решетки характерен для простого вещества, образованного определенным химическим элементом?

(Учитель обращает внимание учеников на табл. 6 «Положение
элементов в ПСХЭ Д.И. Менделеева и типы кристаллических решеток их простых веществ» (с. 116).)

На основании молекулярной формулы вещества можно дать
характеристику вещества и его свойств, руководствуясь следующим планом:

1. Молекулярная формула вещества, его название.

2. Качественный и количественный состав молекулы вещества.

3. Простое или сложное вещество, молярная масса, отношение масс в молекуле вещества, массовые доли элементов
в соединении.

4. Вид химической связи, тип кристаллической решетки.

5. Особенности физических свойств вещества.

Кристаллические решетки и элементарная ячейка

Твердые тела делятся на два типа.

  • Аморфное твердое тело не имеет определенной формы или структуры.

  • Другим является кристаллическая структура или кристаллы, которые имеют хорошо организованную структуру частиц.

Правильное расположение атомов составляет структуру кристаллов (или частиц). Кристаллическая решетка представляет собой трехмерное представление определенного расположения атомов.

В результате решетка представляет собой набор точек, расположенных в определенном порядке, который описывает расположение частиц в кристаллическом твердом теле.

Огюст Браве, французский ученый, обнаружил, что существует четырнадцать различных трехмерных решеток на выбор.

Эти 14 компоновок решетки Браве имеют шесть основных форм и некоторые важные характеристики:

  • Точка решетки — это точка на решетке, представляющая одну кристаллическую частицу.

  • Этой частицей может быть атом, молекула или даже ионы.

  • Точки решетки кристалла соединены прямыми линиями.

  • Геометрия (или форма) кристалла получается путем объединения этих точек.

  • Каждая из четырнадцати решеток имеет различную геометрию.

Введение в элементарную ячейку

Самая простая и наименее объемная повторяющаяся структура любого твердого материала — это элементарная ячейка.

Его цель — упростить кристаллические узоры, образованные твердыми телами.

Повторяющееся расположение элементарных ячеек образует полную пространственную решетку.Даже сама по себе элементарная ячейка представляет собой геометрическую фигуру.

У него три ребра. Эти три ребра также образуют три разных угла. Ребра элементарной ячейки следующие:

  • A: ребра, определяемые векторами решетки b и c

  • B: ребра, определяемые векторами решетки a и c

  • C: ребра, определяемые векторами решетки a и b

Межфазные углы элементарной ячейки следующие:

  • α: угол между ребрами b и c

  • β: угол между ребрами a и c: угол между ребрами a и 9 b ребра

Ячейки примитивной ячейки

Атомы, молекулы или ионы находятся только в углах решетки примитивной элементарной ячейки.

В базовой элементарной ячейке нет частиц в любом другом положении. В результате примитивная элементарная ячейка имеет только одну точку решетки.

Элементарные ячейки, не являющиеся примитивными

Частицы в этой форме элементарной ячейки находятся не только в углах решетки, но и в других местах.

Эти дополнительные составляющие частицы можно найти на поверхности элементарной ячейки или внутри нее.

В непримитивной элементарной ячейке имеется несколько узлов решетки.Существует три разных типа непримитивных элементарных ячеек:

  • Body-Centered: имеет единственную частицу в середине тела. Остальные частицы (одна или несколько) располагаются в углу решетки.

  • Face Centered: имеет частицы на всех гранях решетки, а также частицы на углах.

  • Конец по центру: Противоположные грани имеют частицы по углам и одну частицу в центре.

(Изображение скоро будет обновлено)

Решетчатый центрирующий и координационный номер | Химия

11.15: Центрирование решетки и номер координации

Структуру кристаллического твердого тела, будь то металл или нет, лучше всего описать, рассматривая его простейшую повторяющуюся единицу, которая называется его элементарной ячейкой. Элементарная ячейка состоит из точек решетки, которые представляют собой расположение атомов или ионов. Тогда вся структура состоит из этой элементарной ячейки, повторяющейся в трех измерениях. Три различных типа элементарных ячеек, присутствующих в кубической решетке, показаны на рисунке 1.

Типы ячеек

Представьте себе, что вы берете большое количество одинаковых сфер и равномерно размещаете их в контейнере так, чтобы один слой находился непосредственно над сферами нижнего слоя. Такое расположение называется простой кубической структурой, а элементарная ячейка называется простой кубической элементарной ячейкой или примитивной кубической элементарной ячейкой. В простой кубической структуре сферы не упакованы так плотно, как могли бы быть, и они «заполняют» только около 52% объема контейнера.

Атом в таком расположении контактирует только с четырьмя ближайшими соседями в своем слое; один атом непосредственно над ним в слое выше; и один атом непосредственно под ним в слое ниже. Число других частиц, с которыми контактирует каждая частица в кристаллическом твердом теле, известно как ее координационное число. Таким образом, для атома полония в простой кубической матрице координационное число равно шести.

Рисунок 1. Три различные структуры кристаллической решетки, представленные системами кубической решетки.

В примитивной кубической решетке повторяющаяся во всех направлениях элементарная ячейка представляет собой куб, определяемый центрами восьми атомов. Атомы в соседних углах этой элементарной ячейки контактируют друг с другом, поэтому кубическая элементарная ячейка содержит только те части этих атомов, которые находятся внутри нее. Поскольку атом в углу простой кубической элементарной ячейки содержится всего в восьми элементарных ячейках, только одна восьмая часть этого атома находится внутри конкретной элементарной ячейки. А поскольку каждая простая кубическая элементарная ячейка имеет по одному атому в каждом из своих восьми «углов», в одной простой кубической элементарной ячейке находится 8 × 1/8 = 1 атом.

Некоторые металлы кристаллизуются в виде кубической элементарной ячейки с атомами во всех углах и атомом в центре. Это называется объемно-центрированным кубическим (ОЦК) телом. Атомы в углах элементарной ячейки ОЦК не контактируют друг с другом, а контактируют с атомом в центре. Элементарная ячейка ОЦК содержит два атома: одну восьмую атома в каждом из восьми углов (8 × 1/8 = 1 атом от углов) плюс один атом от центра. Любой атом в этой структуре касается четырех атомов в слое над ним и четырех атомов в слое под ним.Таким образом, атом в ОЦК-структуре имеет координационное число восемь. 90–125 Атомы в ОЦК-структурах гораздо более эффективно упакованы, чем в простой кубической структуре, занимая около 68% всего объема.

Многие другие металлы кристаллизуются по схеме кубической элементарной ячейки с атомами во всех углах и в центрах каждой грани. Такое расположение называется гранецентрированным кубическим (ГЦК) телом. Элементарная ячейка ГЦК содержит четыре атома: по одной восьмой атома на каждом из восьми углов (8 × 1/8 = 1 атом от углов) и по половине атома на каждой из шести граней (6 × 1 /2= 3 атома с граней).Атомы в углах касаются атомов в центрах соседних граней по диагоналям граней куба. Поскольку атомы находятся в одинаковых точках решетки, они имеют одинаковое окружение. Атомы в FCC-конфигурации упакованы максимально плотно друг к другу, при этом атомы занимают 74% объема. Каждый атом контактирует с шестью атомами в своем слое, с тремя в верхнем слое и с тремя в нижнем слое. При таком расположении каждый атом касается 12 ближайших соседей и, следовательно, имеет координационное число 12.

Этот текст был адаптирован из Openstax, Chemistry 2e, Sections 10. 5 The Solid State of Matter и 10.6 Решетчатые структуры в кристаллических твердых телах .

Исправлены несоответствующие решетки | Nature Chemistry

  • Hwang, H.Y. et al. Материя Природы. 11 , 103–113 (2012).

    КАС Статья Google ученый

  • Зубко П.и другие. год. Преподобный Конденс. Материя физ. 2 , 141–165 (2011).

    КАС Статья Google ученый

  • Garcia-Barriocanal, J. et al. Наука 321 , 676–680 (2008).

    КАС Статья Google ученый

  • Chen, Y.Z. et al. Природа Коммуна. 4 , 1371 (2014).

    Артикул Google ученый

  • Отски, К. Д. и др. Хим. Матер. 10 , 2579–2581 (1998).

    КАС Статья Google ученый

  • О’Салливан, М. и др. Природа Хим. 8 , 347–353 (2016).

    КАС Статья Google ученый

  • Nelson-Cheeseman, B.B. et al. Физ. B 76 , 220410(R) (2007).

    Артикул Google ученый

  • Мойер, Дж.А. и др. науч. Респ. 5 , 10363 (2015).

    КАС Статья Google ученый

  • Вонг Ф.Дж. и Раманатан С.Дж. Вак. науч. Технол. А 32 , 040801 (2014).

    Артикул Google ученый

  • О’Киф, М. Acta Cryst. А 33 , 924–927 (1977).

    Артикул Google ученый

  • Ние Ю. Ф. и др. Природа Коммуна. 5 , 4530 (2014).

    КАС Статья Google ученый

  • Минохара, М. и др. Нано Летт. 14 , 6743–6746 (2014).

    КАС Статья Google ученый

  • Лю, Х. и др. Заяв. физ. лат. 106 , 071603 (2015).

    Артикул Google ученый

  • Чахалян Ж., Миллис, А. и Рондинелли, Дж. Nature Mater. 11 , 92–94 (2012).

    КАС Статья Google ученый

  • Хванг, Дж. и др. Заяв. физ. лат. 100 , 191909 (2012).

    Артикул Google ученый

  • Кристаллические решетки и элементарные ячейки — вопросы и ответы по химии

    Этот набор вопросов и ответов по химии с несколькими вариантами ответов (MCQ) посвящен теме «Твердое тело — кристаллические решетки и элементарные ячейки».

    1. Что из следующего считается «повторяющимся объектом» трехмерной кристаллической структуры?
    a) Элементарная ячейка
    b) Решетка
    c) Кристалл
    d) Индекс Браве
    Просмотреть ответ

    Ответ: a
    Объяснение: Элементарная ячейка — это наименьшая единица кристаллической решетки, которая при повторении в пространстве (3 измерения) порождает всю кристаллическую решетку. Решетка состоит из элементарных ячеек, которые удерживают все частицы в определенном порядке в трех измерениях. Кристалл представляет собой кусок однородного твердого тела, и индексы Браве используются для определения плоскостей в кристаллических решетках в гексагональной системе.

    2. Какая из следующих элементарных ячеек имеет составляющие частицы, занимающие только угловые позиции?
    a) Объемно-центрированная ячейка
    b) Примитивная ячейка
    c) Гранецентрированная ячейка
    d) Концево-центрированная ячейка
    View Answer

    Ответ: b
    имеет все составляющие частицы, расположенные в его углах. BCC имеет одну частицу в центре, включая углы. FCC имеет отдельную ячейку, общую для лицевых сторон соседних ячеек.Концевые центрированные ячейки имеют ячейки, присутствующие в центрах двух противоположных граней.

    3. Какое координационное число имеет объемноцентрированная элементарная ячейка?
    а) 6
    б) 12
    в) 8
    г) 4
    Просмотреть ответ

    Ответ: в
    Пояснение: Координационное число элементарной ячейки определяется как число атомов/ионов, окружающих центральный атом/ион. В случае ОЦК центральная частица окружена 8 частицами, следовательно, 8.

    4. Какому из следующих расположений частиц соответствует простая кубическая решетка?
    a) ABAB
    b) AABB
    c) ABCABC
    d) AAA
    Просмотреть ответ

    Ответ: d
    Объяснение: Простая кубическая решетка получается из трехмерной плотной упаковки из двухмерных квадратных слоев.Когда один 2D-слой помещается поверх другого, соответствующие сферы второго слоя находятся точно поверх первого. Поскольку оба имеют одинаковое точное расположение, это тип AAA.

    5. Если кристаллическая решетка имеет 6 замкнутых сфер, каково число тетраэдрических пустот в решетке?
    a) 12
    b) 6
    c) 36
    d) 3
    Просмотреть ответ

    Ответ: a
    Пояснение: Для кристаллической решетки, если имеется N плотноупакованных сфер, число тетраэдрических пустот равно 2N, а число октаэдрических пустоты Н.Для N=6 количество тетраэдрических пустот = 2 × 6 = 12.

    6. Какие из перечисленных веществ имеют анизотропный характер в своей структуре?
    а) Воск для волос
    б) Снежинки
    в) Полиэтилен
    г) Хрусталь
    Просмотреть Ответ

    Ответ: б
    Пояснение: Кристаллические твердые тела обладают анизотропной природой в своей структуре. Анизотропия – это зависимость свойства от направления. Это означает, что свойство кристаллической структуры будет иметь разные значения при измерении в разных направлениях.Снежинка представляет собой кристаллическое твердое вещество, тогда как остальные представляют собой аморфные твердые тела.

    7. Определите соотношение размеров элементарной ячейки, показанное ниже.


    а) а = б = с
    б) а = б ≠ с
    в) а ≠ б ≠ с
    г) a ≠ b = c
    Просмотреть ответ

    Ответ: c
    Пояснение: На данном рисунке представлена ​​орторомбическая элементарная ячейка. Экспериментально установлено, что для элементарных орторомбических ячеек a ≠ b ≠ c. Все стороны неравны. Это результат расширения куба по двум парам ортогональных сторон двумя различными факторами.

    8. Соединение образуется атомами элемента А, занимающими углы элементарной ячейки, и атомом элемента В, находящимся в центре элементарной ячейки. Выведите формулу соединения.
    a) AB 2
    b) AB 3
    c) AB 4
    d) AB
    Просмотреть ответ

    Ответ: d
    Объяснение: Описание относится к BCC. Для BCC каждый атом в углу разделяется 8 элементарными ячейками. Один атом в центре целиком принадлежит соответствующей элементарной ячейке.
    Следовательно, общее количество присутствующих атомов A=\(\frac{1}{8}\) x 8=1
    Общее количество присутствующих атомов B=1
    Следовательно, A:B=1:1, что подразумевает формулу соединения представляет собой АВ.

    9. Атомы элемента X образуют ОЦК, а атомы элемента Y занимают 3/4 тетраэдрической пустоты. Какова формула соединения?
    A) X 2 Y 3 9 3
    B) x 3 y 2 9 2 3 Y 4 4
    D) X 4 Y 3
    Просмотреть ответ

    Ответ : a
    Пояснение: Число образовавшихся тетраэдрических пустот равно удвоенному числу атомов элемента X.Количество атомов Y равно 3/4 th количество тетраэдрических пустот, т.е. 3/2 раза больше числа атомов X. Следовательно, отношение количества атомов X и Y равно 2:3, следовательно, X 2 Д 3 .

    10. Каков общий объем частиц, присутствующих в элементарной объемно-центрированной ячейке?
    а) 8πr 3
    б) \(\frac{8}{3}\)πr 3
    в) \(\frac{16}{3}\)πr 3
    г) \( \frac{32}{3}\)πr 3
    View Answer

    Ответ: b
    Объяснение: Поскольку предполагается, что частицы представляют собой сферы, а объем одной сферы равен \(\frac{4}{3}\) πr 3 , общий объем всех частиц в ОЦК = 2 x \(\frac{4}{3}\)πr 3 =\(\frac{8}{3}\)πr 3 , поскольку BCC имеет 2 частицы на ячейку.

    11. Если элементарная алюминиевая ячейка демонстрирует гранецентрированное поведение, то сколько элементарных ячеек содержится в 54 г алюминия?
    а) 1.2042 x 10 24
    B) 5.575 x 10 21
    C) 3.011 x 10 23
    D) 2.4088 x 10 24
    Просмотр ответа

    Ответ: C
    Объяснение: атомная масса Al = 27 г/моль (содержит 6,022 x 10 23 атомов Al)
    Поскольку он демонстрирует FCC, на элементарную ячейку приходится 4 атома Al.
    Если 27 г Al содержат 6.022 x 10 23 атомов Al, тогда 54 г Al содержит 1,2044 x 10 24 атомов.
    Таким образом, если 1 элементарная ячейка содержит 4 атома Al, то количество элементарных ячеек, содержащих 1,2044 x 10 24 атомов = (1,2044 x 10 24 x 1)/4 = 3,011 × 10 23 элементарных ячеек.

    12. Каков радиус атома металла, если он кристаллизуется с объемно-центрированной решеткой с ребром элементарной ячейки 333 пикометра?
    а) 1538,06 пм
    б) 769,03 пм
    в) 288,38 пм
    г) 144. 19 pm
    View Answer

    Ответ: d
    Объяснение: Для объемно-центрированных элементарных ячеек отношение между радиусом частицы ‘r’ и длиной ребра элементарной ячейки ‘a’ задается как \(\frac{\sqrt{ 3}}{4}\)a=r
    После подстановки значений получаем r = \(\frac{\sqrt{3}}{4}\) x 333 пм = 144,19 пм — радиус атома металла.

    13. Сколько параметров используется для характеристики элементарной ячейки?
    а) Шесть
    б) Три
    в) Два
    г) Девять
    Просмотреть Ответ

    Ответ: а
    Пояснение: Элементарная ячейка характеризуется шестью параметрами i.е. три общие длины ребер a, b, c и три угла между ребрами, равные α, β, γ. Они называются межосевыми длинами и углами соответственно. Положение элементарной ячейки можно определить по дробным координатам по краям ячейки.

    14. Как называется каждая точка (положение частицы) в кристаллической решетке?
    a) Индекс решетки
    b) Точка решетки
    c) Линии решетки
    d) Пятно решетки
    Просмотреть ответ

    Ответ: a
    Объяснение: Каждая точка положения частицы называется «точкой решетки» или «узлом решетки». .Каждая точка решетки представляет одну составляющую частицу, которая может быть атомом, ионом или молекулой.

    15. Если металл образует ГЦК-решетку с единичной длиной ребра 500 пм. Рассчитайте плотность металла, если его атомная масса равна 110,
    а) 2923 кг/м 3
    б) 5846 кг/м 3
    в) 8768 кг/м 3
    г) 1750 кг/м 3
    Просмотреть ответ

    Ответ: b
    Объяснение:
    Дано,
    Длина края (a) = 500 пм = 500 x 10 -12 м
    Атомная масса (M) = 110 г/моль1 = 110 x 110 -3 кг/моль
    Число Авогадро (N A ) = 6.{23}}\)=5846 кг/м 3 .

    Sanfoundry Global Education & Learning Series – Химия – класс 12 .

    Чтобы попрактиковаться во всех областях химии, вот полный набор из более чем 1000 вопросов и ответов с несколькими вариантами ответов .

    Следующие шаги:
    • Получите бесплатный сертификат о заслугах в области химии — класс 12
    • Участие в химии — Сертификационный конкурс 12 класса
    • Стать лучшим специалистом по химии — класс 12
    • Сдать химию — тесты 12 класса
    • Практические тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
    • Пробные тесты по главам: глава 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

    Единичные ячейки и пространственные решетки

    Наименьшая группа атомов или молекул, повторение которых через равные промежутки времени в трех измерениях образует кристалл, называется элементарной ячейкой . Следовательно, элементарная ячейка — это наименьшая часть кристаллической решетки, которая, повторяясь в разных направлениях, порождает всю решетку. Каждая элементарная ячейка определяется с помощью точек решетки точек в пространстве, относительно которых частицы в кристалле могут свободно колебаться.

    Положение атомов, молекул или ионов в твердом кристалле относительно друг друга в пространстве обычно обозначают точками. Такое представление называется пространственной решеткой . Таким образом, мы определяем пространственную решетку  как набор точек, показывающих, как молекулы, атомы или ионы расположены в разных местах в трехмерном пространстве.

    Элементарная ячейка характеризуется:

    (i) Его размеры по трем сторонам, a, b и c. Эти ребра могут быть или не быть взаимно перпендикулярными.

    (ii) Углы между краями, α (между b и c), β (между a и c) и γ (между a и b). Таким образом, элементарная ячейка характеризуется шестью параметрами: a, b, c, α, β и γ.

    Единичная ячейка (кубическая)

    Типы ячеек:

    Элементарные ячейки

    можно разделить на две категории: i) примитивные и ii) центрированные элементарные ячейки.

    (a)  Примитивные/простые элементарные ячейки:  Когда составляющие частицы присутствуют только в угловых положениях элементарной ячейки, это называется примитивной элементарной ячейкой.

    (b) Центральные элементарные ячейки:  Когда элементарная ячейка содержит одну или несколько составных частиц, присутствующих в положениях, отличных от углов, в дополнение к тем, которые находятся в углах, она называется центрированной элементарной ячейкой.

     

    Центрированные элементарные ячейки бывают трех типов:

    (i) Объемно-центрированные элементарные ячейки (ОЦК): Элементарная ячейка содержит одну составляющую частицу (атом, молекулу или ион) в центре тела и восемь частиц на углах.

    (ii) гранецентрированные элементарные ячейки (FCC): элементарная ячейка содержит одну составляющую частицу, присутствующую в центре каждой грани, а также восемь частиц в ее углах.

    (iii) Элементарные ячейки с центрированием по концам (ECC): Элементарная ячейка, одна составляющая частица которой находится в центре любых двух противоположных граней, а также восемь частиц в ее углах.

    Решетки Браве:  Французский кристаллограф Огюст Браве в 1848 году из геометрических соображений показал, что может быть только 14 различных способов расположения одинаковых точек в трехмерном пространстве.Таким образом, общее количество пространственных решеток, принадлежащих всем семи основным кристаллическим системам, но вместе взятым, составляет всего 14.

    .

    Существует семь типов примитивных элементарных ячеек, которые дают начало семи кристаллическим системам.

    Семь кристаллических систем : кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, гексагональная, ромбоэдрическая, триклинная. Всего семь кристаллических систем составляют четырнадцать типов элементарных ячеек, следовательно, пространственных решеток.

     

    Спецификации для семи основных кристаллических систем приведены в табличной форме:

    Различные типы решеток Браве показаны ниже:

    Твердые состояния большинства металлических элементов, некоторых ковалентных соединений и многих ионных соединений представляют собой кубические решетки. Ключевым параметром любой решетки является координационное число ; определяется как количество ближайших соседей частицы.

    Возникает вопрос, сколько частиц составляют элементарную ячейку?

    Если частицы одного размера, то чем выше координационное число, тем больше частиц в данном объеме. Поскольку одна элементарная ячейка соприкасается с другой без зазоров в пространственной решетке, частица на углу или грани является общей для соседних элементарных ячеек. В кубических элементарных ячейках частица в каждом углу является частью 8 соседних элементарных ячеек. Таким образом, одна восьмая часть каждой частицы принадлежит каждой элементарной ячейке. В кубе восемь углов, значит:

    • Простые/примитивные элементарные ячейки содержат 8 x 1/8 частиц = 1 частица.
    • Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка содержит 8 x 1/8 = 1 частицу + 1 частицу в центре, таким образом, всего 2 частицы.
    • Гранецентрированная кубическая элементарная ячейка содержит 8 x 1/8 = 1 частица + 1/2 частицы на каждой из шести граней, или 6 x 1/2 частицы = 3 частицы, таким образом, всего 4 частицы.

     

    Что такое решетка Браве? — Блог Госэко

    Введение

    Решетка Браве является основной концепцией в кристаллическом твердом теле. Это дает информацию о периодическом массиве, в котором расположены повторяющиеся единицы кристалла. Сами единицы могут быть атомом, группой атомов, молекулой, ионом и т. д. Но решетка Браве суммирует только геометрию базовой периодической структуры, независимо от того, какими могут быть фактические единицы.

    Определение

    Решетка Браве – это решетка, в которой атом или все атомы в точках решетки идентичны или окружение каждой точки решетки одинаково.

    Прежде чем изучать решетку Браве, давайте сначала обсудим значение пространства или кристаллической решетки.

    В случае твердого кристаллического материала атомы или молекулы расположены регулярным и периодическим образом во всех трех измерениях.Таким образом, кристаллическая структура — это расположение атомов в кристалле.

    Чтобы сделать кристаллические симметрии более ясными, давайте предположим, что атом или группа атомов, которые повторяются в кристалле в трех измерениях, являются единицей. Теперь замените каждый атом или единицу атомов в кристалле точкой в ​​пространстве. Таким образом, результирующие точки в пространстве представляют собой пространственную решетку.

    Точка решетки — это каждая точка пространственной решетки. Принимая во внимание, что основой или образцом является каждый атом или единица атомов.

    Пространственная решетка представляет собой геометрический образец кристалла, в котором окружение каждой точки решетки одинаково.И, как мы обсуждали ранее, если окружение каждой точки решетки одинаково или атом или все атомы в точках решетки идентичны. Тогда назовем такую ​​решетку решеткой Браве .

    С другой стороны, если атом или атомы в точках решетки не совпадают, то это решетка не Браве.

    Важно отметить, что не только расположение, но и ориентация должны казаться одинаковыми для каждой точки решетки Браве.

    Классификация из Решетка Браве

    Для представления типа распределения точек решетки в пространстве необходимы семь различных систем координат. Эти системы координат называются кристаллическими системами.

    Кроме того, мы можем давать названия системам кристаллов на основе геометрической формы и симметрии. Семь кристаллических систем:

    (1) кубический

    (2) Четырехугольный

    (3) Ромбическая

    (4) Моноклиника

    (5) Триклиника

    (6) Треугольная (или ромбоэдрическая)

    (7) Шестигранник.

    Браве в 1948 году показал, что 14 решеток достаточно для описания всех кристаллов. Эти 14 решеток известны как решетки Браве. И они классифицируются на 7 кристаллических систем на основе параметров ячеек или точек решетки, присутствующих в элементарной ячейке.  

    Решетки Браве следующие:

    Рисунок : Решетка Браве

    Хотите узнать о похожих темах? Вот несколько избранных блогов для вас!

    Органические кристаллические решетки в осевой нити спикул кремнезема Demospongiae

    . 2017 июнь; 198(3):186-195. doi: 10.1016/j.jsb.2017.03.005. Epub 2017 18 марта.

    Принадлежности Расширять

    Принадлежности

    • 1 MPI of Microstructure Physics, Weinberg 2, 06120 Halle (Saale), Германия.Электронный адрес: [email protected]
    • 2 MPI of Microstructure Physics, Weinberg 2, 06120 Halle (Saale), Германия.
    • 3 Institut für Chemie — Институт неорганической химии, Университет Мартина-Лютера Галле-Виттенберг, Kurt-Mothes-Straße 2, 06120 Галле (Заале), Германия.

    Элемент в буфере обмена

    Питер Вернер и соавт.J Struct Biol. 2017 июнь.

    Показать детали Показать варианты

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    .2017 июнь; 198(3):186-195. doi: 10.1016/j.jsb.2017.03.005. Epub 2017 18 марта.

    Принадлежности

    • 1 MPI of Microstructure Physics, Weinberg 2, 06120 Halle (Saale), Германия. Электронный адрес: [email protected]де.
    • 2 MPI of Microstructure Physics, Weinberg 2, 06120 Halle (Saale), Германия.
    • 3 Institut für Chemie — Институт неорганической химии, Университет Мартина-Лютера Галле-Виттенберг, Kurt-Mothes-Straße 2, 06120 Галле (Заале), Германия.

    Элемент в буфере обмена

    Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

    Показать варианты

    Формат АннотацияPubMedPMID

    Абстрактный

    Скелетная система Demospongiae состоит из кремнистых спикул, которые состоят из осевого канала, содержащего органическую осевую нить (AF), окруженную компактным слоем гидратированного аморфного кремнезема. Здесь мы сообщаем об ультраструктурных исследованиях AF кремнистых спикул из двух Demospongiae: Suberites domuncula и Tethya aurantium. Электронная микроскопия, электронная дифракция и анализ элементного картирования как на продольных, так и на поперечных сечениях показывают, что AF спикул состоит из трехмерной кристаллической решетки шестикратной симметрии. Его структура, являющаяся результатом процесса биологического роста, представляет собой кристаллическую сборку, характеризующуюся решеткой из органических клеток (периодичность в диапазоне 6 нм), заполненных ферментативно полученным диоксидом кремния.В целом шестикратная симметрия решетки отражается морфологией АФ, для которой характерны шестикратные грани. Это, по-видимому, является результатом процесса минимизации энергии решетки, подобного ситуации, наблюдаемой при выращивании неорганических кристаллов. Ожидается, что наше структурное использование трехмерных органических решеток, созданных биологическими системами, поможет объяснить взаимосвязь между ультраструктурой осевых нитей и конечной морфологией спикул.

    Ключевые слова: демоспонгии; морские губки; Белковый кристалл; Кремнистая спикула; Трансмиссионная электронная микроскопия.

    Copyright © 2017 Elsevier Inc. Все права защищены.

    Похожие статьи

    • Формирование очень регулярных стеклянных архитектур: урок природы.

      Шепплер В., Райх Э., Васелет Дж., Розенталь М., Пакуряну А., Рэк А., Засланский П., Золотоябко Э., Злотников И. Шопеплер В. и др. Научная реклама 2017 18 октября; 3(10):eaao2047.doi: 10.1126/sciadv.aao2047. Электронная коллекция 2017 Окт. Научная реклама 2017. PMID: 227 Бесплатная статья ЧВК.

    • Кремнистые спикулы морских губок (например, Suberites domuncula).

      Мюллер В.Е., Беликов С.И., Тремел В., Перри С.К., Гискес В.В., Борейко А., Шредер Х.К. Мюллер В.Е. и соавт. Микрон. 2006;37(2):107-20. doi: 10.1016/j.micron.2005.09.003. Epub 2005, 29 сентября.Микрон. 2006. PMID: 16242342 Рассмотрение.

    • Электронно-микроскопический анализ биокремнеземной базальной спикулы губки Monorhaphis chuni.

      Вернер П., Блумтритт Х., Злотников И., Графф А., Дофин Ю., Фрацль П. Вернер П. и соавт. J Struct Biol. 2015 г., август; 191 (2): 165–74. doi: 10.1016/j.jsb.2015.06.018. Epub 2015 19 июня. J Struct Biol. 2015. PMID: 26094876

    • Структура и состав спикул известковых губок: обзор и сравнение со структурно родственными биоминералами.

      Зетманн И., Вёрхайде Г. Сетманн I и др. Микрон. 2008;39(3):209-28. doi: 10.1016/j.micron.2007.01.006. Epub 2007 3 февраля. Микрон. 2008. PMID: 17360189 Рассмотрение.

    • Присоединение пластинок кремнезема во время роста спикул у демогубки Suberites domuncula: биологические / биохимические исследования и химическое / биомиметическое подтверждение.

      Шредер Х.К., Наталио Ф., Шукур И., Тремель В., Шлосмахер Ю., Ван Х., Мюллер В.Е.Шредер Х.К. и др. J Struct Biol. 2007 г., сен; 159 (3): 325-34. doi: 10.1016/j.jsb.2007.01.007. Epub 2007, 23 января. J Struct Biol. 2007. PMID: 17336092

    Цитируется

    3 статьи
    • Природная гибридная сверхструктура кремнезема/белка с атомарным разрешением.

      Гёрлих С., Сэмюэл А.Дж., Бест Р.Дж., Зайдель Р., Васелет Дж., Леонарски Ф.К., Томидзаки Т., Реллингхаус Б., Поль Д., Злотников И.Гёрлих С. ​​и соавт. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Dec 8;117(49):31088-31093. doi: 10.1073/pnas.2019140117. Epub 2020 23 ноября. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020. PMID: 33229574 Бесплатная статья ЧВК.

    • Экспрессия силикатеина у Haliclona indistincta (Phylum Porifera, отряд Haplosclerida) на разных стадиях развития.

      Агилар-Камачо Дж. М., Маккормак Г.П.Агилар-Камачо Дж. М. и соавт. Дев Гены Эвол. 2019 Январь; 229(1):35-41. doi: 10.1007/s00427-019-00627-7. Epub 2019 12 февраля. Дев Гены Эвол. 2019. PMID: 30756180

    • Формирование очень регулярных стеклянных архитектур: урок природы.

      Шепплер В., Райх Э., Васелет Дж., Розенталь М., Пакуряну А., Рэк А., Засланский П., Золотоябко Э., Злотников И. Шопеплер В. и др.Научная реклама 2017 18 октября; 3(10):eaao2047. doi: 10.1126/sciadv.aao2047. Электронная коллекция 2017 Окт. Научная реклама 2017. PMID: 227 Бесплатная статья ЧВК.

    Типы публикаций

    • Поддержка исследований, за пределами США правительство

    термины MeSH

    • Микроскопия, Электрон, Трансмиссия
    • Органические химикаты / химия
    • Porifera / анатомия и гистология*
    • Porifera / рост и развитие
    • Porifera / ультраструктура
    • Диоксид кремния / химия*
    • Субериты/ультраструктура

    LinkOut — больше ресурсов

    • Полнотекстовые источники

    • Прочие литературные источники

    [Икс]

    Укажите

    Копировать

    Формат: ААД АПА МДА НЛМ

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.