Типы кристаллических решеток
Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном соединении этих точек пересекающимися прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.
В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают 4 вида кристаллических решеток: ионные (NaCl, KCl), атомные, молекулярные и металлические.
Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служить кристалл хлорида натрия, в котором каждый ион натрия окружен 6 хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион 6 ионами-натрия.
Кристаллическая решетка NaCl
Число ближайших соседних частиц, вплотную примыкающих к данной частице в кристалле или отдельной молекуле называется координационным число.
В решетке NaCl координационные числа обоих ионов равны 6. И так, в кристалле NaCl нельзя выделить отдельные молекулы соли. Их нет. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую макромолекулу, состоящую из равного числа ионов Na+ и Cl—, NanCln – где n большое число. Связи между ионами в таком кристалле весьма прочны. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи.
Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и уменьшению прочности связи между ними. Поэтому расплавы их проводят электрический ток. Ионные соединения, как правило, легко растворяются в жидкостях, состоящих из полярных молекул, например, воде.
Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называются атомными. Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз — одна из модификаций углерода. Алмаз состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с 4 соседними атомами. Координационное число углерода в алмазе равно 4. Вещества с атомной кристаллической решеткой имеют высокую температуру плавления (у алмаза свыше 3500 оС), прочны и тверды, практически не растворимы в воде.
Кристаллические
решетки, состоящие из молекул (полярных
и неполярных), называются молекулярными.
Молекулы в таких решетках соединены
между собой сравнительно слабыми
межмолекулярными силами. Поэтому
вещества с молекулярной решеткой имеют
малую твердость и низкую температуру
плавления, нерастворимы или малорастворимы
в воде, их растворы почти не проводят
электрический ток. Примерами их являются
лед, твердый СО
Валентность
Важной количественной характеристикой, показывающей число взаимодействующих между собой атомов в образовавшейся молекуле, является валентность – свойство атомов одного элемента присоединять определенное число атомов других элементов.
Количественно валентность определяется числом атомов водорода, которое данный элемент может присоединять или замещать. Так, например, в плавиковой кислоте (HF) фтор одновалентен, в аммиаке (NH3) азот трехвалентен, в кремневодороде (SiH4 – силан) кремний четырехвалентен и т.д.
Позже, с развитием представлений о строении атомов, валентность элементов стали связывать с числом неспаренных электронов (валентных), благодаря которым осуществляется связь между атомами. Таким образом, валентность определяется числом неспаренных электронов в атоме, принимающих участие в образовании химической связи (в основном или возбужденном состоянии). В общем случае валентность равна числу электронных пар, связывающих данный атом с атомами других элементов.
Cайт учителя химии Ващенко Н.Ю.
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.
☼ 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 (Ch4COOH), сахар (C12h32O11), 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, C2h3 — определите тип кристаллической решётки (ионная, молекулярная) каждого соединения и на основе этого опишите физические свойства каждого из четырёх веществ.
Тренажёр №1. «Кристаллические решётки»
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:
a). вода
б). кислород
в). алмаз
г). озон
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
Презентация к уроку по химии (11 класс) на тему: Урок по теме: «Типы кристаллических решеток»
Тема: Типы кристаллических решеток
Задачи:
Образовательная: сформировать понятия о кристаллическом и аморфном состоянии твердых тел, ознакомить учащихся с различными типами кристаллических решеток, установить зависимость физических свойств кристалла от характера химической связи в кристалле и типа кристаллической решетки, дать учащимся основные представления о влиянии природы химической связи и типов кристаллических решеток на свойства вещества, дать учащимся представление о законе постоянства состава.
Воспитательная: продолжить формирование мировоззрения учащихся, рассмотреть взаимное влияние компонентов целого- структурных частиц веществ, в результате которого появляются новые свойства, воспитывать умения организовать свой учебный труд, соблюдать правила работы в коллективе.
Развивающая: развивать познавательный интерес школьников, используя проблемные ситуации; совершенствовать умения учащихся устанавливать причинно-следственную зависимость физических свойств веществ от химической связи и типа кристаллической решетки, предсказывать тип кристаллической решетки на основе физических свойств вещества.
Оборудование: Периодическая система Д.И.Менделеева, коллекция “Металлы”, неметаллы: сера, поваренная соль, пластилин; Презентация “Кристаллические решетки”, модели кристаллических решеток разных типов (поваренной соли, алмаза и графита, углекислого газа и йода, металлов), образцы пластмасс и изделий из них, стекло, пластилин, смолы, воск, жевательная резинка, шоколад, компьютер, мультимедийная установка, видеопыт “Возгонка бензойной кислоты”.
Ход урока
I.Опрос учащихся
1.Для того, чтобы познакомиться с кристаллическими решетками мы должны вспомнить, что такое: физическое тело, химическая связь, виды связей: ковалентная( полярная и неполярная), ионная, металлическая, водородная
2.Составить схемы образования связи в веществах: N2, h3S, CaBr2
3.Выполните тест (проверка теста)
II. Изучение нового материала
1.Вещества находятся в различных агрегатных состояниях. Приведите примеры веществ, которые при различных температурах могут существовать во всех трех агрегатных состояниях.
Ответ: Вода. При обычных условиях вода находится в жидком состоянии, при понижении температуры ниже 00С вода переходит в твердое состояние — лед, а при повышении температуры до 1000С мы получим водяной пар (газообразное состояние).
Учитель (дополнение): Любое вещество можно получить в твердом, жидком и газообразном виде. Кроме воды – это металлы, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии, при нагревании начинают размягчаться, и при определенной температуре(tпл) переходят в жидкое состояние — плавятся. При дальнейшем нагревании, до температуры кипения, металлы начинают испаряться, т.е. переходить в газообразное состояние. Любой газ можно перевести в жидкое и твердое состояние, понижая температуру: например, кислород, который при температуре (-1940С) превращается в жидкость голубого цвета, а при температуре (-218,80С) затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета. Сегодня на уроке мы будем рассматривать твердое состояние вещества.
Проблемный вопрос: металлы, пластилин, соль, шоколад, жевательная резинка, сера, образцы пластмасс, воск. Что общего в строении этих веществ, чем они отличаются?
Делаются предположения. Если ученики затрудняются, то с помощью учителя приходят к выводу, что пластилин в отличие от металлов и хлорида натрия не имеет определенной температуры плавления — он (пластилин) постепенно размягчается и переходит в текучее состояние. Таков, например, шоколад, который тает во рту, или жевательная резинка, а также стекло, пластмассы, смолы, воск (при объяснении учитель демонстрирует классу образцы этих веществ). Такие вещества называют аморфными, а металлы и хлорид натрия — кристаллические.
Таким образом, различают два вида твердых веществ: аморфные и кристаллические.
(слайд 5,6)
У аморфных веществ нет определенной температуры плавления, и расположение частиц в них строго не упорядочено.
Кристаллические вещества имеют строго определенную температуру плавления и, главное, характеризуются правильным расположением частиц, из которых они построены.(слайд 7)
Кристаллическая решетка – пространственный каркас вещества.(слайд8)
Свойства веществ в твердом состоянии зависят от типа кристаллической решетки (прежде всего от того, какие частицы находятся в ее узлах), что, в свою очередь, обусловлено типом химической связи в данном веществе.(слайд 9)
Вывод: Прослеживается логическая последовательность, взаимосвязь явлений в природе: Строение атома—>ЭО—>Виды химической связи—>Тип кристаллической решетки—>Свойства веществ. (слайд 10).
В зависимости от вида частиц и от характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, молекулярные, атомные и металлические. (Cлайд 11).
1. Молекулярная кристаллическая решетка (работа с таблицей и текстом параграфа)
1. Характеристика
У веществ с молекулярным строением в узлах кристаллической решетки находятся молекулы с прочными ковалентными связями между атомами. В то же время отдельные молекулы взаимосвязаны гораздо слабее, что делает молекулярный кристалл довольно непрочным. (слайд 12)
2. Аналогия
Можно уподобить эту структуру группе семейных пар (рис. 1). В каждой паре супругов связывают прочные узы брака (подобно прочной связи атомов внутри молекулы), а вот отношения между парами носят поверхностный характер: они могут дружить семьями, испытывать дружеские чувства, но довольно свободно могут обойтись и друг без друга.
Рис. 1 Группа супружеских пар (аналогия молекулярного кристалла) (слайд 13)
2. Ионная кристаллическая решетка
1. Характеристика
У веществ с ионной решеткой в узлах расположены разноименно заряженные ионы, удерживаемые силами электростатического притяжения. (слайд 14)
2. Аналогия
Уподобим эту структуру группе расположенных в шахматном порядке мужчин и женщин (рис. 2). Пусть мужчины символизируют катионы, а женщины — анионы. Тогда каждый человек оказывается в зоне действия обаяния окружающих его представителей противоположного пола, к которым он (она) в силу закона притяжения противоположностей испытывает интерес. Интерес этот одинаково выражен во всех направлениях, поскольку на рисунке — холостые мужчины и незамужние женщины. Этим и объясняется повышенная прочность ионного кристалла.
Рис. 2. Романтическая сила влечения (аналогия ионного кристалла)(слайд15)
3. Атомная кристаллическая решетка
1. Характеристика
В узлах атомной кристаллической решетки находятся атомы, связанные прочными ковалентными связями в протяженную пространственную сеть. В этом случае структура отличается таким внутренним единством, что можно сказать, что весь кристалл представляет одну молекулу.
2. Аналогия.
Представим эту структуру в виде гимнастической пирамиды.
Рис. 3. Гимнастическая пирамида (аналогия атомного кристалла)(слайд 17)
Каждый гимнаст на ней символизирует атом углерода, связанный четырьмя ковалентными связями с соседними атомами. Целостность структуры поддерживается исключительно благодаря усилиям каждого из гимнастов. Таким образом, зависимость людей друг от друга в этой ситуации больше, чем на любом из предыдущих рисунков (это и является аналогией повышенной прочности атомного кристалла). Пирамида (см. рис. 3) демонстрирует также высокую взаимосвязанность узлов атомной кристаллической решетки: стоит одному из гимнастов ослабить только одну связку, и вся структура может рухнуть.
4. Металлическая кристаллическая решетка
1. Характеристика
Этим типом кристаллической решетки обладают металлы с металлической химической связью. (слайд18)
2. Аналогия
Для иллюстрации строения металлов в твердом состоянии найдена особенно экстравагантная аналогия. Группа мужчин (рис. 4) изображает катионы металлов (узлы металлической кристаллической решетки). Все пространство между ними заполнено летающими пчелами (это, понятно, свободные электроны). Рисунок убедительно иллюстрирует силы, удерживающие одноименно заряженные катионы в узлах решетки: при всем желании деваться некуда – всюду пчелы!
Рис. 4. Среди пчел (аналогия структуры металла)(слайд 19)
Вывод: Существует следующая закономерность: если известно строение веществ,
то можно предсказать их свойства, или наоборот: если известны свойства
веществ, то можно определить строение. (слайд 21)
Работа с текстом параграфа, таблицами «Типы кристаллических решеток», «Зависимость свойств веществ от вида химической связи»
Задание для работы в группе:
1 группа
1. Какие должны быть отличительные свойства веществ с молекулярной решеткой?
2. Каково их агрегатное состояние?
3. Приведите примеры веществ с молекулярной кристаллической решеткой?
2 группа
1. Какие должны быть отличительные свойства веществ с ионной решеткой?
2. Каково их агрегатное состояние?
3. Приведите примеры веществ с ионной кристаллической решеткой?
3 группа
1. Какие должны быть отличительные свойства веществ с атомной решеткой?
2. Каково их агрегатное состояние?
3. Приведите примеры веществ с атомной кристаллической решеткой?
4 группа
1. Какие должны быть отличительные свойства веществ с металлической решеткой?
2. Каково их агрегатное состояние?
3. Приведите примеры веществ с металлической решеткой?
(слайд 22,23,24)
Зачеркните по вертикали, горизонтали, диагонали вещества, имеющие одинаковую кристаллическую решетку.
Закрепление:
1. Вид частиц в ионной решетке:
а) ионы | в) молекулы |
б) атомы | г) атом-ионы |
2. Характер химической связи в атомной решетке:
а) металлическая | в) ионная |
б) ковалентная | г) сила межмолекул. взаимодействия |
3. Прочность связи в молекулярной решетке
а) очень прочная | в) слабая |
б) прочная | г) разной прочности |
4. Агрегатное состояние у веществ с ионной решеткой:
а) твердое | в) жидкое |
б) газообразное |
5. Очень тугоплавкими являются вещества с решеткой:
а) металлической | в) атомной |
б) молекулярной | г) ионной |
6. Пластичностью обладают вещества с:
а) металлической | в) молекулярной |
б) ионной | г) атомной |
7. Кремний имеет решетку:
а) молекулярную | в) ионную |
б) атомную | б) металлическую |
8. Щелочи имеют решетку:
а) молекулярную | в) ионную |
б) металлическую
9. Вода имеет решетку:
а) молекулярную | в) ионную |
б) атомную | б) металлическую |
III.Подведение итогов урока |
Какие классификации веществ вы узнали?
Как вы понимаете термин кристаллическая решетка.
В каком агрегатном состоянии вещества имеют кристаллические решетки?
Какие типы кристаллических решеток вы теперь знаете?
О какой закономерности строения и свойств веществ вы узнали?
Д/З§11, упр 1-3
Кристаллические решётки — ГДЗ Габриелян Сладков 8 класс рабочая тетрадь
ЧАСТЬ 11.
2. Заполните таблицу «Виды химических связей и типы кристаллических решёток».
ЧАСТЬ 2
1 . Поиграйте в «крестики — нолики». Покажите выигрышный путь, который составляют простые вещества с атомной кристаллической решёткой.
Распределите данные простые вещества по соответствующим столбцам.
2. Запишите формулу вещества, которое является «лишним» в следующем ряду: оксид кремния (IV), оксид алюминия, алюминий, графит. Ответ: Al2O3 — оксид алюминия.
3. Верны ли следующие суждения?
А. Мокрое бельё высыхает на морозе потому, что вещества молекулярного строения способны к сублимации (возгонке).
Б. Мокрое бельё высыхает на морозе потому, что молекулы воды имеют низкую Mr.
4. Верны ли следующие суждения?
А. При обычных условиях хлор – газ, бром – жидкость, йод – твёрдое вещество с металлическим блеском, потому что у них разные кристаллические решётки: у хлора – атомная, у брома – молекулярная, у иода – металлическая.
Б. При обычных условиях хлор – газ, бром – жидкость, йод – твёрдое вещество с металлическим блеском, потому что у них одинаковое молекулярное строение, но разная плотность.
5. Установите соответствие между рисунком кристаллической решётки и названием вещества.
6. С помощью Интернета и других источников информации сделайте презентацию о жизни и научных достижениях Ж. Л. Пруста по следующему плану:
1) детство;
2) учёба в юношеские годы;
3) научная деятельность, основные научные достижения.
1) Пруст родился в г. Анже в семье аптекаря, с самого детства он видел, как его отец готовил лекарства, его это очень интересовало. 2) Учился в парижском университете, организовал лабораторию и собрал ценную коллекцию минералов и реактивов. 3) Занимался исследованием состава различных металлов и их оксидов. Доказал, что многие соединения представляют собой не оксиды, а гидроксиды, первым предложил термин «гидрат», выделил из виноградного сока глюкозу. Открыл закон постоянства химических соединений – это самое выдающееся его достижение.
7. К веществам молекулярного строения не относится:
4) карбонат кальция.
8. Молекулярное строение имеет каждое из веществ, формулы которых приведены в ряду: 4) SO4, I2, HCL
Урок 4. строение кристаллов. кристаллические решётки. причины многообразия веществ — Химия — 11 класс
Химия, 11 класс
Урок № 4. Строение кристаллов. Кристаллические решётки. Причина многообразия веществ
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению кристаллического состояния вещества, зависимости свойств веществ от типов кристаллических решеток. Объясняются причины многообразия веществ, такие как изотопия элементов, аллотропия, изомерия, гомология. Дается понятие химического синтеза.
Глоссарий
Аллотропия – существование нескольких простых веществ, образованных одним и тем же химическим элементом.
Атомная кристаллическая решётка – регулярная структура твёрдого вещества, в узловых точках которой находятся атомы химического элемента.
Гомология – явление наличия в природе органических соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся на некоторое целое число групп СН2— состав.
Изомерия – явления наличия нескольких веществ, имеющих один и тот же состав, но отличающихся по порядку соединения атомов.
Ионная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены положительно и отрицательно заряженные ионы.
Кристаллическая решетка – особая структура твёрдого вещества, в которой частицы вещества расположены в строго определенном порядке.
Кристаллы – твёрдые вещества, имеющие форму правильных многогранников, образованных в результате многократного регулярного повторения расположения составляющих вещество частиц.
Металлическая кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены ионы металла.
Молекулярная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой находятся молекулы вещества.
Полиморфизм – способность твёрдого вещества образовывать различные кристаллические структуры, состоящие из одних и тех же частиц.
Полиморфные модификации – разные кристаллические структуры, которые образованы частицами одного и того же вещества.
Химический синтез – процесс искусственного создания новых веществ физическими и химическими методами.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
Дополнительная литература:
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
- Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Строение кристаллов и типы кристаллических решеток
Кристаллами называются твёрдые вещества, частицы которых образуют трёхмерную периодическую пространственную структуру, называемую кристаллической решёткой. Грани кристаллов представляют собой правильные многоугольники. Свойства кристаллических тел различны. Например, алмаз обладает максимальной твёрдостью, а графит можно сломать руками, хотя эти вещества состоят атомов углерода. Свойства веществ зависят от типа кристаллической решетки. Различают четыре типа кристаллических решёток: атомную, ионную, молекулярную и металлическую.
Зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки
В узлах атомной кристаллической решётки расположены атомы, соединённые ковалентной связью. Примерами веществ, имеющих атомную кристаллическую решетку, являются алмаз, кремний, германий, бор. Вещества, имеющие атомную кристаллическую решетку, характеризуются высокой температурой плавления, большой твёрдостью.
В узлах ионной кристаллической решётки находятся положительные и отрицательные ионы, связь между ними ионная. Ионную кристаллическую решетку имеют соли, щёлочи и оксиды типичных металлов. Для веществ с ионной кристаллической решеткой характерны высокие температуры плавления, твёрдость, плотность, хорошая электропроводность.
В узлах молекулярной кристаллической решетки находятся молекулы, которые удерживаются за счет межмолекулярных вандервальсовых сил. Примером веществ с молекулярной кристаллической решеткой являются лёд, йод, нафталин, углекислый газ. Межмолекулярные связи значительно слабее ковалентных и ионных, поэтому для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления, невысокая твёрдость, возможность возгонки (переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое).
Для металлов характерна металлическая кристаллическая решётка, в узлах которой расположены положительно заряженные ионы металлов, а между ними свободно перемещаются валентные электроны (так называемый электронный газ). Для веществ с металлической кристаллической решеткой характерны механическая прочность, плавкость, ковкость, хорошая тепло- и электропроводность, металлический блеск.
Свойства кристаллических тел определяются не только характером связи между частицами, но и их взаимным расположением относительно друг друга. В кристаллах алмаза все атомы углерода связаны ковалентными неполярными связями и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя тетраэдры. В кристаллах графита каждые шесть атомов углерода связаны ковалентными неполярными связями, а между собой такие плоские шестиугольники связаны слабыми межмолекулярными связями.
Причины многообразия веществ
Не только углерод может образовывать разные вещества в зависимости от типа кристаллической решётки. Известно несколько веществ, образованных фосфором (белый, красный, чёрный и металлический фосфор). Сера может существовать в виде трёх модификаций (ромбическая, моноклинная и пластическая). Явление существования нескольких простых веществ, образованных одним и тем же элементом, называется аллотропией (полиморфизмом), а сами простые вещества – аллотропными (полиморфными) модификациями.
Существование изотопов – атомов одного и того же химического элемента, имеющих разные массовые числа — ещё одна причина огромного многообразия веществ.
Изучая органическую химию, вы узнали о существовании изомеров – молекул, имеющих одинаковый состав, но разную последовательность атомов и их расположение в пространстве. Изомеры встречаются не только среди органических соединений, например, изомером карбамида является цианат аммония.
Причиной разнообразия органических соединений является и гомология – существование ряда соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся друг от друга на целое число групп СН2-.
118 известных на сегодняшний день химических элементов образуют миллионы различных веществ, но человек искусственным путём создает новые вещества с нужными ему свойствами. Создание человеком новых веществ получило название химического синтеза.
Таким образом, явления аллотропии (полиморфизма), изомерии, изотопии, гомологии, химический синтез новых соединений являются причинами многообразия веществ.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Расчет количества молекул в кристалле
Условие задачи: Молекула белого фосфора состоит из четырех атомов этого элемента. Сколько молекул белого фосфора содержится в кристалле фосфора массой 2,48 г? Ответ запишите в виде числа, приведенного к стандартному виду.
Шаг первый: найдём молярную массу молекулы белого фосфора Р4. Относительная атомная масса фосфора равна 31 а.е.м., молярная масса Р4 равна 4·31 = 124 (г/моль).
Шаг второй: найдём количество молей белого фосфора в кристалле массой 2,48 г. Для этого разделим массу кристалла на молярную массу Р4:
2,48 : 124 = 0,02 (моль).
Шаг третий: найдём количество молекул, содержащееся в 0,02 моль белого фосфора. Для этого число моль умножим на число Авогадро:
0,02·6,02·1023 = 1,2·1022 (молекул).
Ответ: 1,2·1022.
2. Расчёт числа атомов в молекуле фуллерена
Условие задачи: Одной из аллотропных модификаций углерода, применяемых в электронике, является фуллерен. 0,5 моль фуллерена имеют массу 360 г. Сколько атомов углерода входит в состав одной молекулы фуллерена?
Шаг первый: найдём молярную массу фуллерена.
Для этого массу имеющегося образца разделим на количество молей:
360 : 0,5 = 720 (г/моль).
Шаг второй: найдём количество атомов углерода в 1 моль фуллерена. Для этого молярную массу фуллерена разделим на массу 1 моль атомов углерода. 1 моль атомов углерода имеет массу 12 г.
720 : 12 = 60 (атомов).
Ответ: 60.