Продолжаем нашу тему по химической связи и сегодня изучаем кристаллическое состояние вещества, понятия ионная связь, металлическая связь из 4 задания егэ по химии.
Итак, для понимания материала давайте возьмем с вами стакан с плоским дном и насыплем в него бусины (пусть они будут круглые) в один слой. У нас получился моноатомный слой. Кстати пусть одна бусина отличается по цвету от других. Назовем ее центральной.
Рассмотрим наше построение и сделаем первые выводы:
- Любая бусина окружена шестью другими (пусть они будут под цифрами 1-6)
- Поверхность слоя имеет неровности, возвышения и впадины. Каждая бусина – это возвышенность, между тремя любыми соприкасающимися бусинами – впадина.
- Расположение бусин в слое можно представить в виде сетки из перекрёстных линий, а в точках пересечения линий располагаются бусины. Эти точки именуются узлами сетки. Так как все ячейки нашей сетки идентичны между собой, то для описания геометрического расположения частиц в слое можно указать параметры одной ячейки. В этом случае ячейка представляет собой ромб с острым углом равным шестидесяти градусам, и длиной стороны, равной удвоенному радиусу бусины.
Начинаем строить второй монослой. Его укладываем на первый монослой, при этом одну бусинку мы укладываем на первый слой так, чтобы она соприкасалась с нашей центральной. А значит она у нас расположится во впадине. Вокруг центральной бусины у нас располагаются шесть впадин, а расстояние между ними чуть больше радиуса бусины. Значит во втором слое бусин с центральной бусиной у нас соприкоснуться уже три бусины, вместо шести (обозначим их как 7-9). Хорошо видно, что три бусины второго слоя можно расположить несколькими способами:
- помещаем их во впадины между Ц, 1, 2; Ц 3,4; Ц,5,6;
- помещаем в углубления Ц, 2, 3; Ц, 4, 5; Ц, 1, 6;
По отношению к центральной бусине все варианты абсолютно одинаковые. Давайте возьмем первый слой размещения бусин для второго монослоя. Так как центры частиц первого и второго слоев не совпадают, то сетка второго слоя смещена относительно первого.
Начинаем заполнять третий слой после второго. Тут тоже есть два варианта расположения. Они абсолютно неидентичных между собой. В первом случае бусина помещается в впадину А и тогда у нас сетка сдвигается на треть. Очерчиваем мысленно окружность вокруг точки А и понимаем, что в этом случае сетка четвертого слоя совпадает с первым слоем.
Другой случай – это расположение бусин третьего слоя во впадинах Б. В таком случае сетка третьего слоя совпадает с сеткой первого, а сетка второго – с стекой четвертого.
То есть у нас существует несколько типов упаковки бусин в виде чередования слоев. Это 1, 2,1,2,1,2 и 1,2,3,1,2,3,1,2,3.
В первом случае – речь идет о так называемой гексагональной упаковке, а во втором о кубической.
Большое количество металлов кристаллизуются по одному из этих типов плотной упаковки.
При этом как бы не старались заполнить пустоты бусинами, все равно часть пространства будет пустым. А теперь посмотрим на бусины через боковые стенки сосуда. Видно, что три бусины одного слоя и одна другого образуют систему за которой, скрывается пустота. Центры этих четырех бусин располагаются в вершинах тетраэдра , а значит пустота именуется тетраэдрической.
Октаэдрический тип –это образование пустоты между тремя бусинами одного слоя и тремя другого.
Роль таких пустот чрезвычайно важно при образовании кристалла частицами с разным размером. В этом случае у нас частицы с большим радиусом располагаются так, чтобы получилась плотная упаковка, а меньшие располагаются в образованных этими частицами пустотами.
Совокупность сеток, советующих всем слоям частиц кристалла, представляет собой пространственную систему, именуемой кристаллической решеткой. Среди характеристик сетки можно выделить параметры ячейки ее размеры, сторон и величину углов. Существует огромное множество форм кристаллических решеток. Изучением кристаллических решеток занимается кристаллография.
А теперь давайте рассмотрим кристалл не с точки зрения его «устройства», а с точки зрения химических сил, обеспечивающих связь в этих кристаллах.
Типы химической связи
По характеру связи между частицами кристаллы подразделяются на четыре вида: молекулярные, атомные, ионные и металлические. Конечно, вы помните, что не может быть стопроцентной одной связи (только ионной или только металлической, важно какой вид преобладает). Давайте рассмотрим каждый тип подробно.
Молекулярная кристаллическая решетка
Молекулярная решетка в своих узлах имеет молекулы. Связь между молекулами обеспечивается за счет Ван-дер-Вальсового взаимодействия. Это достаточно слабые взаимодействие, поэтому внутримолекулярные и межмолекулярные расстояния между атомами абсолютно разные. За счет малой энергии ван-дер-ваальсового взаимодействия по сравнению с ковалентной связью в молекулах, кристаллы с молекулярным типом кристаллической решетки легко переходят в газообразное состояние при достаточно низких температурах. Большинство органических соединений имеют молекулярный тип решетки из неоргаников — это водород, сера, вода, азот, иод.
Атомная кристаллическая решетка
Атомный тип кристаллической решетки. К таким кристаллам относится алмаз, атом углерода в котором окружен четырьмя другими атомами, равноудаленных от него. Все связи между атомами имеют одинаковую длину и равную энергию. Атомный кристалл характеризуется единой системой химических связей. Атомы связаны направленными, локализованными ковалентными связями. Они определяют энергетические характеристики кристалл, группировки атомов. Ковалентные связи в атомных решетках имеют высокую прочность, соответственно разрушить подобный кристалл весьма проблематично, особенно по сравнению с молекулярным. Вещества с атомными решетками имеют высокую прочность, и высокую температуру плавления и кипения.
Ионная кристаллическая решетка
Ионная кристаллическая решетка образуется чередующимися ионами противоположными по знакам. К примеру, кубический кристалл хлорида натрия (поваренная соль) относится к классическому примеру ионного кристалла. В ионной решетке нет возможности вычленить отдельную молекулу хлорида натрия – все ионы кристалла взаимодействуют между собой. То есть любой положительный ион натрия притягивает отрицательно заряженный ион хлора и отталкивает другие ионы натрия. Каждый ион в кристалле образует сферически симметричное электростатическое поле, взаимодействие между ионами происходит за счет кулоновских сил. Число соседей каждого иона определяется соотношением размеров ионов и принципом электронейтральности.
Энергетической характеристикой ионного кристалл является энергия ионной кристаллической решетки.
Энергия ионной кристаллической решетки – это энергия образования одного моля кристаллического вещества из свободных газообразных ионов. Рассчитывается исходя из законов электростатики, либо по циклу Борна-Габера.
Энергия ионной решетки сопоставима с энергией химических связей в атомных кристаллических решетках, что обуславливает достаточно прочные кристаллы и трудное их разрушение.
Металлическая кристаллическая решетка
Металлические кристаллические решетки имеют существенное отличие от молекулярных и атомных решеток. Кристаллы обладают характерным блеском, легко деформируются обладают высокими показателями теплопроводности и электропроводности. В металлическом кристалле атомы связаны друг с другом тем прочнее, чем больше электронов участвует в образовании связей. Это объясняет наличие в ряду металлов легкоплавки и легколетучих ( ртуть), щелочные металлы.
Надеемся мы смогли вам объяснить «на пальцах» очередной материал, необходимый для успешной подготовки к сдаче ЕГЭ по химии за минимальный срок.
Ответы