Металлическая кристаллическая решетка это: Кристаллические решетки. Строение вещества | CHEMEGE.RU

alexxlab | 24.05.1998 | 0 | Разное

Содержание

виды, свойства, определение простым языком

Определение кристаллической решетки

Как мы знаем, все материальные вещества могут пребывать в трех базовых состояниях: жидком, твердом, и газообразном. Правда есть еще состояние плазмы, которое ученые считают ни много ни мало четвертым состоянием вещества, но наша статья не о плазме. Твердое состояние вещества потому твердое, так как имеет особую кристаллическую структуру, частицы которой находятся в определенном и четко заданном порядке, создавая, таким образом, кристаллическую решетку. Строение кристаллической решетки состоит из повторяющихся одинаковых элементарных ячеек: атомов, молекул, ионов, других элементарных частиц, связанных между собой различными узлами.



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.

Виды кристаллических решеток

В зависимости от частиц кристаллической решетки существует четырнадцать типов оной, приведем наиболее популярные из них:

  • Ионная кристаллическая решетка.
  • Атомная кристаллическая решетка.
  • Молекулярная кристаллическая решетка.
  • Металлическаякристаллическая решетка.
    Далее более подробно опишем все типы кристаллической решетки.

    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.

    Читать также: Кованная вешалка для одежды настенная

    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.

    Содержание:

    Атомная кристаллическая решетка

    Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, имеют в своих узлах, состоящих собственно из атомов сильные ковалентные связи. Ковалентная связь происходит, когда два одинаковых атома делятся друг с другом по-братски электронами, образуя, таким образом, общую пару электронов для соседних атомов. Из-за этого ковалентные связи сильно и равномерно связывают атомы в строгом порядке – пожалуй, это самая характерная черта строения атомной кристаллической решетки. Химические элементы с подобными связями могут похвастаться своей твердостью, высокой температурой плавления. Атомную кристаллическую решетку имеют такие химические элементы как алмаз, кремний, германий, бор.

    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.

    Металлическая кристаллическая решетка

    Тип связи металлической кристаллической решетки гибче и пластичнее ионной, хотя внешне они весьма похожи. Отличительной особенностью ее является наличие положительно заряженных катионов (ионов метала) в узлах решетки. Между узлами живут электроны, участвующие в создании электрического поля, эти электроны еще называются электрическим газом. Наличие такой структуры металлической кристаллической решетки объясняет ее свойства: механическую прочность, тепло и электропроводность, плавкость.

    Периодическая таблица и металлы

    В XIX веке благодаря своему блестящему уму и многим годам труда Дмитрий Иванович Менделеев составил таблицу, собрав в нее все известные на то время химические элементы. Каждому из них в таблице отведено определенное положение в соответствии с числом протонов в атомном ядре. Вся таблица делится на 7 периодов (горизонтальные строки) и 8 групп (вертикальные строки). Чем больше период, тем больше радиус атома соответствующего элемента, и тем на более высоких орбиталях расположены его валентные электроны. Наоборот, чем старше группа (движение по таблице слева направо), тем больше валентных электронов находится на последней орбитали и тем меньше радиус атома.

    Любой элемент таблицы можно условно отнести либо к металлам, либо к неметаллам. Металлы расположены по левую сторону от диагонали бор (B) – полоний (Po). Если взглянуть на таблицу, то можно сразу понять, что количество металлов в несколько раз превышает число неметаллов.

    Читать также: Как прозвонить регулятор напряжения генератора мультиметром

    Кристаллические решетки, видео

    И в завершение подробное видео пояснения о свойствах кристаллических решеток.

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

    Страница про автора

    Эта статья доступна на английском – Crystal Lattice in Chemistry.

    Классификация металлов по химическому составу

    Химические свойства чистых элементов определяются строением атомов реальных металлов и прежде всего их атомным числом, характеризующим их способность реагировать с водородом, кислородом и другими элементами. Химические характеристики реально применяемых металлов могут сильно отличаться от параметров чистого вещества как в лучшую, так и в худшую сторону.

    Нежелательные добавки называют примесями, а те, что вносятся преднамеренно для изменения параметров в нужную сторону — легирующими присадками.

    Общепризнанной является классификация, основанная на указании главного компонента сплава.

    Какое оно

    Золото входит в обособленную группу драгоценных металлов.

    Как знать, презирающая чернь и холопов, надменное злато «не желает» вступать в контакт (химические реакции) с другими элементами. Драгоценным оно было всегда — красота, блеск, долговечность металла полагались аристократам и прочим любимцам судьбы.

    Химические и физические свойства:

    1. Чистое золото имеет очень низкую твердость — 2,5-3. Кто читал книги об истории, помнит, что золотые монеты нередко «пробовали на зуб». На настоящих монетах оставался след от зубов, на фальшивой (с большой долей примесей, обычно меди) — нет.
    2. Золото плавится при температура 1064°С; нагреете до 2947 °С — начнет кипеть и улетучиваться.
    3. Удельный вес металла 19,3 г/см3. Килограмм золота легко поместится в кармане или дамской сумочке — его легко «упаковать» в кубик со стороной 3,7 см.
    4. Ковкость металла поражает. Всего один грамм можно раскатать в лист площадью в половину квадратного метра. Это «сусальное золото».
    5. Для производства украшений у злата есть еще одно привлекательное свойство. Металл очень пластичный и тягучий, а значит – легко сгибается и растягивается.
    6. Кристаллическая структура решетки металла кубическая, гранецентрированная.
    7. Химически металл очень инертен. В нормальных условиях он не желает реагировать с другими элементами. Исключение — ртуть.
    8. Растворить солнечный металл можно в «царской водке» (смеси азотной с соляной кислотами в пропорции 1:3). Медленно, но реагирует с цианидами, йодистым калием, жидким бромом.

    К сведению: ваши золотые украшения стоит поберечь от йода, ртути, хлора.

    Название, символ, номерЗо́лото / Aurum (Au), 79
    Атомная масса (молярная масса)196,966569(4)[1] а. е. м. (г/моль)
    Электронная конфигурация[Xe] 4f14 5d10 6s1
    Радиус атома144 пм
    Химические свойства
    Ковалентный радиус134 пм
    Радиус иона(−3e) 185 (+1e) 137 пм
    Электроотрицательность2,64 (шкала Полинга)
    Электродный потенциалAu←Au3+ 1,50 В, Au←Au+ 1,70В
    Степени окисления−1,1,3,5
    Энергия ионизации (первый электрон)889,3 (9,22) кДж/моль (эВ)
    Термодинамические свойства простого вещества
    Плотность (при н. у.)19,3-19,32[2][3] г/см³
    Температура плавления1337,33 К (1064,18 °C, 1947,52 °F)[2]
    Температура кипения3129 К (2856 °C, 5173 °F)[2]
    Уд. теплота плавления12,68 кДж/моль
    Уд. теплота испарения~340 кДж/моль
    Молярная теплоёмкость25,39[4] Дж/(K·моль)
    Молярный объём10,2 см³/моль
    Кристаллическая решётка простого вещества
    Структура решёткикубическая гранецентрированная типа Cu, пр. группа Fm3m
    Параметры решётки4,0781 Å
    Отношение c/a1
    Температура Дебая170,00 K
    Прочие характеристики
    Теплопроводность(300 K) 318 Вт/(м·К)
    Номер CAS7440-57-5

    Рекомендуем: ПАЛЛАДИЙ — звездный металл, брат платины

    Меры чистоты золота

    Британская каратная система

    Традиционно чистота золота измеряется в британских каратах. 1 британский карат равен одной двадцать четвёртой части массы сплава. 24-каратное золото (24K) является чистым, без каких-либо примесей.

    Чтобы изменить качественные характеристики золота, для различных целей (например, увеличить твёрдость) изготавливают сплавы с различными примесями. Например, 18-каратное золото (18K) означает содержание в сплаве 18 частей золота и 6 частей примесей.

    Российская система проб

    Принятая в России система отличается от британской и аналогична принятой в Германии. В России чистота золота измеряется пробой.

    Проба варьируется от 0 до 1000 и показывает содержание золота в тысячных долях. Так, 18-каратное золото соответствует 750-й пробе. Золото 999,96-й пробы считается «практически чистым», именно такой пробы оно и бывает в слитках. Золото 999,99 пробы крайне дорого в получении и употребляется только в химии. В отечественной ювелирной промышленности изготавливаются ювелирные изделия из золота 375, 500, 585, 750, 900, 916 и 958 пробы. По просьбе физического лица пробирная инспекция может поставить 583 пробу, хотя во многих странах бывшего СССР отказались от 583 пробы и оставили 585,например в Латвии.

    Драгметаллы — в монеты

    Власть золота над человеком в полной мере проявилась, когда из предмета роскоши «презренный металл» стал мерой стоимости товара — деньгами. Первыми догадались делать монеты из золота лидийцы.

    Последний лидийский царь Крез (помните, конечно – «богат как Крез») придумал биметаллическую (золото-серебро) систему. Идея была такой удачной, что жила и процветала многие века.

    Рекомендуем: НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов

    Дарий, персидский царь, начал вместо клейма чеканить на монетах собственное изображение.

    Монетарным стандартом между золотом и серебром часто был 1:10. Но соотношения постоянно менялись. В Древнем Египте серебро было дороже золота.

    Сколько золота в колечке

    Государства жестко контролируют меры чистоты, то есть содержание драгоценных металлов, в сплавах.

    Для этого разработана система проб. Это определение количество чистого металла в сплаве. Это количество (проба) называется клеймом.

    Важно: в России сплавы, содержащие более 30% драгметалла, должны иметь пробу.

    Существует 4 системы проб. Самые популярные — каратная и метрическая.

    Метрическая система принята в странах, подписавших Конвенцию о клеймении драгметаллов. Это Россия, Франция, Германия, Израиль, Кипр и еще несколько стран.

    Британскую каратную систему предпочитают в Канаде, Швейцарии, США. Ирландцы мудро ставят на изделии обе пробы — каратную и метрическую. А Великобритания ставит метрическую пробу, но в описании товара указывает и каратную.

    Познавательно: хотите пересчитать караты в метрическую пробу — умножьте число карат на 125 и разделите на 3. То есть, 18 каратное изделие будет соответствовать пробе 750 (18х125:3).

    Пересчитаем метрическую пробу в караты — метрическую пробу умножаем на 24 и делим на 1000. То есть, изделие с пробой 750 будет соответствовать 18 каратам.

    Какие вещества имеют металлическую кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка и ее основные типы

    Связи между ионами в кристалле очень прочные и устойчивые.Поэтому вещества с ионной решёткой обладают высокой твёрдостью и прочностью, тугоплавки и нелетучи.

    Вещества с ионной кристаллической решеткой обладают следующими свойствами:

    1. Относительно высокой твердостью и прочностю;

    2. Хрупкостью;

    3. Термостойкостью;

    4. Тугоплавкостью;

    5. Нелетучестью.

    Примеры: соли – хлорид натрия, карбонат калия, основания – гидрооксид кальция, гидрооксид натрия.

    4. Механизм образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный).

    Каждый атом стремится завершить свой внешний электронный уровень, чтобы уменьшить потенциальную энергию. Поэтому ядро одного атома притягивается к себе электронную плотность другого атома и наоборот, происходит наложение электронных облаков двух соседних атомов.

    Демонстрация аппликации и схемы образования ковалентной неполярной химической связи в молекуле водорода. (Учащиеся записывают и зарисовывают схемы).

    Вывод: Связь между атомами в молекуле водорода осуществляется за счет общей электронной пары. Такая связь называется ковалентной.

    Какую связь называют ковалентной неполярной? (Учебник стр. 33).

    Составление электронных формул молекул простых веществ неметаллов:

    CI CI – электронная формула молекулы хлора,

    CI — CI – структурная формула молекула хлора.

    N N – электронная формула молекулы азота,

    N ≡ N – структурная формула молекулы азота.

    Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Кратность ковалентной связи.

    Но молекулы могут образовывать и разные атомы неметаллов и в этом случае общая электронная пара будет смещаться к более электроотрицательному химическому элементу.

    Изучить материал учебника на стр. 34

    Вывод: Металлы имеют более низкое значение электроотрицательности, чем неметаллы. И между ними она сильно отличается.

    Демонстрация схемы образования полярной ковалентной связи в молекуле хлороводорода.

    Общая электронная пара смещена к хлору, как более электроотрицательному. Значит это ковалентная связь. Она образована атомами, электроотрицательности которых несильно отличаются, поэтому это ковалентная полярная связь.

    Составление электронных формул молекул йодоводорода и воды:

    H J – электронная формула молекулы йодоводорода,

    H → J – структурная формула молекулы йодоводорода.

    H O – электронная формула молекулы воды,

    Н →О – структурная формула молекулы воды.

    Самостоятельная работа с учебником: выписать определение электроотрицательности.

    Молекулярные и атомные кристаллические решетки. Свойства веществ с молекулярными и атомными кристаллическими решетками

    Самостоятельная работа с учебником.

    Вопросы для самоконтроля

    Атом, какого химического элемента имеет заряд ядра +11

    – Записать схему электронного строения атома натрия

    – Внешний слой завершен?

    – Как добиться завершения заполнения электронного слоя?

    – Составить схему отдачи электрона

    – Сравнить строение атома и иона натрия

    Сравнить строение атома и иона инертного газа неона.

    Определить атом, какого элемента с количеством протонов 17.

    – Запишите схему электронного строения атома.

    – Слой завершен? Как этого добиться.

    – Составить схему завершения электронного слоя хлора.

    Задание по группам:

    1-3 группа: Cоставьте электронные и структурные формулы молекул веществ и укажите тип связи Br 2 ; NH 3 .

    4-6 группы: Cоставьте электронные и структурные формулы молекул веществ и укажите тип связи F 2 ; HBr.

    Два ученика работают у дополнительной доски с этим же заданием для образца к самопроверке.

    Устный опрос.

    1. Дайте определение понятия «электроотрицательность».

    2. От чего зависит электроотрицательность атома?

    3. Как изменяется электроотрицательность атомов элементов в периодах?

    4. Как изменяется электроотрицательность атомов элементов в главных подгруппах?

    5. Сравните электроотрицательность атомов металлов и неметаллов. Отличаются ли способы завершения внешнего электронного слоя, характерные для атомов металлов и неметаллов? Каковы причины этого?

    7. Какие химические элементы способны отдавать электроны, принимать электроны?

    Что происходит между атомами при отдаче и принятии электронов?

    Как называют частицы, образовавшиеся из атома в результате отдачи или присоединения электронов?

    8. Что произойдет при встрече атомов металла и неметалла?

    9. Как образуется ионная связь?

    10. Химическая связь, образуемая за счет образования общих электронных пар называется …

    11. Ковалентная связь бывает … и …

    12. В чем сходство ковалентной полярной и ковалентной неполярной связи? От чего зависит полярность связи?

    13. В чем различие ковалентной полярной и ковалентной неполярной связи?

    ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 8

    Дисциплина: Химия.

    Тема: Металлическая связь. Агрегатные состояния веществ и водородная связь.

    Цель занятия: Сформировать понятие об химических связях на примере металлической связи. Добиться понимания механизма образования связи.

    Планируемые результаты

    Предметные: формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; умение обрабатывать, объяснять результаты; готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;

    Метапредметные: использование различных источников для получения химической информации, умение оценить ее достоверность для достижения хороших результатов в профессиональной сфере;

    Личностные: умение использовать достижения современной химической науки и химических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;

    Норма времени: 2 часа

    Вид занятия: Лекция.

    План занятия:

    1. Металлическая связь. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая химическая связь.

    2. Физические свойства металлов.

    3. Агрегатные состояния веществ. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.

    4. Водородная связь

    Оснащение: Периодическая система химических элементов, кристаллическая решетка, раздаточный материал.

    Литература:

    1. Химия 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.:Просвещение, 2014. -208 с.: ил..

    2. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов. – 5 – изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 272с., с цв. ил.

    Преподаватель: Тубальцева Ю.Н.

    Который при обычных условиях представляет собой газ, при температуре -194 °С превращается в жидкость голубого цвета, я при температуре -218,8º С затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета.

    В этом параграфе мы рассмотрим, как влияют особенности химических связей на свойства твердых веществ. Температурный интервал существования вещества в твердом состоянии определяется его температурами кипения и плавления. Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные.
    Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления – при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находится пластилин или различные смолы.

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

    В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы и молекулы . Эти частицы совершают колебательные движения. С повышением температуры размах этих колебаний возрастает, что приводит, как правило, к тепловому расширению тел.

    В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические (табл. 6).

    Простые вещества остальных элементов, не представленные в таблице 6, имеют металлическую решетку.

    Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na+,Сl-, так и сложные SO 2- 4, ОН-. Следовательно, ионные кристаллические решетки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов , то есть те вещества, в которых существует ионная химическая связь. Например, кристалл хлорида натрия построен из чередующихся положительных ионов Na+ и отрицательных Сl-, образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решетной обладают сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

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

    Число веществ с атомной кристаллической решеткой не очень велико. К ним относятся кристаллические бор, кремний и германий, а также сложные вещества, например такие, в состав которых входит оксид кремния (IV) – SlО2: кремнезем, кварц, песок, горный хрусталь.

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

    Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными и неполяриыми. Несмотря на то что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями , между самими молекулами действуют слабые силы можмолекулярно-го притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи.

    Примерами веществ с молекулярными кристаллическими решетками являются твердая вода – лед, твердый оксид углерода (IV) – «сухой лед», твердые хлороводород и сероводород, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- , трех- (О3), четырех- (Р4). восьмиатомными молекулами. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).
    Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны в общее пользование). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.

    Для веществ, имеющих молекулярное строение, справедлив открытый французским химиком Ж. Л. Прустом (1799-1803) закон постоянства состава. В настоящее время этот закон формулируется так: «Молекулярные химические соединения независимо от способа их получения имеют постоянный состав и свойства. Закон Пруста является одним из основных законов химии. Однако для веществ с нсмолекулярным строением, например ионным, этот закон не всегда справедлив.

    1. Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества.

    2. Твердые вещества: аморфные и кристаллические.

    3. Кристаллические решетки: атомные, ионные, металлические и молекулярные.

    4. Закон постоянства состава.

    Какие свойства нафталина лежат в основе его применения для защиты шерстяных изделий от моли?
    Какие качества аморфных тел применимы для опнсаиия особенностей характера отдельных людей?

    Почему открытый датским ученым К. X. Эрстедом алюминий в 1825 г. еще долгое время относился к драгоценным металлам?

    Вспомните произведение А. Беляева «Продавец воздуха» и охарактеризуйте свойства твердого кислорода, используя его описание, приведенное в книге.
    Почему температура плавления металлов изменяется в очень широких пределах? Для подготовки ответа на этот вопрос используйте дополнительную литературу .

    Почему изделие из кремния при ударе раскалывается на кусочки, а изделие из свинца только расплющивается? В каком из указанных случаев происходит разрушение химической связи, а в каком – нет? Почему?

    Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

    Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц . Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой . Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки . В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы , ионы или молекулы .

    В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную , металлическую , атомную и молекулярную .

    Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.

    Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.

    Ионные кристаллические решётки имеют соли , щёлочи , оксиды активных металлов . Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na + и хлора Cl − , а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия K + и сложные сульфат-ионы S O 4 2 − .

    Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые , тугоплавкие , нелетучие . Такие вещества хорошо растворяются в воде .

    Кристаллическая решётка хлорида натрия

    Кристалл хлорида натрия

    Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.

    Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).

    Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов .

    Температуры плавления металлов могут быть разными (от \(–37\) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск , ковкость , пластичность , хорошо проводят электрический ток и тепло .

    Металлическая кристаллическая решётка

    Металлические изделия

    Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.

    Такой тип решётки имеет алмаз – одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит , кремний , бор и германий , а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём , кварц , горный хрусталь , песок , в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) Si O 2 .

    Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость . Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом. У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения . Например, температура плавления кремнезёма – \(1728\) °С, а у графита она выше – \(4000\) °С. Атомные кристаллы практически нерастворимы .

    Кристаллическая решётка алмаза

    Алмаз

    Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.

    Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость , низкие температуры плавления и кипения . Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы . Такие вещества летучи . Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние. Некоторые молекулярные вещества имеют запах .

    Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами (He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn ), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами ( H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , I 2 , O 3 , P 4 , S 8).

    Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода – лёд , твёрдые аммиак , кислоты , оксиды неметаллов . Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин , сахар , глюкоза ).

    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.  

    Кристаллическая решетка – система точек, расположенных в равных, параллельно ориентированных вершинах и смежных по граням параллелепипедов без промежутков, заполняющих пространство точек, называющимися узлами, прямые – рядами, плоскости – сетками, параллелепипеды называются элементарными ячейками.

    Типы кристаллических решеток: атомная – если в узлах расположены атомы, ионная – если в узлах расположены ионы, молекулярная – если в узлах расположены молекулы

    2.Свойства кристаллических веществ – однородность, анизотропность, способность самоограняться.

    Однородность – два одинаковых элементарных объема вещества параллельно ориентированых в пространстве, но выделены в разных точках вещества, абсолютно одинаковы по свойствам (берилл – турмалин).

    Анизотропность – в разных направлениях кристаллической решетки в непараллельных направлениях многие свойства (н-р, прочность, твердость, показатель преломления) различны.

    Способность самоограняться – свойство кристаллов при свободном росте образовывать правильно ограненные многогранники.

    Свойство постоянства двугранных узлов – углы м/у соответствующимигранями и ребрами во всех кристаллах одного и того же вещества одинаковы.

    3.Понятие сингонии. На какие категории подразделяются сингонии.

    Сингония – совокупность видов симметрий, имеющая 1 или или несколько общих элементов симметрии, при равном числе единичных направлений. С. к. характеризуется соотношениями между осями а, b, с и углами ячейки.

    Существует 7 Делятся на:

    Низшую( не имеют осей симметрии выше второго порядка)

    Среднюю (они имеют одну ось симметрии высшего порядка)

    Единичные направления – направления, неповторяющиеся в кристаллах.

    Являясь наиболее крупным классификационным подразделением в симметрии кристаллов, каждая С. к. включает в себя несколько точечных групп симметрий и Браве решёток.

    4.Простые формы и комбинации. Физический смысл выделения простых форм в кристалле.

    По внешнему виду кристаллы делятся на простые формы и комбинации. Простые формы – кристаллы полученные из одной грани путем действия на нее элемента симметрии.

    Элементы симметрии:

      геометрический образ

      плоскость симметрии – плоскость перпендикулярная изображению, разделяющая фигуру на 2 части, соотносящиеся как предмет и его зеркальное отражение.

      Ось симметрии – это прямая, перпендикулярная изображению, при повороте вокруг которой на 360 о фигура совмещается сама с собой n раз.

      Центр симметрии – точка внутри кристалла характеризующаяся тем, что каждая проводимая через нее прямая встречается с двух сторон на одинаковом расстояниях идентичные точки.

    Комбинации – кристаллы, состоящие из граней, различного типа, отличающихся по форме и размеру. Образуются сочетанием двух или более простых форм. Сколько на равномерно развитом кристалле типов граней столько в нем и простых форм.

    Выделение граней разного типа имеет физический смысл , поскольку разные грани растут с различной скоростью и имеют разные свойства (твердость, плотность, показатель преломления).

    Простые формы бывают открытые и закрытые. Закрытая простая форма с помощью граней одного типа самостоятельно замыкает пространство (тетрагональная дипирамида), открытая простая форма может замыкать пространство только в сочетании с другими простыми формами (тетрагональная пирамида+плоскость.) Всего существует 47 простых форм. Все они подразделяются по категриям:

    Моноэдр – простая форма, представленная одной гранью.

    Пинакоид – две равные параллельные грани, которые могут быть обратно расположенными.

    Диэдр – две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём продолжении) .

    Ромбическая призма – четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

    Ромбическая пирамида четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб. Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая форма.

    Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие. Ромбическая дипирамида две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб; Ромбический тетраэдр четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

      Средняя категория (сингонии: триклинная, тетрагональная, гексагональная)– 27 п.ф.: моноэдр, пинокоид, 6 дипирамид, 6 пирамид, 6 призм, тетраэдр, ромбоэдр, 3 трапециэдра (грани в форме трапеции), 2 скаленоидра (образуются путем удвоения граней тетраэдра и ромбоэдра).

      Высшая категория – 15 п.ф.: основными являются тетраэдр, октаэдр, куб. Если вместо одной грани появляются 3 грани – тритетраэдр, если 6 – гексатетраэдр, если 4 – тетратетраэдр. Грани могут быть 3х, 4х, 5тиугольные: 3х – тригон, 4х – тетрагон, 5ти – пентагон.

    Простой формой кристалла называют семейство граней, взаимосвязанных симметрическими операциями данного класса симметрии. Все грани, образующие одну простую форму кристалла, должны быть равны по размеру и форме. В кристалле могут присутствовать одна или несколько простых форм. Сочетание нескольких простых форм называется комбинацией.

    Закрытыми называют такие формы, грани которых полностью замыкают заключенное между ними пространство, как, например, куб;

    Открытые простые формы не замыкают пространство и не могут существовать самостоятельно, а только в комбинациях. Например, призма + пинакоид.

    Рис.6. Простые формы низшей категории: моноэдр (1), пинакоид (2), диэдр (3).

    В низших сингониях возможны следующие открытые простые формы (рис. 6):

    Моноэдр (от греч. “моно”- один, “эдра”- грань) – простая форма, представленная одной единственной гранью. Моноэдром является, например, основание пирамиды.

    Пинакоид (от греч.”пинакс”- доска) – простая форма, состоящая из двух равных параллельных граней, часто обратно ориентированных.

    Диэдр (от греч.”ди” – два, “эдр”- грань) – простая форма, образованная двумя равными пересекающимися (иногда на своем продолжении) гранями, образующими “прямую крышу”.

    Ромбическая призма – простая форма, которая состоит из четырех равных, попарно параллельных граней, которые в сечении образуют ромб.

    Ромбическая пирамида – простая форма состоит из четырех равных пересекающихся граней; в сечении также – ромб. Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие:

    Ромбическая дипирамида две ромбические пирамиды, сложенные основаниями. Форма имеет восемь равных граней, дающих в поперечном сечении ромб.

    Ромбический тетраэдр – простая форма, четыре грани которой имеют форму косоугольных треугольников и замыкают пространство.

    Открытыми простыми формами сингоний средней категории будут призмы и пирамиды.

    Тригональная призма (от греч.”гон”- угол) – три равных грани, пересекающихся по параллельным ребрам и образующих в сечении равносторонний треугольник;

    Тетрагональная призма (от греч.”тетра”- четыре) – четыре равных попарно параллельных грани, образующих в сечении квадрат;

    Гексагональная призма (от греч.”гекса”- шесть) – шесть равных граней, пересекающихся по параллельным ребрам и образующих в сечении правильный шестиугольник.

    Названия дитригональных, дитетрагональных и дигексагональных получили призмы с удвоенным числом граней, когда все грани равны, а одинаковые углы между гранями чередуются через один.

    Пирамиды – простые формы кристаллов средней категории могут быть, также как и призмы, тригональными (и дитригональными), тетрагональными (и дитетрагональными), гексагональными(и дигексагональными). Они образуют в сечении правильные многоугольники. Грани пирамид располагаются под косым углом к оси симметрии высшего порядка.

    В кристаллах средней категории встречаются так же закрытые простые формы. Таких форм несколько:

    Дипирамиды – простые формы, образованные двумя равными пирамидами, сложенными основаниями. В таких формах происходит удвоение пирамиды горизонтальной плоскостью симметрии, перпендикулярной главной оси симметрии высшего порядка (рис. 8). Дипирамиды, как и простые пирамиды, в зависимости от порядка оси могут иметь различные формы сечения. Они могут быть тригональными, дитригональными, тетрагональными, дитетрагональными, гексагональными и дигексагональными.

    Ромбоэдр – простая форма, которая состоит из шести граней в виде ромбов и напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной сингонии. Верхняя и нижняя группа граней повернуты относительно друг друга на угол 60о таким образом, что нижние грани располагаются симметрично между верхними.

    Типы кристаллических решёток

    Для определения типа кристаллической решётки поступают следующим образом. Если связь в соединении ионная, то кристаллическая решётка всегда ионного типа: хлорид калия, нитрат калия, нитрид кальция, карбид кальция, оксид алюминия.

    Если связь металлическая, то и кристаллическая решётка всегда металлическая: латунь, железо, медь, натрий.

    Если связь ковалентная, то решётка может быть, как атомной, так и молекулярной. Веществами с атомной кристаллической решёткой являются: карборунд, оксид кремния четыре, бор, кремний, алмаз, графит, чёрный и красный фосфор.

    У веществ с молекулярной кристаллической решёткой в узлах кристаллической решётки расположены молекулы, прочность данной связи слабая.

    Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления, то есть они легкоплавки и летучи, значительная сжимаемость, иногда запах, а также явление сублимации, или возгонки, как для йода и твёрдого углекислого газа.

    Для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерна небольшая твёрдость, большинство этих веществ хорошо растворимы в воде. Молекулярную кристаллическую решётку имеют газы и жидкости в твёрдом агрегатном состоянии. Например, кристаллический йод, сера, белый фосфор, углекислый газ, большинство органических соединений.

    У веществ с атомной кристаллической решёткой в узлах расположены атомы. Связь между атомами в кристаллические решёткиковалентная, очень прочная. Для этих веществ характерны высокие температуры кипения и плавления, то есть они тугоплавки и нелетучий, очень твёрдые, практически не растворимы в воде и не имеют запаха.

    Примером веществ с таким типом кристаллических решёток являются алмаз и графит.

    Как известно, твёрдость алмаза оценивается по шкале Мооса самым высоким значением – 10. Благодаря высокой твёрдости алмаз используют для изготовления буров, свёрл, шлифовальных инструментов, стеклорезов. Алмаз является камнем ювелиров, они используют отшлифованные алмазы – бриллианты.

    Графит также является веществом с атомной кристаллической решёткой, но несмотря на это, он мягкий, так как имеет слоистую структуру. В кристаллической решётке графита атомы углерода, лежащие в одной плоскости, связаны в правильные шестиугольники. Связи между слоями непрочные, за счёт этого графит мягкий. Графит, как и алмаз, тугоплавкий. Из него изготавливают электроды, твёрдые смазки, стержни для карандашей, замедлители нейтронов в ядерных реакторах.

    Атомные кристаллические решётки имеют не только простые, но и сложные вещества. Например, все разновидности оксида алюминия. Такие, как наждак, корунд, рубин, сапфир.

    Наиболее распространённое соединение кремния – это оксид кремния четыре, который также имеет атомную кристаллическую решётку. Почти чистым оксидом кремния четыре является минерал кварц.

    У веществ с ионным типом связи в узлах кристаллической решётки расположены ионы, связь между частицами – ионная, она прочная.

    Для веществ с ионным типом связи характерны следующие свойства: высокие температуры плавления и кипения, они тугоплавки и нелетучи, они твёрдые, хрупкие, многие растворимы в воде. Их хрупкость объясняется тем, что если попробовать деформировать такую кристаллическую решётку, то один из её слоёв будет двигаться относительно другого слоя до тех пор, пока одинаково заряженные ионы не будут друг против друга. Эти ионы начнут отталкиваться друг от друга, и кристаллическая решётка разрушиться.

    Вещества с ионным типом связи плохо проводят электрический ток и тепло. Но их растворы и расплавы проводят электрический ток. Вещества с ионным типом связи не имеют запаха.

    Ионное соединение представляет собой гигантскую ассоциацию ионов, расположенных в пространстве благодаря равновесию сил притяжения и отталкивания.

    Например, кристалл хлорида натрия состоит из катионов натрия и анионов хлора. Каждый катион натрия окружён шестью анионами хлора, а каждый анион хлора – шестью катионами натрия. Наименьшей структурной единицей кристалла является элементарная ячейка. Строение элементарной ячейки зависит от соотношения размеров катиона и аниона.

    У веществ с металлическим типом связи в узлах кристаллической решётки расположены атом-ионы, связь между ними металлическая. Связь может быть различной по прочности.

    Металлическая кристаллическая решётка определяет свойства металлов: ковкость, пластичность, электро-и теплопроводность, металлический блеск, способность образовывать сплавы.

    Пластичность выражается в способности металлов деформироваться под действием механической нагрузки. Это свойство лежит в основе ковки, прокатки металлов, их способности вытягиваться в проволоку. Пластичность объясняется тем, что под воздействием силы слои перемещаются относительно друг друга без разрыва связи между ними.

    Например, если двумя плоскими стеклянными пластинками поместить несколько капель воды, то пластинки будут свободно скользить относительно друг друга, но вот разъединить их будет достаточно сложно. Таким образом, в данном опыте вода играла роль свободных электронов, которые находятся в металлической кристаллической решётке.

    Наиболее пластичными металлами являются золото, серебро и медь. Именно из золота можно сделать самую тонкую фольгу толщиной три тысячных миллиметра. Такую тонкую фольгу использую для золочения. Примером может служить Янтарная комната в Большом Екатерининском дворце.

    Высокая электропроводность металлов обусловлена наличием свободных электронов, которые под действием электрического тока приобретают направленное движение.

    Лучшими проводниками электрического ока являются серебро и медь, немного худшим – алюминий. Однако в большинстве случаев в качестве электропроводов используют алюминий, а не медь.

    Теплопроводность металлов также объясняется движением свободных электронов, которые сталкиваются с атом-ионами в узлах кристаллической решётки и обмениваются с ними энергией. Благодаря этому свойству металлическая посуда равномерно нагревается.

    Вещества с металлическим типом кристаллической решётки имеют металлический блеск из-за отражения световых лучей.

    Высокой светоотражающей способностью обладают ртуть, серебро, палладий и алюминий. Из серебра, палладия и алюминия изготавливают зеркала, прожектора и фары. В порошкообразном состоянии металлы теряют свой блеск, только магний и алюминий сохраняют его.

    Большинство металлов имеет серебристо-белый цвет. Только золото окрашено в жёлтый цвет, а медь в красный.

    Металлическая кристаллическая решётка характерна не только для металлов, но и для сплавов. Это отличает металлические сплавы от других сплавов: стекла, фарфора, керамики, базальтов, гранитов, гнейсов.

    Что такое кристаллическая решетка. Типы кристаллических решеток различных веществ

    Строение вещества.

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

    При низких температурах для веществ устойчиво твёрдое состояние.

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

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

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

    Жидкие кристаллы.

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

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

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

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

    Типы кристаллических решёток.

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

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

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

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

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

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

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

    ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЁТОК







    Свойства веществ с различной кристаллической решёткой (таблица)

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

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

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



    Простые вещества остальных элементов имеют металлическую кристаллическую решётку.

    ЗАКРЕПЛЕНИЕ

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

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

    Выполните задания по данной теме:


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

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

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

    б). кислород

    в). алмаз

    3) Атомная кристаллическая решётка характерна для:

    a). алюминия и графита

    б). серы и йода

    в). оксида кремния и хлорида натрия

    г). алмаза и бора

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

    А). молекулярная

    б). атомная

    в). ионная

    г). металлическая

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

    Чтобы рассматривать данную тему необходимо знать:

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

    Кристаллическая решетка – трехмерное упорядоченное расположение частиц.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    Примеры заданий

    1. В какой молекуле ковалентная связь “элемент – кислород” наиболее полярна?

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

    Решение:

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

    Ответ: 4)

    2. Водородные связи образуются между молекулами

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

    Решение:

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

    Ответ: 1)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    · Атомная

    · Молекулярная

    · Металлическая

    · Ионная

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

    Это достаточно прочный тип решетки.

    Характеристики веществ с ионной кристаллической решеткой:

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

    · растворимость в воде большинства ионных соединений;

    · растворы и расплавы проводят электрический ток.

    У каких веществ ИОННАЯ решетка?

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

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

    Кристалл графита

    Характеристики веществ с атомной кристаллической решеткой:

    · атомные кристаллы очень прочные и твердые

    · плохо проводят теплоту и электричество.

    · плавятся при высоких температурах.

    · нерастворимы в каких-либо растворителях.

    · низкая реакционная способность.

    У каких веществ АТОМНАЯ решетка?

    Вещества с атомной кристаллической решеткой:

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

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

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

    Молекула йода.

    Характеристики веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

    · вещества бывают газообразными, жидкими и твёрдыми

    · низкие температуры плавления

    · малая прочность решетки

    · высокая летучесть веществ

    · не обладают электрической проводимостью

    · их растворы и расплавы также не проводят электрический ток.

    У каких веществ МОЛЕКУЛЯРНАЯ решетка?

    Вещества с молекулярной решеткой:

    · простые двухатомные вещества-неметаллы

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

    · все органические соединения, кроме солей.

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

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

    Характеристики веществ с металлической кристаллической решеткой:

    · металлический блеск и непрозрачность

    · ковкость и пластичность

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

    Инструкция

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

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

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

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

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


    Внимание, только СЕГОДНЯ!

    Все интересное

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    виды, свойства, определение простым языком

    Определение кристаллической решетки

    Как мы знаем, все материальные вещества могут пребывать в трех базовых состояниях: жидком, твердом, и газообразном. Правда есть еще состояние плазмы, которое ученые считают ни много ни мало четвертым состоянием вещества, но наша статья не о плазме. Твердое состояние вещества потому твердое, так как имеет особую кристаллическую структуру, частицы которой находятся в определенном и четко заданном порядке, создавая, таким образом, кристаллическую решетку. Строение кристаллической решетки состоит из повторяющихся одинаковых элементарных ячеек: атомов, молекул, ионов, других элементарных частиц, связанных между собой различными узлами.

    Виды решёток

    Элементарные кристаллические ячейки могут иметь различную конфигурацию. В связи с этим выделяют три типа кристаллических решёток:

    • объемно-центрированная (ОЦК) кубическая – состоит из 9 ионов;
    • гранецентрированная (ГЦК) кубическая – включает 14 ионов;
    • гексагональная плотноупакованная (ГПУ) – состоит из 17 ионов.

    ОЦК представляет собой куб, в узлах которого находится по атому. В центре куба, на пересечении диагоналей располагается девятый ион. Этот тип характерен для железа, молибдена, хрома, вольфрама, ванадия.

    Элементарной кристаллической ячейкой типа ГЦК является куб с ионами в узлах и в середине каждой грани – на пересечении диагоналей. Такое строение имеют медь, серебро, алюминий, свинец, никель.

    Третий тип имеет вид гексагональной призмы, в узлах которой находится по шесть ионов с каждой стороны. Посередине между шестью узлами располагается по одному иону. В середине призмы между шестиугольными гранями находится равносторонний треугольник, который составляют три иона.

    Рис. 2. Типы решёток.

    Металл может содержать большое количество дефектов атомного строения. Дефекты влияют на свойства металла.

    Виды кристаллических решеток

    В зависимости от частиц кристаллической решетки существует четырнадцать типов оной, приведем наиболее популярные из них:

  • Ионная кристаллическая решетка.
  • Атомная кристаллическая решетка.
  • Молекулярная кристаллическая решетка.
  • Металлическаякристаллическая решетка.
    Далее более подробно опишем все типы кристаллической решетки.

    Типы кристаллических решёток

    Кристаллическая решётка — это математическая модель, с помощью которой можно представить, как расположены частицы в кристалле. Мысленно соединив в пространстве прямыми линиями точки, в которых расположены эти частицы, мы получим кристаллическую решётку.

    Расстояние между атомами, расположенными в узлах этой решётки, называется параметром решётки

    .

    В зависимости от того, какие частицы расположены в узлах, кристаллические решётки бывают молекулярные, атомные, ионные и металлические.

    От типа кристаллической решётки зависят такие свойства кристаллических тел, как температура плавления, упругость, прочность.

    При повышении температуры до значения, при котором начинается плавление твёрдого вещества, происходит разрушение кристаллической решётки. Молекулы получают больше свободы, и твёрдое кристаллическое вещество переходит в жидкую стадию. Чем прочнее связи между молекулами, тем выше температура плавления.

    Молекулярная решётка

    В молекулярных решётках связи между молекулами не прочные. Поэтому при обычных условиях такие вещества находятся в жидком или газообразном состоянии. Твёрдое состояние для них возможно только при низких температурах. Температура их плавления (перехода из твёрдого состояния в жидкое) также низкая. А при обычных условиях они находится в газообразном состоянии. Примеры — иод (I2), «сухой лёд» (двуокись углерода СО2).

    Атомная решётка

    В веществах, имеющих атомную кристаллическую решётку, связи между атомами прочные. Поэтому сами вещества очень твёрдые. Плавятся они при высокой температуре. Кристаллическую атомную решётку имеют кремний, германий, бор, кварц, оксиды некоторых металлов и самое твёрдое в природе вещество — алмаз.

    Ионная решётка

    К веществам с ионной кристаллической решёткой относятся щёлочи, большинство солей, оксиды типичных металлов. Так как сила притяжения ионов очень велика, то эти вещества способны плавиться только при очень высокой температуре. Их называют тугоплавкими. Они обладают высокой прочностью и твёрдостью.

    Металлическая решётка

    В узлах металлической решётки, которую имеют все металлы и их сплавы, расположены и атомы, и ионы. Благодаря такому строению металлы обладают хорошей ковкостью и пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.

    Чаще всего форма кристалла — правильный многогранник. Грани и рёбра таких многогранников всегда остаются постоянными для конкретного вещества.

    Одиночный кристалл называют монокристаллом

    . Он имеет правильную геометрическую форму, непрерывную кристаллическую решётку.

    Примеры природных монокристаллов — алмаз, рубин, горный хрусталь, каменная соль, исландский шпат, кварц. В искусственных условиях монокристаллы получают в процессе кристаллизации, когда охлаждая до определённой температуры растворы или расплавы, выделяют из них твёрдое вещество в форме кристаллов. При медленной скорости кристаллизации огранка таких кристаллов имеет естественную форму. Таким способом в специальных промышленных условиях получают, например, монокристаллы полупроводников или диэлектриков.

    Мелкие кристаллики, беспорядочно сросшиеся друг с другом, называются поликристаллами

    . Ярчайший пример поликристалла — камень гранит. Все металлы также являются поликристаллами.

    Атомная кристаллическая решетка

    Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, имеют в своих узлах, состоящих собственно из атомов сильные ковалентные связи. Ковалентная связь происходит, когда два одинаковых атома делятся друг с другом по-братски электронами, образуя, таким образом, общую пару электронов для соседних атомов. Из-за этого ковалентные связи сильно и равномерно связывают атомы в строгом порядке – пожалуй, это самая характерная черта строения атомной кристаллической решетки. Химические элементы с подобными связями могут похвастаться своей твердостью, высокой температурой плавления. Атомную кристаллическую решетку имеют такие химические элементы как алмаз, кремний, германий, бор.

    Периодическая таблица и металлы

    В XIX веке благодаря своему блестящему уму и многим годам труда Дмитрий Иванович Менделеев составил таблицу, собрав в нее все известные на то время химические элементы. Каждому из них в таблице отведено определенное положение в соответствии с числом протонов в атомном ядре. Вся таблица делится на 7 периодов (горизонтальные строки) и 8 групп (вертикальные строки). Чем больше период, тем больше радиус атома соответствующего элемента, и тем на более высоких орбиталях расположены его валентные электроны. Наоборот, чем старше группа (движение по таблице слева направо), тем больше валентных электронов находится на последней орбитали и тем меньше радиус атома.

    Любой элемент таблицы можно условно отнести либо к металлам, либо к неметаллам. Металлы расположены по левую сторону от диагонали бор (B) – полоний (Po). Если взглянуть на таблицу, то можно сразу понять, что количество металлов в несколько раз превышает число неметаллов.

    Читать также: Какие счетчики электроэнергии ставят в квартире

    Металлическая кристаллическая решетка

    Тип связи металлической кристаллической решетки гибче и пластичнее ионной, хотя внешне они весьма похожи. Отличительной особенностью ее является наличие положительно заряженных катионов (ионов метала) в узлах решетки. Между узлами живут электроны, участвующие в создании электрического поля, эти электроны еще называются электрическим газом. Наличие такой структуры металлической кристаллической решетки объясняет ее свойства: механическую прочность, тепло и электропроводность, плавкость.

    Ковалентные кристаллы

    В узлах таких кристаллических решеток содержатся отдельные атомы или молекулы, соединенные между собой ковалентными связями.

    Ковалентная связь представляет собой химическую связь, которая включает разделение пар электронов между атомами. Это разделение приводит к стабильному балансу сил притяжения и отталкивания между этими атомами. Ковалентные твердые вещества представляют собой класс соединений с расширенными решетками, в которых каждый атом или молекула ковалентно связаны с ближайшими соседями. Это означает, что весь кристалл, по сути, является одной гигантской молекулой. Чрезвычайно сильные связывающие силы, которые соединяют все смежные атомы, объясняют экстремальную твердость этих твердых тел. Они не могут быть разрушены или истерты без разрушения большого количества ковалентных химических связей. Точно так же ковалентное твердое вещество не может «расплавиться» в обычном смысле, так как весь кристалл является одной гигантской молекулой. При нагревании до очень высоких температур эти твердые вещества обычно разлагаются на их элементы.

    Другим свойством ковалентных твердых тел является плохая электропроводность, поскольку делокализованных электронов в таких веществах нет. В случае расплавления, в отличие от ионных соединений, такие вещества также неспособны проводить электричество, так как их макромолекулы состоят из незаряженных атомов, а не ионов.

    Теперь, зная вид химической связи в веществе, можно охарактеризовать не только ее количественный и качественный состав, но и физические свойства.

    Кристаллические решетки, видео

    И в завершение подробное видео пояснения о свойствах кристаллических решеток.

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

    Страница про автора

    Эта статья доступна на английском – Crystal Lattice in Chemistry.

    ПРИМЕНЕНИЕ

    Кольцо из железа

    Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

    Кристаллическая решетка и типы кристаллических решеток

    Автор Марина Андреева На чтение 6 мин Просмотров 1.9к. Опубликовано

    Большинство веществ, в зависимости от условий (темература, давление) могут находится в трех агрегатных состояниях. Все твердые вещества можно разделить на аморфные и кристаллические. Каждое вещество имеет четкую структуру атомов, которые образуют определенную геометрическую структуру, называемую кристаллическая решетка. Но при этом  у каждого такого вещества типы кристаллических решеток будут разными.

    Кристаллическое и аморфное вещество

    Кристаллическое вещество: твердое вещество, у которого атомы или молекулы образуют правильную упорядоченную решетку. Большинство твердых веществ существует в кристаллическом состоянии, которое отличается повышенной стабильностью, но это не означает, что они имеют кристаллы в прямом смысле этого слова; например, чистая медь является кристаллической только потому, что ее атомы расположены в регулярном порядке.

    Аморфное вещество: твердое вещество, не имеющее кристаллической структуры. Его атомы и молекулы расположены без соблюдения регулярности. Переохлажденные жидкости, такие как стекло, резина и некоторые пластмассы, являются аморфными.

    Кристаллическая структураАморфная структура

    Сейчас мы будем рассматривать только кристаллические вещества.

    В зависимости от того, из каких частицы построена кристаллическая решетка и каков характер химической связи между ними, выделяют различные типы кристаллов. Выделяют 4 типа кристаллических решеток (КР): Молекулярная, ионная, металлическая и атомная.

    Типы кристаллических решеток

    Тип кристаллической решеткиЧастицы в узлах решеткиХарактеристикиВеществатип связи
    МолекулярнаяМолекулыНе прочный, низкая Тпл(температура плавления), летучиеБлагородные газы: Ne, Ar …

    Галогены: F2, Cl2

    Галогеноводороды: HF, HCl …

    Простые вещества неметаллы:

    О2, Н2, N2, P(белый)

    Оксиды и водородные соединения неметаллов: SO2, CO2, Nh4, Ph4

    Ковалентная (полярная и неполярная)
    ИоннаяИоныПрочная,

    Высокая Тпл,

    Нелетучие,

    Расплавы и растворы проводят эл.ток

    Соли, оксиды и гидроксиды металловИонная
    МеталлическаяАтомы и ионыПластичные

    Электро- и теплопроводные

    Металлы и сплавыМеталлическая
    АтомнаяАтомыОчень прочная,

    Очень высокие Тпл

    С (алмаз, графит), Si ,Ge, B,

    SiO2(кремнезем, кварц)

    Al2O3

    CaC2, SiC (карборунд),

    BN, Fe3C, P черный и красные

    Ковалентная

    Ионные кристаллы

    Ионные кристаллы образованы катионами и анионами (например, соли и гидроксиды большинства металлов). В них между частицами имеется ионная связь. Ионные кристаллы могут состоять из одноатомных ионов. Так построены кристаллы хлорида натрия, иодида калия, фторида кальция.

    В ионном кристалле невозможно выделить одиночные молекулы. Каждый катион притягивается к каждому аниону и отталкивается от других катионов.

    Атомные кристаллы

    Атомные кристаллы состоят из отдельных атомов, объединенных ковалентными связями. Из простых веществ только бор и элементы IVA-группы имеют такие кристаллические решетки. Нередко соединения неметаллов друг с другом (например, диоксид кремния) также образуют атомные кристаллы. Они очень прочные и твердые, плохо проводят теплоту и электричество.

    Молекулярные кристаллы

    Молекулярные кристаллы построены из отдельных молекул, внутри которых атомы соединены ковалентными связями. Между молекулами действуют более слабые межмолекулярные силы. Они легко разрушаются, поэтому молекулярные кристаллы имеют низкие температуры плавления, малую твердость, высокую летучесть.

    Для металлов характерна металлическая кристаллическая решетка. В ней имеется металлическая связь между атомами. В металлических кристаллах ядра атомов расположены таким образом, чтобы их упаковка была как можно более плотной. Связь в таких кристаллах является делокализованной и распространяется на весь кристалл.

    Семь типов кристаллических решеток

    Есть семь разных кристаллических систем. Они были обнаружены в 1781 году отцом Рене Джаст Хауи. Он случайно заметил, что некоторые камни имеют идеальную форму. После многих лет исследований он разработал свою теорию о структуре кристаллов. В 1848 году Огюст Браве показывает, что может быть только семь типов элементарной кристаллической сетки.

    Системы характеризуют различные геометрические формы, которые может иметь кристаллическая сетка.

    Каждая из этих систем определяется своими осями: три размерных параметра (длина осей) и три угловых параметра (углы, образованные двумя осями). Условно мы называем abc длинами осей и α β и γ углами, образованными осями. Они размещены в пространстве следующим образом:

    Каждая ячейка, представляющая систему, также имеет определенное количество симметрий. Эти симметрии бывают трех типов:

    • центральный (отмечен С): точка является центром симметрии сетки;
    • плоскости (отмечено P): плоскость является плоскостью симметрии сетки;
    • осевой (О): поворот на определенный угол вокруг оси симметрии возвращает сетку в положение, идентичное исходному.

    Эти симметрии имеют четыре порядка:

    • двоичные ( обозначено L 2 ): вращение на 180 ° (π рад)
    • троичное (обозначено L 3 ): вращение на 120 ° (2π/3 рад)
    • четвертичное (отмечено L 4 ): Вращение на 90 ° (π/2 рад.)
    • гексагональное (отмечено L 6 ): вращение на 60 ° (π/3 рад.)

    Кубическая (или изометрическая) решетка

    a = b = c: три оси имеют одинаковую длину
    α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
    Симметрии: C, 3 L 4 , 4 L 3, 6L 2, 9 P
    Базовый элемент — это куб.

    Квадратичная (или тетрагональная) решетка

    a = b ≠ c: две оси имеют одинаковую длину, а третья ось различается.
    α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
    Симметрии: C, L 4 , 4L2, 5 P
    Основным элементом является правая призма с квадратным основанием.

    Орторомбическая кристаллическая решетка

    a ≠ b ≠ c: три оси имеют разную длину
    α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
    Симметрии: C, 3 L 2, 3 P
    Основной элемент — прямоугольный параллелепипед.

    Моноклинная решетка

    a≠b≠c : три оси имеют неравную длину.
    β = γ= 90 °≠α: два угла равны и прямые.
    Симметрии: C, L 2 , P
    Основным элементом является
    наклонная призма, в основании которой ромб.

    Триклинная решетка

    a≠b≠c: три оси имеют неравную длину.
    α≠β ≠ γ≠ 90 °: три угла разные.
    Симметрии: C, L 2 , P
    Основной элемент — это параллелепипед
    с основанием ромб.

    Ромбоэдрическая решетка

    a = b = c: три оси имеют одинаковую длину
    α = β = γ≠ 90 °: три угла равны и прямые
    Симметрии: C, L 3 , 3 L 2 , P
    Основным элементом является
    параллелепипед все плоскости которого — ромбы.

    Гексагональная кристаллическая решетка

    a = b ≠ c: две оси имеют одинаковую длину,
    не равную длине третьей оси
    α = β = 90° и γ=1200: три угла равны и прямые
    Симметрии: C, L 6 , 6 L 2 , 7 P
    Базовым элементом является
    призма с шестиугольным основанием.

    Таким образом, мы с вами рассмотрели подробно понятие кристаллическая решетка и то, какими бывают основные кристаллические решетки.

    1. Типы кристаллических решёток. Влияние типа кристаллической решетки на пластичность материалов

    Похожие главы из других работ:

    Абсорбер тарельчатого типа

    8. Расчет трубных решеток и фланцев кожуха

    Толщина трубной решетки, исходя из закрепления труб развальцовкой с обваркой, определяется из условия: tp = 32 мм dн = 25 мм Sp = 0,125 · dн + 5 Sp = 8.1 мм где: dн – наружный диаметр трубы, равный 25 мм; tp – шаг между трубами, равный 32 мм; В соответствии с ГОСТ 28759…

    Газотурбинный двигатель для привода электрогенератора на базе ДО-49

    2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕШЕТОК ПРОФИЛЕЙ ТУРБИНЫ

    Газодинамический расчет турбины, как правило, выполняется в предположении, что параметры потока на среднем радиусе соответствуют параметрам, осредненным по высоте лопатки. Для того…

    Канализационная насосная станция второго подъёма

    Подбор сороудерживающих решёток

    Для подбора сороудерживающих решёток, определим суммарную площадь живого сечения их рабочей части следующим образом: ? Fр. = Qнс/vдоп., м2, где: vдоп. – допустимая скорость движения жидкости в прозорах решётки; принимается от 0.8 м/с до 1.0 м/с…

    Приводной газотурбинный двигатель для передвижной электростанции

    4.4 Расчет густоты решеток профилей

    Густота решетки b/t (b – хорда пера лопатки; t – шаг решетки) является параметром, в значительной степени определяющим аэродинамическую нагруженность лопаточного венца…

    Применение теплообменников

    5.2 Определение толщины стальных трубных решеток др

    Трубные решетки изготавливаются из листовой стали. Толщина стальных трубных решеток берется в пределах (15 – 35)мм и выбирается в зависимости от диаметра развальцованных трубок dH и шага трубок в решетке t…

    Проект канализационной очистной станции бытовых и производственных сточных вод

    2.1.2 Расчёт решёток

    Исходные данные: 1) Суточная производительность станции Qw=40 000 м3/сут. 2) Среднесекундный расход сточных вод qw=462,96л/с=0,46296 м3/с. 3) Максимальный секундный расход qw max=698,61 л/с=0,69861 м3/с. 4) Минимальный секундный расход qw min=302,31 л/с=0,30231 м3/с…

    Профилирование рабочей лопатки ступени компрессора и газовой турбины

    1.3 Расчет и построение решёток профилей рабочего колеса

    · В таблицу 1.3.1 – сведены основные газодинамические параметры необходимые для профилирования. Таблица 1.3.1- Результаты расчёта Параметры Размерность Сечение Втул. Сред. Периф. м/с 260,9 263,49 264,08 м/с 197,17 193,81 185…

    Профилирование рабочей лопатки ступени компрессора и газовой турбины

    2.3 Расчёт и построение решеток профилей рабочего колеса

    Данные построения содержатся в файле gfrt.dat (таблица 2.3.1), построение профилей осуществляется с помощью графической программы gfrt.exe Таблица 2.3…

    Расчет и профилирование проточной части винтовентиляторного двигателя

    1.3 Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу

    Предварительный выбор удлинения лопаток Удлинение лопаток где высота пера лопатки во входном сечении; хорда профиля пера лопатки на среднем радиусе; Густота решетки b/t (b – хорда пера лопатки; t – шаг решетки) является параметром…

    Расчет и профилирование проточной части компрессора воздушно-реактивного двигателя

    1.3.1 Расчет густоты решеток профилей

    Густота решетки b/t (b – хорда пера лопатки; t – шаг решетки) является параметром, в значительной степени определяющим аэродинамическую нагруженность лопаточного венца…

    Расчет и профилирование решеток профилей ступеней компрессора и турбины

    2.3 Профилирование решеток рабочего колеса турбины на ЭВМ

    Таблица 2…

    Расчет и профилирование решеток профилей ступеней компрессора и турбины

    2.4 Расчет геометрических параметров решеток профилей на инженерном калькуляторе

    Исходными данными для определения геометрических параметров решеток профилей являются треугольники скоростей на трех радиусах (втулочной, среднем и периферийном) и конструктивные параметры (рекомендуемые величины хорды и шага решетки)…

    Расчет основных узлов газотурбинного двигателя

    1.4 Расчетное определение геометрических параметров решеток профилей

    Используя рекомендации по определению геометрических параметров, проводимых для построения профилей лопаток, расчет конструктивных размеров решетки проводим в следующей последовательности. Результаты расчета занесены в таблицу 1.2. 1…

    Тепловой, конструктивный, гидравлический и экономический расчеты теплообменного аппарата

    2.2 Выбор трубных решеток, способов размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху

    Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетке ее толщина Sр(min) должна быть не менее 2, с. 45 , (8) где е = 5 – прибавка для стальных трубных решеток…

    Технология переработки полимеров

    1.Деформационно-прочностные свойства аморфных и кристаллических полимеров

    Структурным стеклованием – это переход полимера в стеклообразное состояние при охлаждении и означает фиксацию определенной структуры и определенного ближнего порядка, которые не меняются при дальнейшем охлаждении…

    Кристаллическая структура

    Кристаллическая структура

    Хрустальная упаковка Мама

    Кристаллическая структура/упражнение по упаковке

    Цель:

    Цель этой лаборатории — узнать больше об основных кристаллических структурах, которые образуют атомы металлов.

    Обзор научных принципов:

    Чтобы максимально усилить связь, атомы в металлах упаковываются как можно плотнее. Существует несколько компоновок упаковки, таких как гранецентрированная кубическая (FCC) и гексагональная ближайшая упаковка (HCP).

    Приложения:

    Свойства металлов сильно зависят от их кристаллической структуры. Металлическую структуру можно изменить путем обработки, чтобы сделать ее более пригодной для различных применений.

    Время: 50 минут

    Материалы и принадлежности:

    26 пенопластовых шариков диаметром около 1,5 дюйма.

    16 зубочисток (круглых)

    Процедура:

    1. Каждый из шариков из пенополистирола будет представлять собой атом, а зубочистка будет представлять связи.Соедините 10 шариков вместе зубочистками, чтобы сформировать треугольник с четырьмя шариками в основании. Это сформирует первый слой модели упаковки. Нарисуйте схему расположения атомов в пространстве ниже.
    2. Соедините 6 шариков зубочистками, чтобы получился треугольник с 3 шариками в основании. Это сформирует второй слой модели упаковки. Нарисуйте схему расположения атомов во втором слое в пространстве ниже.
    3. Сформируйте из оставшихся 10 шариков еще один треугольник из пенопластовых шариков, как в шаге 1.
    4. Поместите второй слой поверх первого так, чтобы «атомы» второго слоя располагались в углублениях между «атомами» первого слоя. Это создает максимально плотную упаковку атомов.
    5. Третий слой можно разместить поверх второго слоя в одном из двух положений. Его можно разместить так, чтобы его «атомы» находились непосредственно над атомами первого слоя. Это дает расположение ABABAB, которое соответствует гексагональной плотнейшей упаковке (HCP). Третий слой также можно поместить поверх второго слоя так, чтобы его «атомы» не находились непосредственно над атомами первого слоя.Это дает расположение ABCABC, которое соответствует гранецентрированному кубическому (FCC). Попробуйте обе аранжировки со своими слоями.

    Вопросы:

    1. Какая упаковка более плотная, FCC или HCP?

    2. В чем разница между FCC и HCP?

    3. Насколько маленьким должен быть атом, чтобы поместиться в промежуточное отверстие в кристаллической структуре ГЦК или ГПУ?

    Примечания учителя:

    • Учителю было бы полезно иметь законченную модель, построенную со слоями, окрашенными в разные цвета, чтобы помочь учащимся визуализировать два типа компоновки упаковки.
    • Для покраски пенопластовых шариков используйте краску на водной основе, слегка разбавленную и добавив небольшое количество моющего средства.
    • Ниже показано расположение треугольников, которые ученики должны построить.

    Ответы на вопросы:

    1. На самом деле упаковки FCC и HCP имеют одинаковую атомную плотность. Каждый из них имеет примерно 26% пустого пространства.

    2. FCC использует схему ABC, а HCP — ABA.

    3. В зависимости от типа дырки межузельный атом должен быть примерно одной трети размера атома, составляющего кристаллическую структуру, чтобы хорошо «подходить».

    Next Topic:Модель частиц металлов

    Metals Table of Contents Домашняя страница MAST

    Определение кристаллов, примеры и распространенные типы

    Кристалл состоит из вещества, образованного упорядоченным расположением атомов, молекул или ионов. Образующаяся решетка простирается в трех измерениях.

    Поскольку есть повторяющиеся единицы, кристаллы имеют узнаваемую структуру. Крупные кристаллы имеют плоские области (грани) и четко определенные углы.

    Кристаллы с явно плоскими гранями называются идиоморфными кристаллами, а те, у которых отсутствуют определенные грани, называются ксеноэдрическими. Кристаллы, состоящие из упорядоченных массивов атомов, которые не всегда являются периодическими, называются квазикристаллами.

    Слово «хрусталь» происходит от древнегреческого слова krustallos , что означает как «горный хрусталь», так и «лед».«Научное изучение кристаллов называется кристаллографией.

    Примеры

    Примерами повседневных материалов, с которыми вы сталкиваетесь в виде кристаллов, являются поваренная соль (кристаллы хлорида натрия или галита), сахар (сахароза) и снежинки. Многие драгоценные камни представляют собой кристаллы, в том числе кварц и алмаз.

    Есть также много материалов, которые напоминают кристаллы, но на самом деле являются поликристаллами. Поликристаллы образуются, когда микроскопические кристаллы сливаются вместе, образуя твердое тело. Эти материалы не состоят из упорядоченных решеток.

    Примеры поликристаллов включают лед, многие образцы металлов и керамику. Еще меньшую структуру проявляют аморфные твердые тела, имеющие неупорядоченное внутреннее строение. Примером аморфного твердого тела является стекло, которое может напоминать кристалл при огранке, но таковым не является.

    Химические связки

    Типы химических связей, образующихся между атомами или группами атомов в кристаллах, зависят от их размера и электроотрицательности. Есть четыре категории кристаллов, сгруппированных по их связи:

    1. Ковалентные кристаллы: Атомы в ковалентных кристаллах связаны ковалентными связями.Чистые неметаллы образуют ковалентные кристаллы (например, алмаз), как и ковалентные соединения (например, сульфид цинка).
    2. Молекулярные кристаллы: Целые молекулы организованно связаны друг с другом. Хорошим примером является кристалл сахара, который содержит молекулы сахарозы.
    3. Металлические кристаллы: Металлы часто образуют металлические кристаллы, в которых часть валентных электронов может свободно перемещаться по решетке. Железо, например, может образовывать различные металлические кристаллы.
    4. Ионные кристаллы: Электростатические силы образуют ионные связи.Классическим примером является галит или кристалл соли.

    Кристаллические решетки

    Существует семь систем кристаллических структур, которые также называют решетками или пространственными решетками:

    1. Кубический или изометрический: Эта форма включает октаэдры и додекаэдры, а также кубы.
    2. Тетрагональный: Эти кристаллы образуют призмы и двойные пирамиды. Структура похожа на кубический кристалл, за исключением того, что одна ось длиннее другой.
    3. Орторомбические: Это ромбовидные призмы и дипирамиды, напоминающие четырехугольники, но без квадратного поперечного сечения.
    4. Шестиугольная: Шестигранная призма с шестигранным поперечным сечением.
    5. Треугольный: Эти кристаллы имеют тройную ось.
    6. Триклинные: Триклинные кристаллы обычно несимметричны.
    7. Моноклинный: Эти кристаллы напоминают перекошенные тетрагональные формы.

    Решетки могут иметь одну точку решетки на ячейку или более одной, что дает в общей сложности 14 типов кристаллической решетки Браве. Решетки Браве, названные в честь физика и кристаллографа Огюста Браве, описывают трехмерный массив, состоящий из набора дискретных точек.

    Вещество может образовывать более одной кристаллической решетки. Например, вода может образовывать шестиугольный лед (например, снежинки), кубический лед и ромбоэдрический лед. Он также может образовывать аморфный лед.

    Углерод может образовывать алмаз (кубическая решетка) и графит (шестиугольная решетка).

    Как формируются кристаллы

    Процесс образования кристалла называется кристаллизацией. Кристаллизация обычно происходит, когда твердый кристалл растет из жидкости или раствора.

    Когда горячий раствор охлаждается или насыщенный раствор испаряется, частицы сближаются достаточно близко для образования химических связей.Кристаллы также могут образовываться в результате осаждения непосредственно из газовой фазы. Жидкие кристаллы содержат организованно ориентированные частицы, как и твердые кристаллы, но при этом способны течь.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Кристаллы металлов раскрывают давний секрет их сверхбыстрого роста | Исследования

    Исследователи из Австралии обнаружили скрытый механизм предварительной организации, который позволяет кристаллам металла расти из жидкости с огромной скоростью без необходимости преодолевать какой-либо энергетический барьер.

    «Еще в 1950-х и 60-х годах было установлено, что чистые металлы могут замерзать с огромной скоростью», — говорит Питер Харроуэлл из Сиднейского университета. Охлажденное ниже точки замерзания серебро может кристаллизоваться со скоростью до 100 метров в секунду. Атомам металла, по-видимому, не требуется никакого энергетического толчка, чтобы организоваться в свою кристаллическую структуру, в то время как для диффузии в жидкостях требуется затрата энергии — очевидный парадокс, поскольку оба процесса требуют, чтобы атомы двигались.

    Как именно металлы справляются с этой безбарьерной кристаллизацией, было давним вопросом, который Харроуэлл и его команда решили решить.Их вычислительное моделирование показало, что жидкость прямо перед границей раздела кристаллов имеет локальный минимум энергии, который, по сути, уже является кристаллическим.

    «В некотором смысле [интерфейс растущего кристалла] удается послать скрытую организацию в жидкость до своего собственного роста, которая предварительно организует жидкость и позволяет ей быстро коллапсировать в кристаллическое состояние», — объясняет Харроуэлл.

    Неупорядоченная жидкость может принимать огромное количество возможных структур, небольшая часть которых на самом деле является кристаллической.«Поэтому [кристаллический] интерфейс не должен выполнять много работы, все, в чем он должен быть хорош, — это выбирать из огромной библиотеки опций только ту структуру, которая ему соответствует», — говорит Харроуэлл. Этот процесс почти не требует затрат энергии, поскольку он раскрывает только то, что уже является частью репертуара жидкости.

    «Это довольно исключительная работа — исследователи определили предел скорости роста кристаллов и выяснили причину безбарьерного роста кристаллов», — говорит Шив Халасямани, изучающий неорганические материалы в Хьюстонском университете, США.

    Выращивание кристаллов, объясняет Халасьямани, по-прежнему осуществляется методом проб и ошибок. Лучшее понимание кинетики кристаллов может помочь ученым получить доступ к таким материалам, как фторборат бериллия калия (KBe 2 BO 3 F 2 ). Хотя он очень перспективен для создания лазеров глубокого ультрафиолета, до сих пор никому не удавалось выращивать кристаллы размером более 4 мм 2 , что затрудняло его применение.

    Харроуэлл и его коллеги обнаружили, что некоторые расплавленные соли, такие как хлорид натрия, также могут сверхбыстро выращивать кристаллы.Однако безбарьерная кристаллизация, по-видимому, ограничивается простейшими гранецентрированными кубическими кристаллическими структурами. «Расширение этого до неметаллических, более сложных систем — вот в чем проблема», — говорит Халасямани. «Это будет сложно, но выполнимо».

    Изучение кристаллической структуры лития

    Элементарные металлы обычно образуют простые, плотно упакованные кристаллические структуры. Хотя литий (Li) считается типичным простым металлом, его кристаллическая структура при атмосферном давлении и низкой температуре остается неизвестной.

    Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) недавно разработали метод получения структурной информации для лития в условиях, когда традиционные кристаллографические методы недостаточны. Используя эту методологию, наконец-то может быть решена загадка, тянувшаяся десятилетиями.

    Li — самый легкий металл и наименее плотный твердый элемент в условиях окружающей среды. Li и его соединения имеют несколько промышленных применений, включая термостойкое стекло и керамику, литиевые консистентные смазки, флюсовые добавки для производства железа, стали и алюминия, литиевые батареи и литий-ионные батареи.Эти виды использования потребляют более трех четвертей производства лития.

    «Сверхпроводимость щелочных металлов и лития — это вопрос, который обсуждался в течение многих лет», — сказал Станимир Бонев, ведущий автор статьи LLNL, появившейся в недавнем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences . «Только недавно была обнаружена сверхпроводимость лития при атмосферном давлении. Но чтобы понять сверхпроводящие свойства, необходимо знать кристаллическую структуру».

    В качестве дополнения к кристаллографическим методам группа ЛЛНЛ предложила измерения колебаний магнитного момента кристалла во внешнем магнитном поле.Команда провела теоретический анализ, показывающий, что спектр резонансов колебаний весьма различен для разных структур лития. Сравнение с существующими экспериментальными данными показывает, что низкотемпературная фаза Li несовместима с ранее установленной структурой 9R (девять гексагональных слоев стопки).

    Li обладает очень интересными свойствами при высоком давлении. Когда он сжимается при низкой температуре, его критическая температура сверхпроводимости увеличивается — с 0,4 милликельвина при атмосферном давлении до 20 кельвинов при давлении около 500 000 атмосфер.Затем он превращается в полупроводник, затем снова в металл при более высоком давлении, но с очень сложной структурой.

    В течение многих лет ученые пытались понять странное поведение лития. Теоретически существует несколько структур, очень близких по энергии. Чтобы окончательно определить, какая из них имеет абсолютную наименьшую энергию и, следовательно, является равновесной структурой, требуется огромная точность вычислений. В то же время из-за малой атомной массы динамика атомов Li значительна даже при низкой температуре, что еще больше затрудняет достижение такой точности.

    С экспериментальной точки зрения — поскольку Li является элементом с низким Z — он относительно слабо реагирует на рентгеновское излучение и нейтроны, которые являются традиционными методами определения кристаллической структуры. Переход в низкотемпературную фазу происходит постепенно и также разрушает монокристаллический образец.

    В поликристаллическом образце возможна смесь нескольких фаз. В результате измерения рассеяния (рентгеновского и нейтронного) могут интерпретироваться и интерпретируются по-разному.

    «Трудно окончательно определить структуру только с помощью этих других методов», — сказал Бонев. «Есть всего несколько хорошо выраженных дифракционных пиков, и они соответствуют нескольким разным структурам. Разумеется, измерения усложняются при высоком давлении. Предлагаемый нами метод позволяет обойти эти трудности».

    Исследование опубликовано в выпуске PNAS от 23 мая.

     

    Новая методика позволяет получить детальное представление о кристаллической структуре металлов | Новости Массачусетского технологического института

    Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран разработали новую комбинацию методов, которая может предоставить подробную информацию о микроструктуре поликристаллических металлов.

    Такие материалы, состоящие из случайной матрицы множества маленьких кристаллов, а не из одного большого кристалла, широко используются в таких приложениях, как ядерные реакторы, гражданская инфраструктура и самолеты. Однако понимание деталей их кристаллической структуры и границ между областями кристаллов было затруднено.

    Новые результаты опубликованы в журнале Nature Computational Materials в статье Маттео Сеита, постдока Массачусетского технологического института; Майкл Демкович, профессор материаловедения и инженерии; Кристофер Шу, профессор металлургии Данаи и Василиса Салапатас, и еще пять человек.

    «Это уникальное сочетание различных технологий, — объясняет Сейта. Новый подход, который он и его команда разработали, решает «одну из самых распространенных проблем в материаловедении: как мы можем количественно оценить характеристики материалов с высокой пропускной способностью?»

    Некоторые методы предлагают много деталей о структурах, но они требуют времени для выполнения и не могут выявить быстрые изменения в материале. Другие работают быстро, но дают гораздо меньше структурных деталей, а третьи методы обеспечивают как пространственную, так и временную детализацию, но являются непомерно дорогими или доступны только в ограниченном количестве мест.По словам Сейты, новая комбинация методов может помочь устранить эти ограничения, обеспечивая быстрое получение изображений материалов с высоким разрешением и по низкой цене.

    В поликристаллических металлах, которые состоят из множества мелких кристаллических зерен, важно знать расположение, размеры, углы контакта и другие характеристики различных зерен, составляющих материал. В частности, поверхности раздела между кристаллическими зернами, называемые границами зерен, «случайно оказываются решающими, — говорит Сейта, — для многих индивидуальных свойств материала — его прочности, устойчивости к излучению, твердости, электрического сопротивления и т. д. — но они очень трудно охарактеризовать экспериментально, потому что они очень сложны.

    Существует пять основных характеристик этих границ зерен, которые исследователи хотели бы иметь возможность количественно определить, но большинство инструментов для изучения материалов могут дать только некоторое подмножество из двух или трех из них. Одним из методов одновременного получения всех пяти характеристик является высокоэнергетическое синхротронное излучение, которое доступно только в нескольких дорогостоящих учреждениях, которые, как правило, перегружены.

    «Наше решение состояло в том, чтобы попытаться создать очень простую технологию, которую каждый может использовать в своей собственной лаборатории, используя легкодоступное программное и аппаратное обеспечение», — говорит Сейта.И вот чего они добились, используя комбинацию двух существующих методов — оптической микроскопии и электронной микроскопии.

    «Мы берем два разных набора данных и объединяем их с помощью нашего числового анализа изображений», — объясняет он. Для этого они использовали листы поликристаллической металлической фольги, которые были достаточно тонкими, чтобы отдельные зерна можно было увидеть с обеих сторон. Затем они сделали снимки фольги с одной стороны с помощью оптического микроскопа, перевернули лист и сделали снимок с другой стороны, а затем с помощью программного обеспечения соединили границы зерен с одной стороны с другой.Исходя из этого, говорит он, «мы можем реконструировать трехмерную ориентацию этих границ зерен».

    Затем эта информация объединяется с электронно-микроскопическими изображениями, которые описывают фактическую структуру атомов внутри зерен, показывая ориентацию отдельных кристаллических решеток в каждом зерне и то, как они соотносятся с решетками соседних зерен. Объединенная информация обеспечивает все пять характеристик границ зерен в металлической фольге.

    «Прелесть этой технологии в том, что это высокопроизводительная технология, — говорит Сейта.«На одном образце мы можем измерить до 500 границ зерен или около того и можем быстро создавать наборы данных. И это неразрушающий метод», в отличие от существующих методов, которые потребляют образец в процессе. Это означает, что затем образец можно подвергнуть другим испытаниям, например испытаниям механических или электрических свойств, результаты которых можно сравнить с данными о границах зерен.

    Новая методология, по словам Сейты, «очень универсальна, поэтому ее могут использовать многие группы». Более того, хотя первоначальные тесты проводились с поликристаллическими металлами, метод «независим от материалов» и может применяться как к изоляторам или полупроводникам, так и к металлам.«Мы можем тестировать различные виды свойств и создавать большие наборы данных», — говорит он, и в конечном итоге использовать эти данные для прогнозирования характеристик новых поликристаллических материалов.

    «Мы можем выяснить, какие границы зерен мы хотим иметь» для материала, предназначенного для конкретного применения, «и выяснить, как сделать материал с такими границами зерен». Манипулирование характеристиками этих границ зерен путем модификации материала для увеличения их распространенности или относительной ориентации может привести к значительным изменениям свойств материала.Так, например, этот метод можно использовать, чтобы выяснить, как снизить скорость коррозии металлов, подвергающихся воздействию суровых условий, таких как оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин, говорит он.

    Эта работа является «вдохновляющим шагом вперед в быстром, богатом данными описании структуры кристаллических материалов», — говорит Брэд Бойс, выдающийся член технического персонала Национальной лаборатории Сандия в Нью-Мексико, который не участвовал в этом исследовании. . «Границы зерен, которые представляют собой межфазные нарушения в кристаллической решетке поликристаллов, влияют на широкий спектр материальных явлений, от деформации материала до удельного электрического сопротивления… однако материаловеды обладают ограниченным набором методов для изучения характера границ зерен.

    Теперь, с этой новой техникой, Бойс говорит: «Я рад видеть, как эта работа вдохновит на дальнейшие разработки, которые обеспечат быструю и высокопроизводительную характеристику, особенно методы, которые можно использовать для расшифровки локальных границ зерен ниже пределов пространственного разрешения. оптической микроскопии».

    В команду также входили Марко Вольпи и Мария Виттора Диаманти из Миланского политехнического университета в Италии; Срикант Патала из Университета штата Северная Каролина; а также Ян МакКью и Джона Эрлебахер из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе.{23}$ на моль атомов в твердом теле.Это произошло потому, что эксперименты с рентгеновскими лучами показали регулярную структуру. Математический расчет с использованием оптики показал, что атомы должны находиться в регулярных положениях решетки. Это основная экспериментальная причина, по которой говорят о решетках в твердых телах.

    Поскольку это проблема квантовой механики многих тел, невозможно решить уравнение, описывающее поведение электронов вокруг ядер, когда они находятся в решетке, и математические модели, разработанные для объяснения того, как решетка связана и как различные измеряемые поведение твердых материалов к проводимости.

    Когда говорят об отдельном ядре, решение уравнений показывает, что электроны имеют локусы вероятностей, орбитали, вокруг общего центра масс, который, поскольку ядро ​​намного тяжелее электронов, можно принять за положение само ядро. Так возникли модели ядра, сидящего в устойчивых, обнаруженных рентгеновским излучением, точках решетки, в то время как электроны вращаются вокруг положительного центра. Стремление стать решеткой возникает из-за точек перелива, где орбитали позволяют пространству быть сильным положительно заряженным полем, а атомы связываются в решетку благодаря этим силам, качественно подобно LEGO.

    Квантово-механические модели, разработанные для объяснения поведения твердого тела. Доминирующей, которая количественно объясняет проводимость в твердых телах, является зонная теория твердых тел,

    Важным параметром в зонной теории является уровень Ферми, вершина доступных электронных энергетических уровней при низких температурах. Положение уровня Ферми по отношению к зоне проводимости является решающим фактором в определении электрических свойств.

    На изображении синим цветом показаны возможные положения электронов (вероятностная квантовая механика), потому что в зоне проводимости электроны моделируются коллективно принадлежащими решетке, квантовомеханически, в таких количествах, что идея ферми-газа/жидкости можно развивать.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.