Že od antičnih časov so imele kovine pomembno vlogo pri razvoju človeštva. Njihova uvedba v vsakdanje življenje je povzročila pravo revolucijo tako v metodah obdelave materialov kot v človeškem dojemanju okoliške realnosti. Sodobna industrija in kmetijstvo, promet in infrastruktura so nemogoči brez uporabe kovin in uporabe njihovih koristnih lastnosti in lastnosti. Te lastnosti pa so določene z notranjo strukturo danega razreda kemičnih spojin, ki temelji na kristalni mreži.
Pojem in bistvo kristalne mreže
Z vidika notranje strukture je lahko katera koli snov v enem od treh stanj - tekočem, plinastem in trdnem. Poleg tega je za slednjo značilna največja stabilnost, kar je posledica dejstva, da kristalna mreža ne pomeni le jasne razporeditve atomov ali molekul na strogo določenih mestih, temveč tudi potrebo po uporabi dovolj velike sile, da prekinejo vezi med temi osnovnimi delci.
Značilnosti ionske mreže
Struktura katere koli snovi v trdnem stanju nujno vključuje periodično ponavljanje molekul in atomov v treh dimenzijah hkrati. Poleg tega je kristalna mreža lahko ionska, atomska, molekularna in kovinska, odvisno od tega, kaj se nahaja na vozliščih. Kar zadeva prvo vrsto, so tukaj osnovne komponente nasprotno nabiti ioni, med katerimi nastanejo in delujejo tako imenovane Coulombove sile. V tem primeru je sila interakcije neposredno odvisna od polmerov nabitih delcev.
Takšna mreža je kompleksen sistem, sestavljen iz kovinskih kationov, v prostoru med katerimi se premikajo negativno nabiti elektroni. Prav prisotnost teh elementarnih delcev daje rešetki stabilnost in trdoto, saj služijo kot neke vrste kompenzatorji za pozitivno nabite katione.
Trdnost in šibkost atomske mreže
Atomska kristalna mreža je zelo zanimiva z vidika strukture. Že iz imena lahko sklepamo, da njegovi vozlišči vsebujejo atome, ki jih držijo skupaj kovalentne vezi. V zadnjih letih so številni znanstveniki to vrsto interakcije pripisali družini anorganskih polimerov, saj strukturo dane molekule v veliki meri določa valenca njenih sestavnih atomov.
Glavne značilnosti molekularne mreže
Molekularna kristalna mreža je najmanj stabilna od vseh predstavljenih. Dejstvo je, da je stopnja interakcije med molekulami, ki se nahajajo v njegovih vozliščih, izjemno nizka, energijski potencial pa določajo številni dejavniki, pri čemer glavno vlogo igrajo disperzijske, indukcijske in orientacijske sile.
Vpliv kristalne mreže na lastnosti predmetov
Tako kristalna mreža v veliki meri določa lastnosti določene snovi. Na primer, atomski kristali se talijo pri izjemno visokih temperaturah in imajo povečano trdoto, snovi s kovinsko mrežo pa so odlični prevodniki
Nazaj Naprej
Pozor! Predogledi diapozitivov so samo informativni in morda ne predstavljajo vseh funkcij predstavitve. Če vas to delo zanima, prenesite polno različico.
Vrsta lekcije: Kombinirano.
Glavni cilj lekcije: študentom dati posebne ideje o amorfnih in kristalnih snoveh, vrstah kristalnih mrež, ugotoviti razmerje med strukturo in lastnostmi snovi.
Cilji lekcije.
Izobraževalni: oblikovati pojme o kristalnem in amorfnem stanju trdnih snovi, seznaniti študente z različnimi vrstami kristalnih mrež, ugotoviti odvisnost fizikalnih lastnosti kristala od narave kemijske vezi v kristalu in vrste kristala. rešetke, dati učencem osnovne ideje o vplivu narave kemičnih vezi in vrst kristalnih mrež na lastnosti snovi, dati učencem predstavo o zakonu konstantnosti sestave.
Izobraževalni: še naprej oblikujejo svetovni nazor učencev, upoštevajo medsebojni vpliv sestavin celotnih strukturnih delcev snovi, zaradi česar se pojavijo nove lastnosti, razvijajo sposobnost organizacije svojega izobraževalnega dela in upoštevajo pravila dela v ekipa.
Razvojni: razvijati kognitivni interes šolarjev z uporabo problemskih situacij; izboljšati zmožnosti učencev za ugotavljanje vzročno-posledične odvisnosti fizikalnih lastnosti snovi od kemijskih vezi in vrste kristalne mreže, za napovedovanje vrste kristalne mreže na podlagi fizikalnih lastnosti snovi.
Oprema: Periodni sistem D.I. Mendelejeva, zbirka "Kovine", nekovine: žveplo, grafit, rdeči fosfor, kisik; Predstavitev "Kristalne mreže", modeli kristalnih mrež različnih vrst (kuhinjska sol, diamant in grafit, ogljikov dioksid in jod, kovine), vzorci plastike in izdelkov iz nje, steklo, plastelin, smole, vosek, žvečilni gumi, čokolada , računalnik, multimedijska instalacija, video eksperiment “Sublimacija benzojske kisline”.
Napredek lekcije
1. Organizacijski trenutek.
Učitelj sprejme učence in zapiše odsotne.
Nato pove temo pouka in namen pouka. Učenci zapišejo temo učne ure v zvezek. (Slide 1, 2).
2. Preverjanje domače naloge
(2 učenca ob tabli: Določite vrsto kemijske vezi za snovi s formulami:
1) NaCl, CO 2, I 2; 2) Na, NaOH, H 2 S (odgovor zapiši na tablo in ga vključi v anketo).
3. Analiza stanja.
Učitelj: Kaj preučuje kemija? Odgovor: Kemija je veda o snoveh, njihovih lastnostih in pretvorbah snovi.
Učitelj: Kaj je snov? Odgovor: Materija je tisto, iz česar je sestavljeno fizično telo. (3. diapozitiv).
Učitelj: Katera agregatna stanja poznate?
Odgovor: Obstajajo tri agregatna stanja: trdno, tekoče in plinasto. (Slide 4).
Učitelj: Navedite primere snovi, ki lahko obstajajo v vseh treh agregatnih stanjih pri različnih temperaturah.
Odgovor: Voda. V normalnih pogojih je voda v tekočem stanju, ko temperatura pade pod 0 0 C, voda preide v trdno stanje – led, ko se temperatura dvigne na 100 0 C pa dobimo vodno paro (plinasto stanje).
Učitelj (dodatek): Vsako snov lahko dobimo v trdni, tekoči in plinasti obliki. Poleg vode so to kovine, ki so v normalnih pogojih v trdnem stanju, pri segrevanju se začnejo mehčati, pri določeni temperaturi (t pl) pa preidejo v tekoče stanje – stopijo se. Z nadaljnjim segrevanjem, do vrelišča, začnejo kovine izhlapevati, t.j. preidejo v plinasto stanje. Vsak plin lahko z znižanjem temperature pretvorimo v tekoče in trdno stanje: na primer kisik, ki se pri temperaturi (-194 0 C) spremeni v modro tekočino, pri temperaturi (-218,8 0 C) pa se strdi v snegu podobna masa, sestavljena iz modrih kristalov. Danes si bomo pri pouku ogledali trdno agregatno stanje.
Učitelj: Poimenujte, katere trdne snovi so na vaših mizah.
Odgovor: Kovine, plastelin, kuhinjska sol: NaCl, grafit.
Učitelj: Kaj misliš? Katera od teh snovi je presežek?
Odgovor: Plastelin.
Učitelj: Zakaj?
Predpostavke so narejene. Če je učencem težko, potem s pomočjo učitelja pridejo do zaključka, da plastelin, za razliko od kovin in natrijevega klorida, nima določenega tališča - se (plastelin) postopoma mehča in prehaja v tekoče stanje. Takšna je na primer čokolada, ki se topi v ustih, ali žvečilni gumi, pa tudi steklo, plastika, smole, vosek (pri razlagi učitelj razredu pokaže vzorce teh snovi). Takšne snovi imenujemo amorfne. (diapozitiv 5), kovine in natrijev klorid pa so kristalni. (diapozitiv 6).
Tako ločimo dve vrsti trdnih snovi : amorfno in kristalni. (diapozitiv 7).
1) Amorfne snovi nimajo določenega tališča in razporeditev delcev v njih ni strogo urejena.
Kristalne snovi imajo strogo določeno tališče in, kar je najpomembneje, zanje je značilna pravilna razporeditev delcev, iz katerih so zgrajene: atomov, molekul in ionov. Ti delci se nahajajo na strogo določenih točkah v prostoru in če so ta vozlišča povezana z ravnimi črtami, se oblikuje prostorski okvir - kristalna mreža.
Učitelj vpraša problematična vprašanja
Kako razložiti obstoj trdnih snovi s tako različnimi lastnostmi?
2) Zakaj se kristalne snovi ob udarcu razcepijo v določenih ravninah, medtem ko amorfne snovi te lastnosti nimajo?
Poslušajte odgovore učencev in jih vodite do sklep:
Lastnosti snovi v trdnem stanju so odvisne od vrste kristalne mreže (predvsem od tega, kateri delci so v njenih vozliščih), kar pa je odvisno od vrste kemijske vezi v dani snovi.
Preverjanje domače naloge:
1) NaCl – ionska vez,
CO 2 – kovalentna polarna vez
I 2 – kovalentna nepolarna vez
2) Na – kovinska vez
NaOH - ionska vez med Na + ionom - (O in H kovalentna)
H 2 S - kovalentna polarna
Frontalna anketa.
- Katero vez imenujemo ionska?
- Kakšno vez imenujemo kovalentna?
- Katero vez imenujemo polarna kovalentna vez?
- nepolarni?
Kako se imenuje elektronegativnost? . Zaključek: Obstaja logično zaporedje, razmerje pojavov v naravi: Struktura atoma -> EO -> Vrste kemijskih vezi -> Vrsta kristalne mreže -> Lastnosti snovi
(diapozitiv 10). Učitelj: Glede na vrsto delcev in naravo povezave med njimi se razlikujejo: štiri vrste kristalnih mrež ionske, molekularne, atomske in kovinske.
(Slide 11).
Rezultati so predstavljeni v naslednji tabeli - vzorčna tabela na mizah učencev. (glej Dodatek 1). (Slide 12).
Ionske kristalne mreže
Učitelj: Kaj misliš? Za snovi s kakšno vrsto kemijske vezi bo ta vrsta mreže značilna?
Odgovor: Za snovi z ionskimi kemičnimi vezmi bo značilna ionska mreža.
Učitelj: Kateri delci bodo na vozliščih mreže?
Odgovor: Jonah.
Učitelj: Katere delce imenujemo ioni?
Odgovor: Ioni so delci, ki imajo pozitiven ali negativen naboj.
Učitelj: Kakšne so sestave ionov?
Odgovor: Enostavno in zapleteno.
Demonstracija - model kristalne mreže natrijevega klorida (NaCl).
Razlaga učitelja: V vozliščih kristalne mreže natrijevega klorida so natrijevi in klorovi ioni.
V kristalih NaCl ni posameznih molekul natrijevega klorida. Celoten kristal je treba obravnavati kot velikansko makromolekulo, sestavljeno iz enakega števila Na + in Cl - ionov, Na n Cl n, kjer je n veliko število.
Vezi med ioni v takem kristalu so zelo močne. Zato imajo snovi z ionsko mrežo relativno visoko trdoto. So ognjevarni, nehlapni in krhki. Njihove taline prevajajo električni tok (Zakaj?) in se zlahka raztopijo v vodi.
Ionske spojine so binarne spojine kovin (I A in II A), soli in alkalij.
Atomske kristalne mreže
Demonstracija kristalnih mrež diamanta in grafita.
Učenci imajo na mizi vzorce grafita.
Odgovor: V vozliščih atomske kristalne mreže so posamezni atomi.
Učitelj: Kakšna kemijska vez bo nastala med atomi?
Odgovor: Kovalentna kemična vez.
Razlage učitelja.
Dejansko so na mestih atomskih kristalnih mrež posamezni atomi, ki so med seboj povezani s kovalentnimi vezmi. Ker se lahko atomi, tako kot ioni, različno nahajajo v prostoru, nastanejo kristali različnih oblik.
Atomska kristalna mreža diamanta
V teh mrežah ni molekul. Celoten kristal je treba obravnavati kot velikansko molekulo. Primer snovi s to vrsto kristalne mreže so alotropske modifikacije ogljika: diamant, grafit; kot tudi bor, silicij, rdeči fosfor, germanij. Vprašanje: Kakšne so te snovi po sestavi? Odgovor: Enostavna sestava.
Atomske kristalne mreže nimajo samo preprostih, ampak tudi zapletenih. Na primer, aluminijev oksid, silicijev oksid. Vse te snovi imajo zelo visoka tališča (diamant ima več kot 3500 0 C), so močne in trde, nehlapne in praktično netopne v tekočinah.
Kovinske kristalne rešetke
Učitelj: Fantje, na mizah imate zbirko kovin, poglejmo te vzorce.
Vprašanje: Kakšna kemijska vez je značilna za kovine?
Odgovor: Kovina. Vezava v kovinah med pozitivnimi ioni preko skupnih elektronov.
Vprašanje: Katere splošne fizikalne lastnosti so značilne za kovine?
Odgovor: Lesk, električna prevodnost, toplotna prevodnost, duktilnost.
Vprašanje: Pojasnite, kaj je razlog, da ima toliko različnih snovi enake fizikalne lastnosti?
Odgovor: Kovine imajo eno samo zgradbo.
Demonstracija modelov kovinskih kristalnih mrež.
Učiteljeva razlaga.
Snovi s kovinskimi vezmi imajo kovinske kristalne mreže
Na mestih takšnih mrež so atomi in pozitivni ioni kovin, valenčni elektroni pa se prosto gibljejo v prostornini kristala. Elektroni elektrostatsko privlačijo pozitivne kovinske ione. To pojasnjuje stabilnost rešetke.
Molekularne kristalne mreže
Učitelj demonstrira in poimenuje snovi: jod, žveplo.
Vprašanje: Kaj imajo te snovi skupnega?
Odgovor: Te snovi so nekovine. Enostavna po sestavi.
Vprašanje: Kakšna je kemična vez znotraj molekul?
Odgovor: Kemična vez znotraj molekul je kovalentna nepolarna.
Vprašanje: Katere fizikalne lastnosti so značilne zanje?
Odgovor: Hlapljiv, taljiv, rahlo topen v vodi.
Učitelj: Primerjajmo lastnosti kovin in nekovin. Učenci odgovorijo, da so lastnosti bistveno drugačne.
Vprašanje: Zakaj se lastnosti nekovin zelo razlikujejo od lastnosti kovin?
Odgovor: Kovine imajo kovinske vezi, nekovine pa kovalentne, nepolarne vezi.
Učitelj: Zato je vrsta rešetke drugačna. Molekularno.
Vprašanje: Kateri delci se nahajajo na mrežnih točkah?
Odgovor: Molekule.
Prikaz kristalnih mrež ogljikovega dioksida in joda.
Učiteljeva razlaga.
Molekularna kristalna mreža
Kot vidimo, ne le trdne snovi lahko imajo molekularno kristalno mrežo. preprosto snovi: žlahtni plini, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, beli fosfor P 4, ampak tudi kompleksen: trdna voda, trdni vodikov klorid in vodikov sulfid. Večina trdnih organskih spojin ima molekularne kristalne mreže (naftalen, glukoza, sladkor).
Mrežna mesta vsebujejo nepolarne ali polarne molekule. Kljub temu, da so atomi znotraj molekul povezani z močnimi kovalentnimi vezmi, med samimi molekulami delujejo šibke medmolekulske sile.
Zaključek: Snovi so krhke, imajo nizko trdoto, nizko tališče, so hlapne in se lahko sublimirajo.
vprašanje : Kateri postopek imenujemo sublimacija ali sublimacija?
Odgovori : Prehod snovi iz trdnega agregatnega stanja neposredno v plinasto stanje, mimo tekočega stanja, se imenuje sublimacija ali sublimacija.
Demonstracija poskusa: sublimacija benzojske kisline (videoposkus).
Delo z izpolnjeno tabelo.
Dodatek 1. (Slide 17)
Kristalne mreže, vrsta vezi in lastnosti snovi
| Vrsta rešetke | Vrste delcev na mrežnih mestih |
Vrsta povezave med delci | Primeri snovi | Fizikalne lastnosti snovi |
| Ionski | Ioni | Ionska – močna vez | Soli, halogenidi (IA, IIA), oksidi in hidroksidi tipičnih kovin | Trdna, močna, nehlapna, krhka, ognjevarna, veliko topna v vodi, taline prevajajo električni tok |
| Jedrska | Atomi | 1. Kovalentna nepolarna – vez je zelo močna 2. Kovalentna polarna – vez je zelo močna |
Preproste snovi A: diamant (C), grafit (C), bor (B), silicij (Si).
Kompleksne snovi: aluminijev oksid (Al 2 O 3), silicijev oksid (IY)-SiO 2 |
Zelo trd, zelo ognjevzdržen, obstojen, nehlapen, netopen v vodi |
| Molekularno | Molekule | Med molekulami obstajajo šibke sile medmolekularnega privlačenja, znotraj molekul pa obstaja močna kovalentna vez | Trdne snovi pod posebnimi pogoji, ki so pod normalnimi pogoji plini ali tekočine (O 2 , H 2 , Cl 2 , N 2 , Br 2 , H2O, CO2, HCl); žveplo, beli fosfor, jod; organske snovi |
Krhki, hlapljivi, taljivi, sposobni sublimacije, imajo nizko trdoto |
| Kovina | Atomski ioni | Kovina različnih trdnosti | Kovine in zlitine | Kovna, sijoča, duktilna, toplotno in električno prevodna |
Vprašanje: Katere vrste kristalne mreže od zgoraj obravnavanih ni v enostavnih snoveh?
Odgovor: Ionske kristalne mreže.
Vprašanje: Kakšne kristalne mreže so značilne za enostavne snovi?
Odgovor: Za preproste snovi - kovine - kovinska kristalna mreža; za nekovine - atomsko ali molekularno.
Delo s periodnim sistemom D.I.Mendelejeva.
Vprašanje: Kje so kovinski elementi v periodnem sistemu in zakaj? Nekovinski elementi in zakaj?
Odgovor: Če narišete diagonalo od bora do astatina, bodo v spodnjem levem kotu te diagonale kovinski elementi, ker na zadnjem energijskem nivoju vsebujejo od enega do tri elektrone. To so elementi I A, II A, III A (razen bora), pa tudi kositer in svinec, antimon in vsi elementi sekundarnih podskupin.
Nekovinski elementi se nahajajo v zgornjem desnem kotu te diagonale, ker na zadnji energijski ravni vsebujejo od štiri do osem elektronov. To so elementi IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A in bor.
Učitelj: Poiščimo nekovine, katerih enostavne snovi imajo atomsko kristalno mrežo (Odgovor: C, B, Si) in molekularni ( Odgovor: N, S, O , halogeni in žlahtni plini ).
Učitelj: Oblikujte sklep o tem, kako lahko določite vrsto kristalne mreže preproste snovi glede na položaj elementov v periodnem sistemu D.I.
Odgovor: Za kovinske elemente, ki so v I A, II A, IIIA (razen bora), kot tudi za kositer in svinec ter vse elemente sekundarnih podskupin v enostavni snovi, je vrsta mreže kovina.
Pri nekovinskih elementih IY A in boru v enostavni snovi je kristalna mreža atomska; in elementi Y A, YI A, YII A, YIII A v enostavnih snoveh imajo molekulsko kristalno mrežo.
Nadaljujemo z delom z izpolnjeno tabelo.
Učitelj: Pazljivo poglejte tabelo. Kakšen vzorec je mogoče opaziti?
Pozorno poslušamo odgovore učencev, nato pa skupaj z razredom naredimo naslednji zaključek:
Obstaja naslednji vzorec: če je zgradba snovi znana, je mogoče predvideti njihove lastnosti ali obratno: če so lastnosti snovi znane, je zgradbo mogoče določiti. (Slide 18).
Učitelj: Pazljivo poglejte tabelo. Katero drugo klasifikacijo snovi lahko predlagate?
Če je učencem težko, jim učitelj to pojasni snovi lahko razdelimo na snovi molekulske in nemolekularne zgradbe. (Slide 19).
Snovi z molekularno zgradbo so sestavljene iz molekul.
Snovi nemolekularne strukture so sestavljene iz atomov in ionov.
Zakon konstantnosti sestave
Učitelj: Danes se bomo seznanili z enim od osnovnih zakonov kemije. To je zakon konstantnosti sestave, ki ga je odkril francoski kemik J. L. Proust. Zakon velja samo za snovi molekularne zgradbe. Trenutno se zakon glasi takole: "Molekularne kemične spojine imajo ne glede na način njihove priprave stalno sestavo in lastnosti."
Toda za snovi z nemolekularno strukturo ta zakon ne velja vedno.
Teoretični in praktični pomen zakona je, da je na njegovi podlagi mogoče izraziti sestavo snovi s kemijskimi formulami (za mnoge snovi nemolekularne strukture kemijska formula prikazuje sestavo ne resnično obstoječe, ampak pogojne molekule) . Zaključek: Kemijska formula snovi vsebuje veliko informacij.
(Slide 21)
Na primer, SO 3:
1. Posebna snov je žveplov dioksid ali žveplov oksid (YI).
2.Vrsta snovi - kompleksna; razred - oksid.
3. Kvalitativna sestava - sestoji iz dveh elementov: žvepla in kisika.
4. Kvantitativna sestava – molekula je sestavljena iz 1 atoma žvepla in 3 atomov kisika.
5. Relativna molekulska masa - M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.
6. Molska masa - M(SO 3) = 80 g/mol.
7. Veliko drugih informacij.
Utrjevanje in uporaba pridobljenega znanja
(Slide 22, 23).
Igra Tic-tac-toe: prečrtaj snovi, ki imajo enako kristalno mrežo navpično, vodoravno, diagonalno.
Odsev.
Učitelj postavi vprašanje: "Fantje, kaj novega ste se naučili v razredu?"
Povzetek lekcije
Učitelj: Fantje, povzamemo glavne rezultate naše lekcije - odgovorite na vprašanja.
1. Katere klasifikacije snovi ste se naučili?
2. Kako razumete pojem kristalna mreža?
3. Katere vrste kristalnih mrež zdaj poznate?
4. Katere zakonitosti v zgradbi in lastnostih snovi ste spoznali?
5. V kakšnem agregatnem stanju imajo snovi kristalne mreže?
6. Katerega osnovnega zakona kemije ste se naučili pri pouku?
Domača naloga: §22, opombe.
1. Sestavite formule snovi: kalcijev klorid, silicijev oksid (IY), dušik, vodikov sulfid.
Določite vrsto kristalne mreže in poskusite predvideti, kakšna naj bi bila tališča teh snovi.
2. Ustvarjalna naloga -> sestavite vprašanja k odstavku.
V naravi obstajata dve vrsti trdnih snovi, ki se po svojih lastnostih močno razlikujeta. To so amorfna in kristalna telesa. In amorfna telesa nimajo natančnega tališča, med segrevanjem se postopoma zmehčajo in nato preidejo v tekoče stanje. Primer takih snovi je smola ali navaden plastelin. Toda pri kristalnih snoveh je situacija popolnoma drugačna. V trdnem stanju ostanejo do določene temperature in šele ko jo dosežejo, se te snovi stopijo.
Vse je odvisno od strukture takšnih snovi. V kristalnih trdnih snoveh se delci, iz katerih so sestavljene, nahajajo na določenih točkah. In če jih povežete z ravnimi črtami, dobite nekakšen namišljen okvir, ki se imenuje kristalna mreža. In vrste kristalnih mrež so lahko zelo različne. In glede na vrsto delcev, iz katerih so "zgrajene", so rešetke razdeljene na štiri vrste. To so ionske, atomske, molekularne in
In na vozliščih se zato nahajajo ioni in med njimi obstaja ionska vez. so lahko enostavni (Cl-, Na+) ali kompleksni (OH-, SO2-). Te vrste kristalnih mrež lahko vsebujejo nekatere kovinske hidrokside in okside, soli in druge podobne snovi. Vzemimo za primer navaden natrijev klorid. Izmenjuje negativne klorove ione in pozitivne natrijeve ione, ki tvorijo kubično kristalno mrežo. Ionske vezi v takšni mreži so zelo stabilne in snovi, "zgrajene" po tem principu, imajo precej visoko trdnost in trdoto.
Obstajajo tudi vrste kristalnih mrež, imenovane atomske. Tu vozlišča vsebujejo atome, med katerimi je močna kovalentna vez. Ni veliko snovi, ki imajo atomsko mrežo. Ti vključujejo diamant, pa tudi kristalni germanij, silicij in bor. Obstajajo tudi nekatere kompleksne snovi, ki vsebujejo in imajo ustrezno atomsko kristalno mrežo. To sta kameni kristal in kremen. In v večini primerov so takšne snovi zelo močne, trde in ognjevzdržne. Prav tako so praktično netopni.
Molekularne vrste kristalnih mrež imajo različne snovi. Sem spadajo zamrznjena voda, to je navaden led, "suhi led" - strjen ogljikov monoksid, pa tudi trdni vodikov sulfid in vodikov klorid. Molekularne mreže vsebujejo tudi veliko trdnih organskih spojin. Sem spadajo sladkor, glukoza, naftalen in druge podobne snovi. In molekule, ki se nahajajo na vozliščih takšne mreže, so med seboj povezane s polarnimi in nepolarnimi kemičnimi vezmi. In kljub dejstvu, da so znotraj molekul močne kovalentne vezi med atomi, se te molekule same držijo v mreži zaradi zelo šibkih medmolekularnih vezi. Zato so takšne snovi precej hlapne, zlahka se topijo in nimajo velike trdote.
No, kovine imajo različne vrste kristalnih mrež. In njihova vozlišča lahko vsebujejo tako atome kot ione. V tem primeru se lahko atomi zlahka spremenijo v ione in dajo svoje elektrone za "skupno uporabo". Na enak način lahko ioni, ko "ujamejo" prosti elektron, postanejo atomi. In ta mreža določa lastnosti kovin, kot so plastičnost, kovnost, toplotna in električna prevodnost.
Tudi vrste kristalnih mrež kovin in drugih snovi so razdeljene v sedem glavnih sistemov glede na obliko elementarnih celic mreže. Najenostavnejša je kubična celica. Obstajajo tudi rombične, tetragonalne, heksagonalne, romboedrične, monoklinične in triklinične enotske celice, ki določajo obliko celotne kristalne mreže. Toda v večini primerov so kristalne mreže bolj zapletene od zgoraj naštetih. To je posledica dejstva, da se lahko osnovni delci nahajajo ne le v samih vozliščih rešetke, temveč tudi v njenem središču ali na njegovih robovih. In med kovinami so najpogostejše naslednje tri kompleksne kristalne mreže: kubična s središčem na ploskvi, kubična s središčem v telesu in heksagonalna tesno zapakirana. Tudi fizikalne lastnosti kovin niso odvisne le od oblike njihove kristalne mreže, ampak tudi od medatomske razdalje in drugih parametrov.
Zgradba snovi.
V kemijske interakcije ne vstopijo posamezni atomi ali molekule, temveč snovi.
Naša naloga je, da se seznanimo z zgradbo snovi.
Pri nizkih temperaturah so snovi v stabilnem trdnem stanju.
☼ Najtrša snov v naravi je diamant. Velja za kralja vseh draguljev in dragih kamnov. In samo ime v grščini pomeni "neuničljiv". Na diamante so že dolgo gledali kot na čudežne kamne. Veljalo je, da oseba, ki nosi diamante, ne pozna želodčnih bolezni, ni prizadeta zaradi strupa, ohrani spomin in veselo razpoloženje do starosti in uživa kraljevo naklonjenost.
☼ Diamant, ki je bil podvržen nakitni obdelavi - brušenju, poliranju - se imenuje diamant.
Pri taljenju zaradi toplotnih nihanj se poruši vrstni red delcev, postanejo gibljivi, narava kemične vezi pa se ne poruši. Tako ni bistvenih razlik med trdnim in tekočim stanjem.
Tekočina pridobi fluidnost (tj. sposobnost, da prevzame obliko posode).
Tekoči kristali.
Tekoči kristali so bili odkriti konec 19. stoletja, vendar so jih preučevali v zadnjih 20-25 letih. Številne prikazovalne naprave sodobne tehnologije, na primer nekatere elektronske ure in mini računalniki, delujejo na tekočih kristalih.
Na splošno se besede "tekoči kristali" ne slišijo nič manj nenavadno kot "vroč led". Vendar pa je v resnici led lahko tudi vroč, saj... pri tlaku nad 10.000 atm. vodni led se topi pri temperaturah nad 2000 C. Nenavadnost kombinacije "tekoči kristali" je v tem, da tekoče stanje kaže na mobilnost strukture, kristal pa pomeni strog red.
Če je snov sestavljena iz poliatomskih molekul podolgovate ali lamelne oblike in ima asimetrično strukturo, potem so pri taljenju te molekule usmerjene na določen način glede na drugo (njihove dolge osi so vzporedne). V tem primeru se lahko molekule prosto gibljejo vzporedno same s seboj, tj. sistem pridobi lastnost fluidnosti, značilno za tekočino. Hkrati sistem ohranja urejeno strukturo, ki določa lastnosti, značilne za kristale.
Visoka mobilnost takšne strukture omogoča nadzor z zelo šibkimi vplivi (toplotni, električni itd.), T.j. namensko spremeniti lastnosti snovi, tudi optične, z zelo majhno porabo energije, kar uporablja sodobna tehnologija.
Vrste kristalnih mrež.
Vsaka kemična snov je sestavljena iz velikega števila enakih delcev, ki so med seboj povezani.
Pri nizkih temperaturah, ko je toplotno gibanje oteženo, so delci strogo orientirani v prostoru in tvorijo kristalno mrežo.
Kristalna mreža je struktura z geometrijsko pravilno razporeditvijo delcev v prostoru.
V sami kristalni mreži ločimo vozlišča in internodalni prostor.
Ista snov, odvisno od pogojev (p, t,...), obstaja v različnih kristalnih oblikah (tj. imajo različne kristalne mreže) - alotropske modifikacije, ki se razlikujejo po lastnostih.
Znane so na primer štiri modifikacije ogljika: grafit, diamant, karbin in lonsdaleit.
☼ Četrta različica kristalnega ogljika, "lonsdaleit", je malo znana. Odkrili so ga v meteoritih in pridobili umetno, njegovo strukturo pa še proučujejo.
☼ Saje, koks in oglje so uvrščali med amorfne polimere ogljika. Zdaj pa je postalo znano, da so tudi to kristalne snovi.
☼ Mimogrede, v sajah so našli sijoče črne delce, ki so jih poimenovali "zrcalni ogljik". Zrcalni ogljik je kemično inerten, toplotno odporen, neprepusten za pline in tekočine, ima gladko površino in je popolnoma kompatibilen z živimi tkivi.
☼ Ime grafit izhaja iz italijanskega “graffito” - pišem, rišem. Grafit je temno siv kristal s šibkim kovinskim leskom in ima večplastno mrežo. Posamezne plasti atomov v kristalu grafita, ki so med seboj razmeroma šibko povezane, se zlahka ločijo med seboj.
VRSTE KRISTALNIH MREŽ
Lastnosti snovi z različnimi kristalnimi mrežami (tabela)
Če je hitrost rasti kristalov pri ohlajanju majhna, nastane steklasto stanje (amorfno).
Razmerje med položajem elementa v periodnem sistemu in kristalno mrežo njegove preproste snovi.
Obstaja tesna povezava med položajem elementa v periodnem sistemu in kristalno mrežo njegove ustrezne elementarne snovi.
Preproste snovi preostalih elementov imajo kovinsko kristalno mrežo.
PRITRDITEV
Preučite gradivo predavanja in v zvezek pisno odgovorite na naslednja vprašanja:
- Kaj je kristalna mreža?
- Katere vrste kristalnih mrež obstajajo?
- Opišite vsako vrsto kristalne mreže po načrtu:
Kaj je v vozliščih kristalne mreže, strukturna enota → Vrsta kemijske vezi med delci vozlišča → Interakcijske sile med delci kristala → Fizikalne lastnosti, ki jih določa kristalna mreža → Agregatno stanje snovi pri normalnih pogojih → Primeri
Izpolnite naloge na to temo:
- Kakšno vrsto kristalne mreže imajo naslednje snovi, ki se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju: voda, ocetna kislina (CH3 COOH), sladkor (C12 H22 O11), kalijevo gnojilo (KCl), rečni pesek (SiO2) - tališče 1710 0C, amoniak (NH3) , kuhinjska sol? Naredite splošen zaključek: s katerimi lastnostmi snovi lahko določite vrsto njene kristalne mreže?
S pomočjo formul danih snovi: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - določite vrsto kristalne mreže (ionsko, molekularno) posamezne spojine in na podlagi tega opišite fizikalne lastnosti vsake od štirih snovi.
Trener št. 1. "Kristalne mreže"
Trener št. 2. "Preizkusne naloge"
Test (samokontrola):
1) Snovi, ki imajo praviloma molekularno kristalno mrežo:
a). ognjevzdržen in zelo topen v vodi
b). taljive in hlapne
V). Trden in električno prevoden
G). Toplotno prevoden in plastičen
2) Koncept "molekula" se ne uporablja za strukturno enoto snovi:
b). kisik
V). diamant
3) Atomska kristalna mreža je značilna za:
a). aluminij in grafit
b). žveplo in jod
V). silicijev oksid in natrijev klorid
G). diamant in bor
4) Če je snov dobro topna v vodi, ima visoko tališče in je električno prevodna, potem je njena kristalna mreža:
A). molekularni
b). atomski
V). ionski
G). kovina
Kristalna mreža- sistem točk, ki se nahajajo v enakih, vzporedno usmerjenih vozliščih in paralelepipedih, ki mejijo vzdolž ploskev brez vrzeli, ki zapolnjujejo prostor točk, imenovanih vozlišča, ravne črte - vrstice, ravnine - mreže, paralelepipedi se imenujejo elementarne celice.
Vrste kristalnih mrež: atomske - če se atomi nahajajo na vozliščih, ionske - če se na vozliščih nahajajo ioni, molekularne - če se na vozliščih nahajajo molekule.
2. Lastnosti kristaliničnih snovi - homogenost, anizotropnost, sposobnost samorezovanja.
Enotnost- dva enaka elementarna volumna snovi, vzporedno usmerjena v prostoru, vendar izolirana na različnih točkah snovi, popolnoma enakih lastnosti (beril - turmalin).
Anizotropija- v različnih smereh kristalne mreže v nevzporednih smereh so številne lastnosti (na primer trdnost, trdota, lomni količnik) različne.
Sposobnost samouničenja– lastnost kristalov, da pri prosti rasti tvorijo pravilno fasetirane poliedre.
Lastnost konstantnosti diedrskih vozlišč– so koti med pripadajočimi ploskvami in robovi v vseh kristalih iste snovi enaki.
3. Pojem singonije. V katere kategorije so razdeljene singonije?
Singonija je niz vrst simetrij, ki imajo 1 ali več skupnih simetričnih elementov z enakim številom enotskih smeri. Za celico so značilni odnosi med osmi a, b in c ter koti celice.
Obstaja 7 razdeljenih na:
Najnižja( nimajo simetričnih osi višje od drugega reda)
Povprečje ( imajo eno simetrično os višjega reda)
Posamezne smeri– smeri, ki se v kristalih ne ponavljajo.
Ker je največja klasifikacijska delitev v simetriji kristalov, vsaka simetrična skupina vključuje več točkovnih skupin simetrij in Bravaisovih mrež.
4. Enostavne oblike in kombinacije. Fizični pomen izolacije preprostih oblik v kristalu.
Kristale glede na videz delimo na enostavne oblike in kombinacije. Enostavne oblike– kristali, pridobljeni z ene strani z delovanjem elementa simetrije nanjo.
Elementi simetrije:
geometrijska slika
simetrijsko ravnino– ravnina, pravokotna na sliko, ki deli figuro na 2 dela, ki ustrezata predmetu in njegovi zrcalni podobi.
Simetrična os- to je ravna črta, pravokotna na sliko, ko jo zasukamo za 360o, se slika n-krat poravna sama s seboj.
Središče simetrije- točka znotraj kristala, za katero je značilno, da se vsaka premica, narisana skozenj, sreča z enakimi točkami na obeh straneh na enaki razdalji.
Kombinacije- kristali, sestavljeni iz obrazov različnih vrst, ki se razlikujejo po obliki in velikosti. Nastane s kombinacijo dveh ali več preprostih oblik. Na enakomerno razvitem kristalu je toliko vrst ploskev, kolikor je v njem preprostih oblik.
Izbiranje obrazov različnih vrst ima fizični pomen , saj različne površine rastejo z različno hitrostjo in imajo različne lastnosti (trdota, gostota, lomni količnik).
Enostavne oblike so odprte in zaprte. Zaprta enostavna oblika s pomočjo istovrstnih ploskev samostojno zapira prostor (tetrakotna dipiramida), odprta enostavna oblika pa lahko zapira prostor le v kombinaciji z drugimi enostavnimi oblikami (tetrakotna piramida + ravnina.) Enostavnih je 47. oblike skupaj. Vsi so razdeljeni v kategorije:
Monoeder je preprosta oblika, ki jo predstavlja ena ploskev.
Pinakoid - dve enaki vzporedni ploskvi, ki ju je mogoče obrniti.
Dieder - dve enaki sekajoči se ploskvi (lahko se sekata na svojem nadaljevanju).
Rombična prizma - štirje enaki pari vzporednih ploskev; v prerezu tvorijo romb.
Rombična piramida ima štiri enake stranice, ki se sekajo; v prerezu tvorijo tudi romb. Naštete preproste oblike so odprte, saj ne zapirajo prostora. Prisotnost v kristalu odprtih preprostih oblik, na primer rombične prizme, nujno povzroči prisotnost drugih preprostih oblik, na primer pinakoida ali rombične bipiramide, ki so potrebne za pridobitev zaprte oblike.
Od zaprtih preprostih oblik nižjih sistemov ugotavljamo naslednje. Rombična dipiramida: dve rombasti piramidi, združeni na svojih osnovah; oblika ima osem različnih ploskev, ki dajejo v prerezu romb; Rombični tetraeder ima štiri ploskve, ki oklepajo prostor in imajo obliko poševnih trikotnikov.
Srednja kategorija(sistemi: triklinski, tetragonalni, heksagonalni) – 27 p.f.: monoeder, pinokoid, 6 dipiramid, 6 piramid, 6 prizm, tetraeder, romboeder, 3 trapezoedri (ploskve v obliki trapeza), 2 skalenoida (nastane s podvajanjem ploskev tetraedra). in romboeder).
Najvišja kategorija– 15 p.f.: glavni so tetraeder, oktaeder, kocka. Če so namesto enega obraza 3 obrazi - tritetraeder, če 6 - heksatetraeder, če 4 - tetratetraeder.
Obrazi so lahko 3x, 4x, 5-strani: 3x - trikotnik, 4x - štirikotnik, 5x - peterokotnik.
Preprosta kristalna oblika je družina ploskev, ki so med seboj povezane s simetričnimi operacijami danega razreda simetrije. Vse ploskve, ki tvorijo eno preprosto kristalno obliko, morajo biti enake velikosti in oblike. Kristal lahko vsebuje eno ali več preprostih oblik. Kombinacija več preprostih oblik se imenuje kombinacija.
Zaprte oblike so tiste, katerih robovi popolnoma zapirajo prostor med njimi, na primer kocka;
|
|
|
Odprte enostavne oblike ne zapirajo prostora in ne morejo obstajati samostojno, temveč le v kombinacijah. Na primer, prizma + pinacoid. |
Preproste oblike najnižje kategorije: monoeder (1), pinakoid (2), dieder (3).
V spodnjih singonijah so možne naslednje odprte preproste oblike (slika 6):
Monoeder (iz grščine "mono" - eno, "hedra" - obraz) - preprosta oblika, ki jo predstavlja ena sama ploskev. Monoeder je na primer osnova piramide.
Rombična prizma je preprosta oblika, ki je sestavljena iz štirih enakih, po parih vzporednih ploskev, ki v preseku tvorijo romb.
Rombična piramida - preprosta oblika, sestavljena iz štirih enakih sekajočih se ploskev; v prerezu je prav tako romb. Od zaprtih preprostih oblik nižjih sistemov opazimo naslednje:
Rombična dipiramida: dve rombasti piramidi, združeni na svojih osnovah. Oblika ima osem enakih ploskev, ki dajejo v prerezu romb.
Rombični tetraeder je preprosta oblika, katere štiri ploskve so oblikovane kot poševni trikotniki in oklepajo prostor.
Odprte preproste oblike kristalnih sistemov srednje kategorije bodo prizme in piramide. Trigonalna prizma (iz grškega "gon" - kot) - tri enake ploskve, ki se sekajo vzdolž vzporednih robov in v prerezu tvorijo enakostranični trikotnik;
Tetragonalna prizma (iz grške "tetra" - štiri) - štirje enaki pari vzporednih ploskev, ki v prečnem prerezu tvorijo kvadrat;
Šestkotna prizma (iz grščine "hexa" - šest) - šest enakih ploskev, ki se sekajo vzdolž vzporednih robov in tvorijo pravilen šesterokotnik v prerezu.
Imena ditrigonalne, ditetragonalne in diheksagonalne dobimo prizme z dvojnim številom ploskev, ko so vse ploskve enake in se enaki koti med ploskvami izmenjujejo.
Piramide - preproste oblike kristalov srednje kategorije so lahko, tako kot prizme, trigonalne (in ditrigonalne), tetragonalne (in ditetragonalne), heksagonalne (in diheksagonalne). V prerezu tvorijo pravilne mnogokotnike. Strani piramid se nahajajo pod poševnim kotom glede na simetrično os višjega reda.
V kristalih srednje kategorije najdemo tudi zaprte preproste oblike. Obstaja več takih oblik:
Dipiramide so preproste oblike, ki jih sestavljata dve enaki piramidi, ki sta združeni na svojih osnovah. Pri takih oblikah je piramida podvojena z vodoravno simetrijsko ravnino, pravokotno na glavno simetrijsko os višjega reda (slika 8). Dipiramide, tako kot preproste piramide, imajo lahko različne oblike preseka, odvisno od vrstnega reda osi. Lahko so trigonalne, ditrigonalne, tetragonalne, ditetragonalne, heksagonalne in diheksagonalne.
Romboeder je preprosta oblika, ki je sestavljena iz šestih ploskev v obliki diamanta in spominja na podolgovato ali diagonalno sploščeno kocko. Možno je samo v trigonskem sistemu. Zgornja in spodnja skupina ploskev sta zasukani ena glede na drugo pod kotom 60°, tako da so spodnje ploskve simetrično nameščene med zgornjimi.