شبکه کریستالی از اکسیدهای فلزی. شبکه های کریستالی در شیمی

اکثر جامدات دارند ساختار کریستالی، که در آن ذراتی که از آن "ساخته شده" به ترتیب خاصی هستند و در نتیجه ایجاد می کنند شبکه کریستالی. از تکرار واحدهای ساختاری یکسان ساخته شده است - سلول های واحد، که با سلول های همسایه ارتباط برقرار می کند و گره های اضافی را تشکیل می دهد. در نتیجه، 14 شبکه کریستالی مختلف وجود دارد.

انواع شبکه های کریستالی.

بسته به ذرات موجود در گره های شبکه، آنها متمایز می شوند:

• شبکه کریستال فلزی؛
• شبکه کریستال یونی؛
• شبکه کریستال مولکولی؛
• شبکه کریستالی ماکرومولکولی (اتمی).

پیوند فلزی در شبکه های کریستالی.

کریستال های یونی شکنندگی را افزایش داده اند، زیرا تغییر در شبکه کریستالی (حتی جزئی) منجر به این واقعیت می شود که یون های دارای بار مشابه شروع به دفع یکدیگر می کنند و پیوندها می شکند، ترک می خورد و شکافته می شود.

پیوند مولکولی شبکه های کریستالی

ویژگی اصلی پیوند بین مولکولی "ضعف" آن است (واندروالس، هیدروژن).

این ساختار یخ است. هر مولکول آب با پیوندهای هیدروژنی به 4 مولکول اطراف خود متصل می شود و در نتیجه ساختاری چهار وجهی ایجاد می شود.

پیوند هیدروژنی نقطه جوش بالا، نقطه ذوب و چگالی کم را توضیح می دهد.

اتصال ماکرومولکولی شبکه های کریستالی.

در گره های یک شبکه کریستالی اتم ها وجود دارد. این کریستال ها به دو دسته تقسیم می شوند 3 نوع:

• قاب؛
• زنجیر؛
• ساختارهای لایه ای

ساختار قابالماس یکی از سخت ترین مواد موجود در طبیعت است. اتم کربن 4 پیوند کووالانسی یکسان را تشکیل می دهد که شکل یک چهار وجهی منظم را نشان می دهد. sp 3 - هیبریداسیون). هر اتم دارای یک جفت تک الکترون است که می تواند با اتم های همسایه نیز پیوند برقرار کند. در نتیجه یک شبکه سه بعدی تشکیل می شود که در گره های آن فقط اتم های کربن وجود دارد.

برای تخریب چنین ساختاری انرژی زیادی لازم است.

ساختارهای لایه ایاز وجود پیوندهای کووالانسی در هر لایه و پیوندهای ضعیف واندروالسی بین لایه ها صحبت می کنند.

بیایید به یک مثال نگاه کنیم: گرافیت. هر اتم کربن داخل است sp 2 - هیبریداسیون چهارمین الکترون جفت نشده یک پیوند واندروالسی بین لایه ها تشکیل می دهد. بنابراین، لایه 4 بسیار متحرک است:

پیوندها ضعیف هستند، بنابراین به راحتی شکسته می شوند، که می توان آن را با مداد مشاهده کرد - "ویژگی نوشتن" - لایه 4 روی کاغذ باقی می ماند.

گرافیت یک رسانای عالی جریان الکتریکی است (الکترون ها قادر به حرکت در امتداد صفحه لایه هستند).

سازه های زنجیره ایدارای اکسید (مثلاً بنابراین 3 ) که به صورت سوزن های براق، پلیمرها، برخی مواد بی شکل، سیلیکات ها (آزبست) متبلور می شود.

جزئیات دسته: نظریه مولکولی – جنبشی تاریخ انتشار 1393/11/14 17:19 بازدید: 14761

در جامدات، ذرات (مولکول‌ها، اتم‌ها و یون‌ها) به قدری نزدیک به هم قرار دارند که نیروهای برهم‌کنش بین آنها اجازه نمی‌دهد از هم جدا شوند. این ذرات فقط می توانند حرکات نوسانی را در اطراف موقعیت تعادل انجام دهند. بنابراین جامدات شکل و حجم خود را حفظ می کنند.

جامدات بر اساس ساختار مولکولی خود به دو دسته تقسیم می شوند کریستالی و بی شکل .

ساختار اجسام کریستالی

شبکه کریستالی

بلورین جامدات، مولکول‌ها، اتم‌ها یا یون‌هایی هستند که در آنها به ترتیب هندسی کاملاً مشخصی مرتب شده‌اند و ساختاری را در فضا تشکیل می‌دهند که به آن می‌گویند. شبکه کریستالی . این ترتیب به صورت دوره ای در تمام جهات در فضای سه بعدی تکرار می شود. در فواصل طولانی باقی می ماند و در فضا محدود نیست. او را صدا می زنند در یک راه طولانی .

انواع شبکه های کریستالی

شبکه کریستالی یک مدل ریاضی است که می توان از آن برای تصور نحوه چیدمان ذرات در کریستال استفاده کرد. با اتصال ذهنی نقاطی در فضا که این ذرات در آن قرار دارند با خطوط مستقیم، یک شبکه کریستالی بدست می آوریم.

فاصله بین اتم های واقع در محل های این شبکه نامیده می شود پارامتر شبکه .

بسته به اینکه کدام ذرات در گره ها قرار دارند، شبکه های کریستالی هستند مولکولی، اتمی، یونی و فلزی .

خواص اجسام کریستالی مانند نقطه ذوب، کشسانی و استحکام به نوع شبکه کریستالی بستگی دارد.

هنگامی که دما به مقداری می رسد که در آن ذوب یک جامد شروع می شود، شبکه کریستالی از بین می رود. مولکول ها آزادی بیشتری پیدا می کنند و ماده کریستالی جامد به مرحله مایع می رود. هرچه پیوند بین مولکول ها قوی تر باشد، نقطه ذوب بالاتر است.

شبکه مولکولی

در شبکه های مولکولی، پیوند بین مولکول ها قوی نیست. بنابراین، در شرایط عادی، چنین موادی در حالت مایع یا گاز هستند. حالت جامد برای آنها فقط در دماهای پایین امکان پذیر است. نقطه ذوب آنها (انتقال از جامد به مایع) نیز پایین است. و در شرایط عادی در حالت گازی هستند. به عنوان مثال می توان به ید (I 2)، "یخ خشک" (دی اکسید کربن CO 2) اشاره کرد.

شبکه اتمی

در موادی که دارای شبکه کریستالی اتمی هستند، پیوند بین اتم ها قوی است. بنابراین، خود مواد بسیار سخت هستند. در دمای بالا ذوب می شوند. سیلیکون، ژرمانیوم، بور، کوارتز، اکسیدهای برخی فلزات و سخت ترین ماده در طبیعت، الماس، دارای شبکه اتمی کریستالی هستند.

شبکه یونی

مواد با شبکه کریستالی یونی شامل قلیایی ها، اکثر نمک ها و اکسیدهای فلزات معمولی هستند. از آنجایی که نیروی جاذبه یون ها بسیار قوی است، این مواد تنها در دماهای بسیار بالا می توانند ذوب شوند. به آنها نسوز می گویند. استحکام و سختی بالایی دارند.

گریل فلزی

در گره های شبکه فلزی که همه فلزات و آلیاژهای آنها دارند، هم اتم ها و هم یون ها قرار دارند. به لطف این ساختار، فلزات دارای چکش خواری و شکل پذیری خوب، هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی هستند.

اغلب، شکل کریستال یک چند وجهی منظم است. صورت ها و لبه های چنین چندوجهی همیشه برای یک ماده خاص ثابت می ماند.

تک کریستال نامیده می شود تک کریستال . این یک شکل هندسی منظم، یک شبکه کریستالی پیوسته دارد.

نمونه هایی از تک بلورهای طبیعی عبارتند از الماس، یاقوت، سنگ کریستال، سنگ نمک، اسپار ایسلند، کوارتز. در شرایط مصنوعی، تک بلورها از طریق فرآیند تبلور به دست می‌آیند، زمانی که با سرد کردن محلول‌ها یا ذوب شدن تا دمای معین، یک ماده جامد به شکل کریستال از آنها جدا می‌شود. با سرعت تبلور آهسته، برش چنین بلورهایی شکل طبیعی دارد. به این ترتیب در شرایط خاص صنعتی تک بلورهای نیمه هادی ها یا دی الکتریک ها به دست می آید.

بلورهای کوچکی که به طور تصادفی با هم ذوب می شوند نامیده می شوند پلی کریستال ها . واضح ترین نمونه پلی کریستال سنگ گرانیت است. تمام فلزات نیز پلی کریستالی هستند.

ناهمسانگردی اجسام کریستالی

در بلورها، ذرات با چگالی متفاوت در جهات مختلف قرار دارند. اگر اتم ها را در یکی از جهات شبکه کریستالی با یک خط مستقیم به هم وصل کنیم، فاصله بین آنها در تمام این جهت یکسان خواهد بود. در هر جهت دیگر، فاصله بین اتم ها نیز ثابت است، اما مقدار آن ممکن است از قبل با فاصله مورد قبلی متفاوت باشد. این بدان معنی است که نیروهای برهمکنش با قدرهای مختلف بین اتم ها در جهات مختلف عمل می کنند. بنابراین، خواص فیزیکی ماده در این جهات نیز متفاوت خواهد بود. این پدیده نامیده می شود ناهمسانگردی - وابستگی خواص ماده به جهت

رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی، خاصیت ارتجاعی، ضریب شکست و سایر خواص یک ماده کریستالی بسته به جهت در کریستال متفاوت است. جریان الکتریکی در جهات مختلف به طور متفاوتی هدایت می شود، ماده به طور متفاوتی گرم می شود و پرتوهای نور به طور متفاوتی شکست می شوند.

در پلی کریستال ها پدیده ناهمسانگردی مشاهده نمی شود. خواص ماده در همه جهات یکسان است.

که در شرایط عادی یک گاز است، در دمای -194 درجه سانتیگراد به مایع آبی تبدیل می شود و در دمای -218.8 درجه سانتیگراد سخت می شود و به جرم برف مانند متشکل از بلورهای آبی تبدیل می شود.

در این بخش به چگونگی تأثیر ویژگی های پیوندهای شیمیایی بر خواص جامدات خواهیم پرداخت. محدوده دمایی برای وجود یک ماده در حالت جامد با نقطه جوش و ذوب آن تعیین می شود. جامدات به دو دسته کریستالی و آمورف تقسیم می شوند.
مواد آمورف نقطه ذوب واضحی ندارند - وقتی گرم می شوند به تدریج نرم می شوند و به حالت مایع تبدیل می شوند. به عنوان مثال، در حالت آمورف، پلاستیکین یا رزین های مختلف وجود دارد.

مواد کریستالی با آرایش صحیح ذراتی که از آنها تشکیل شده اند مشخص می شوند: اتم ها، مولکول ها و یون ها. - در نقاط کاملاً مشخص در فضا. هنگامی که این نقاط توسط خطوط مستقیم به هم متصل می شوند، یک چارچوب فضایی تشکیل می شود که به آن شبکه کریستالی می گویند. نقاطی که ذرات کریستال در آنها قرار دارند شبکه نامیده می شوند.

گره های یک شبکه خیالی می توانند حاوی یون ها، اتم ها و مولکول ها باشند. این ذرات حرکات نوسانی را انجام می دهند. با افزایش دما، دامنه این نوسانات افزایش می یابد که به طور معمول منجر به انبساط حرارتی اجسام می شود.

بسته به نوع ذرات واقع در گره های شبکه کریستالی و ماهیت اتصال بین آنها، چهار نوع شبکه کریستالی متمایز می شود: یونی، اتمی، مولکولی و فلزی (جدول 6).

مواد ساده عناصر باقیمانده، که در جدول 6 ارائه نشده اند، دارای یک شبکه فلزی هستند.

شبکه‌های کریستالی یونی آنهایی هستند که گره‌های آنها حاوی یون هستند. آنها توسط موادی با پیوندهای یونی تشکیل می شوند که می توانند یون های ساده Na+، Cl- و یون های پیچیده SO2-4، OH- را به هم متصل کنند. در نتیجه، شبکه‌های کریستالی یونی دارای نمک‌ها، برخی اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات هستند، یعنی موادی که در آنها پیوند شیمیایی یونی وجود دارد. به عنوان مثال، یک کریستال کلرید سدیم از متناوب یون های Na+ مثبت و Cl- منفی ساخته شده و شبکه ای مکعبی شکل را تشکیل می دهد. پیوندهای بین یون ها در چنین کریستالی بسیار پایدار است. بنابراین مواد دارای الک یونی دارای سختی و استحکام نسبتاً بالایی هستند، نسوز و غیرفرار هستند.

شبکه های اتمی در شبکه های کریستالی ریخته می شوند که در گره های آن اتم های جداگانه وجود دارد. در چنین شبکه هایی، اتم ها توسط پیوندهای کووالانسی بسیار قوی به یکدیگر متصل می شوند. نمونه ای از مواد با این نوع شبکه های کریستالی الماس است که یکی از تغییرات آلوتروپیک کربن است.

تعداد مواد با شبکه کریستالی اتمی خیلی زیاد نیست. اینها عبارتند از بور کریستالی، سیلیکون و ژرمانیوم، و همچنین مواد پیچیده، به عنوان مثال آنهایی که حاوی اکسید سیلیکون (IV) - SlO2 هستند: سیلیس، کوارتز، ماسه، کریستال سنگ.

اکثر مواد با شبکه کریستالی اتمی دارای نقطه ذوب بسیار بالایی هستند (به عنوان مثال، برای الماس بیش از 3500 º C)، آنها قوی و سخت هستند، عملا نامحلول هستند.

مولکولی شبکه های کریستالی هستند که مولکول ها در گره ها قرار دارند. پیوندهای شیمیایی در این مولکول ها می تواند قطبی یا غیر قطبی باشد. علیرغم این واقعیت که اتم های داخل مولکول ها با پیوندهای کووالانسی بسیار قوی به هم متصل شده اند، نیروهای ضعیف جاذبه مولکولی بین خود مولکول ها عمل می کنند. بنابراین، مواد با شبکه کریستالی مولکولی سختی پایین، نقطه ذوب پایین و فرار هستند.

نمونه هایی از مواد با شبکه های کریستالی مولکولی عبارتند از: آب جامد - یخ، مونوکسید کربن جامد (IV) - "یخ خشک"، کلرید هیدروژن جامد و سولفید هیدروژن، مواد جامد ساده که توسط یک (گازهای نجیب)، دو، سه- ( O3)، چهار- (P4). مولکول های هشت اتمی اکثر ترکیبات آلی جامد دارای شبکه های کریستالی مولکولی (نفتالین، گلوکز، قند) هستند.
مواد با پیوندهای فلزی دارای شبکه کریستالی فلزی هستند. در محل چنین شبکه‌هایی اتم‌ها و یون‌ها وجود دارند (اعم از اتم‌ها یا یون‌ها که اتم‌های فلزی به راحتی به آنها تبدیل می‌شوند و الکترون‌های بیرونی خود را برای استفاده معمول از دست می‌دهند). این ساختار داخلی فلزات خواص فیزیکی مشخصه آنها را تعیین می کند: چکش خواری، انعطاف پذیری، هدایت الکتریکی و حرارتی، درخشش فلزی مشخص.

برای مواد با ساختار مولکولی، قانون ثبات ترکیب کشف شده توسط شیمیدان فرانسوی J. L. Proust (1799-1803) معتبر است. در حال حاضر این قانون به صورت زیر تدوین شده است: «ترکیبات شیمیایی مولکولی، صرف نظر از روش تهیه آنها، دارای ترکیب و خواص ثابتی هستند. قانون پروست یکی از قوانین اساسی شیمی است. با این حال، برای مواد با ساختار غیر مولکولی، به عنوان مثال یونی، این قانون همیشه صادق نیست.

1. حالت جامد، مایع و گاز ماده.

2. جامدات: بی شکل و کریستالی.

3. شبکه های کریستالی: اتمی، یونی، فلزی و مولکولی.

4. قانون ثبات ترکیب.

چه خواص نفتالین زمینه ساز استفاده از آن برای محافظت از محصولات پشمی در برابر پروانه است؟
چه ویژگی هایی از بدن های بی شکل برای شناسایی ویژگی های شخصیتی افراد منفرد قابل استفاده است؟

چرا آلومینیوم، که توسط دانشمند دانمارکی K. H. Oersted در سال 1825 کشف شد، برای مدت طولانی به عنوان یک فلز گرانبها طبقه بندی می شد؟

کار A. Belyaev "فروشنده هوا" را به خاطر بسپارید و با استفاده از توضیحات ارائه شده در کتاب، خواص اکسیژن جامد را مشخص کنید.
چرا نقطه ذوب فلزات در محدوده بسیار وسیعی متفاوت است؟ برای تهیه پاسخ به این سوال، از ادبیات تکمیلی استفاده کنید.

چرا یک محصول سیلیکونی بر اثر ضربه تکه تکه می شود، در حالی که یک محصول سربی فقط صاف می شود؟ پیوند شیمیایی در کدام یک از این موارد شکسته می شود و در کدام موارد نه؟ چرا؟

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کنید کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و اضافی فرهنگ لغات اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی

تشکیل مولکول‌ها از اتم‌ها منجر به افزایش انرژی می‌شود، زیرا در شرایط عادی حالت مولکولی پایدارتر از حالت اتمی است.

برای بررسی این موضوع باید بدانید:

الکترونگاتیوی توانایی یک اتم برای جابجایی یک جفت الکترون مشترک به سمت خود است. (الکترنگاتیوترین عنصر فلوئور است.)

شبکه کریستالی - آرایش منظم سه بعدی از ذرات.

سه نوع اصلی پیوند شیمیایی وجود دارد: کووالانسی، یونی و فلزی.

اتصال فلزی ویژگی فلزاتی که دارای تعداد کمی الکترون در سطح انرژی بیرونی هستند (1 یا 2، کمتر 3). این الکترون‌ها به راحتی تماس خود را با هسته از دست می‌دهند و آزادانه در سراسر قطعه فلزی حرکت می‌کنند و یک "ابر الکترونی" تشکیل می‌دهند و ارتباطی با یون‌های دارای بار مثبت ایجاد شده پس از حذف الکترون‌ها فراهم می‌کنند. شبکه کریستالی فلزی است. این ویژگی خواص فیزیکی فلزات را تعیین می کند: هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، چکش خواری و شکل پذیری، درخشندگی فلزی.

پیوند کووالانسی به دلیل یک جفت الکترون مشترک از اتم های غیر فلزی تشکیل شده است که هر یک از آنها به پیکربندی پایدار یک اتم یک عنصر بی اثر دست می یابند.

اگر پیوندی توسط اتم هایی با الکترونگاتیوی یکسان ایجاد شود، یعنی اختلاف الکترونگاتیوی دو اتم صفر باشد، جفت الکترون به طور متقارن بین دو اتم قرار می گیرد و پیوند نامیده می شود. کووالانسی غیرقطبی

اگر پیوندی توسط اتم‌هایی با الکترونگاتیوی متفاوت تشکیل شود، و تفاوت الکترونگاتیوی دو اتم در محدوده صفر تا تقریباً دو باشد (اغلب اینها غیرفلزهای متفاوتی هستند)، آنگاه جفت الکترون مشترک به جفت الکترون‌های بیشتر منتقل می‌شود. عنصر الکترونگاتیو یک بار تا حدی منفی روی آن (قطب منفی مولکول) و یک بار تا حدی مثبت روی اتم دیگر (قطب مثبت مولکول) ایجاد می شود. این ارتباط نامیده می شود قطبی کووالانسی

اگر پیوندی توسط اتم‌هایی با الکترونگاتیوی متفاوت تشکیل شود و اختلاف الکترونگاتیوی دو اتم بیشتر از دو باشد (اغلب یک غیرفلز و یک فلز است)، در این صورت اعتقاد بر این است که الکترون به طور کامل به غیر منتقل می‌شود. -اتم فلز در نتیجه این اتم تبدیل به یونی با بار منفی می شود. اتمی که یک الکترون اهدا می کند یک یون با بار مثبت است. پیوند بین یون ها نامیده می شود پیوند یونی

ترکیبات دارای پیوند کووالانسی دارای دو نوع شبکه کریستالی هستند: اتمی و مولکولی.

در یک شبکه کریستالی اتمی، گره ها حاوی اتم هایی هستند که با پیوندهای کووالانسی قوی به هم متصل شده اند. موادی با چنین شبکه کریستالی نقطه ذوب بالایی دارند، قوی و سخت هستند و عملاً در مایعات نامحلول هستند. به عنوان مثال، الماس، بور جامد، سیلیکون، ژرمانیوم و ترکیبات عناصر خاص با کربن و سیلیکون.

در یک شبکه کریستالی مولکولی، گره ها حاوی مولکول هایی هستند که توسط برهمکنش های بین مولکولی ضعیف به هم متصل شده اند.

موادی با چنین شبکه‌ای سختی کم و نقطه ذوب پایینی دارند، نامحلول یا کمی محلول در آب هستند و محلول‌ها عملاً جریان الکتریکی را هدایت نمی‌کنند. به عنوان مثال، یخ، مونوکسید کربن جامد (IV) هالیدهای هیدروژن جامد، جامدات ساده تشکیل شده توسط یک (گازهای نجیب)، دو- (F 2، Cl 2، Br 2، I 2، H 2، O 2، N 2) مولکول های اتمی سه-(O3)، چهار-(P4)، هشت-(S8). اکثر ترکیبات آلی کریستالی دارای یک شبکه مولکولی هستند. ترکیبات دارای پیوند یونی دارای یک شبکه کریستالی یونی هستند که در گره های آن یون های دارای بار مثبت و منفی متناوب هستند. مواد با شبکه یونی نسوز و کم فرار،

سختی نسبتا بالایی دارند، اما شکننده هستند. مذاب ها و محلول های آبی نمک ها و قلیاها جریان الکتریکی را هدایت می کنند.

نمونه هایی از وظایف

1. پیوند کووالانسی "عنصر - اکسیژن" در کدام مولکول قطبی ترین است؟

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

قطبیت یک پیوند با تفاوت الکترونگاتیوی بین دو اتم (در این مورد، یک عنصر و اکسیژن) تعیین می شود. گوگرد، نیتروژن و کلر در کنار اکسیژن قرار دارند، بنابراین الکترونگاتیوی آنها کمی متفاوت است. و فقط هیدروژن در فاصله ای از اکسیژن قرار دارد، به این معنی که تفاوت در الکترونگاتیوی زیاد خواهد بود و پیوند قطبی ترین خواهد بود.

پاسخ: 4)

2. پیوندهای هیدروژنی بین مولکول ها تشکیل می شود

1) متانول 2) متانال 3) استیلن 4) متیل فرمات

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

استیلن به هیچ وجه حاوی عناصر بسیار الکترونگاتیو نیست. متانال H 2 CO و متیل فرمت HCOOCH 3 حاوی هیدروژن متصل به یک عنصر به شدت الکترونگاتیو نیستند. هیدروژن موجود در آنها با کربن ترکیب می شود. اما در متانول CH 3 OH، پیوند هیدروژنی می تواند بین اتم هیدروژن یک گروه هیدروکسو و اتم اکسیژن یک مولکول دیگر تشکیل شود.

پاسخ: 1)