Кристаллическая решётка алмаза: какой тип он имеет, химические и физические свойства кристаллов

Важнейшие свойства кристаллов

Основные свойства кристаллов  – анизотропность, однородность, способность к самоогоранению и наличие постоянной температуры плавления определяются их внутренним строением.

Анизотропность

Рис. 1. Пример анизотропности — кристалл минерала дистена. В продольном направлении его твердость  равна 4,5, в поперечном – 6. © Parent Géry

Это свойство называется еще неравносвойственностью. Выражается она в том, что физические свойства кристаллов (твердость, прочность, теплопроводность, электропроводность, скорость распространения света) неодинаковы по разным направлениям.

Частицы, образующие кристаллическую структуру по непараллельным направлениям, отстоят друг от друга на разных расстояниях, вследствие чего и свойства кристаллического вещества по таким направлениям должны быть различными. Характерным примером вещества с ярко выраженной анизотропностью является слюда.

Кристаллические пластинки этого минерала легко расщепляются лишь по плоскостям, параллельным его пластинчастости. В поперечных же направлениях расщепить пластинки слюды значительно труднее.

Анизотропность проявляется и в том, что при воздействии на кристалл какого-либо растворителя скорость химических реакций различна по различным направлениям. В результате каждый кристалл при растворении приобретает свои характерные формы, носящие название фигур вытравливания.

Аморфные вещества характеризуются изотропностью (равносвойственностью) – физические свойства по всем направлениям проявляются одинаково.

Однородность

Выражается в том, что любые элементарные объемы кристаллического вещества, одинаково ориентированные в пространстве, абсолютно одинаковы по всем своим свойствам: имеют один и тот же цвет, массу, твердость и т.д. таким образом, всякий кристалл есть однородное, но в то же время и анизотропное тело.

Однородность присуща не только кристаллическим телам. Твердые аморфные образования также могут быть однородными. Но аморфные тела не могут сами по себе принимать многогранную форму.

Способность к самоогранению

Способность к самоогранению выражается в том, что любой обломок или выточенный из кристалла шарик в соответствующей для его роста среде с течением времени покрывается характерными для данного кристалла гранями. Эта особенность связана с кристаллической структурой. Стеклянный же шарик, например, такой особенностью не обладает.

Кристаллы одного и того же вещества могут отличаться друг от друга своей величиной, числом граней, ребер и формой граней. Это зависит от условий образования кристалла. При неравномерном росте кристаллы получаются сплющенными, вытянутыми и т.д. Неизменными  остаются углы между соответственными гранями растущего кристалла.

Эта особенность кристаллов известна как закон постоянства гранных углов.

При этом величина и форма граней у различных кристаллов одного и того же вещества, расстояние между ними и даже их число могут меняться, но углы между соответствующими гранями во всех кристаллах одного и того же вещества остаются постоянными при одинаковых условиях давления и температуры.

Рис. 2. Кристалл медного купороса неправильной формы при выращивании в домашних условиях приобретает форму призмы, в основании которой лежит ромб.

Закон постоянства гранных углов было установлен в конце XVII века датским ученым Стено (1699) на кристаллах железного блеска и горного хрусталя, впоследствии этот закон был подтвержден М.В. Ломоносовым (1749) и французским ученым Роме де Лиллем (1783). Закон постоянства гранных углов получил название первого закона кристаллографии.

Закон постоянства гранных углов объясняется тем,  что все кристаллы одного вещества тождественны по внутреннему строению, т.е. имеют одну и ту же структуру.

Согласно этому закону кристаллы определенного вещества характеризуются своими определенными углами. Поэтому измерением углов можно доказать принадлежность исследуемого кристалла к тому или иному веществу. На этом основан один из методов диагностики кристаллов.

Для измерения у кристаллов двугранных углов были изобретены специальные приборы – гониометры.

Постоянная температура плавления

Выражается в том, что при нагревании кристаллического тела температура повышается до определенного предела; при дальнейшем же нагревании вещество начинает плавиться, а температура некоторое время остается постоянной, так как все тепло идет на разрушение кристаллической решетки. Температура, при которой начинается плавление, называется температурой плавления.

Аморфные вещества в отличие от кристаллических не имеют четко выраженной температуры плавления.

На кривых охлаждения (или нагревания) кристаллических и аморфных веществ, можно видеть, что в первом случае имеются два резких перегиба, соответствующие началу и концу кристаллизации; в случае же охлаждения аморфного вещества мы имеем плавную кривую. По этому признаку легко отличить кристаллические вещества от аморфных.

Источник: http://www.geolib.net/crystallography/vazhneyshie-svoystva-kristallov.html

Кристаллические решетки

Вещество может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком, твёрдом. Например, кислород, является газом, но при температуре -194 0С он превращается в голубую жидкость, а при температуре -218,8 0С – затвердевает в снегообразную массу, состоящую из кристаллов синего цвета.

Твёрдые вещества делят на кристаллические и аморфные. Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления, при нагревании размягчаются и переходят в текучее состояние. К аморфным веществам относятся пластмассы, воск, шоколад, пластилин, жевательные резинки.

Кристаллические вещества состоят из частиц, которые имеют четкое расположение в определенных точках пространства. Если соединить эти частицы, то получится своеобразный каркас, который называется кристаллической решеткой.

А точки, где находятся частицы – узлами кристаллической решетки. В узлах кристаллической решетки могут находиться ионы, атомы, молекулы. Эти частицы совершают колебательные движения.

При повышении температуры размах этих колебаний увеличивается, что приводит к тепловому расширению тел.

Кристаллическая решётка

В зависимости от типа частиц в кристаллической решетки и характера связи между ними, различают ионные, атомные, молекулярные и металлические кристаллические решётки.

Ионные кристаллические решётки

Ионными, называются кристаллические решётки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионным типом связи. Это соли, основания, некоторые оксиды.

Например, кристалл хлорида натрия, построен из чередующихся ионов Na+ и Cl-. Они образуют решётку в виде куба.

Связи в этом кристалле очень прочные, поэтому вещества с ионным типом связи имеют высокую твердость и прочность, они нелетучи и тугоплавки.

Атомные кристаллические решётки

Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы. Эти атомы между собой соединены очень прочными ковалентными связями. Атомную кристаллическую решётку имеет алмаз. Ограненный и отшлифованный алмаз называют бриллиантом. Он широко используется в ювелирном деле.

Кроме алмаза атомную кристаллическую решётку имеют и такие простые вещества, как бор, кремний, германий, и сложные: кремнезём, кварц, песок, горный хрусталь, в состав которых входит SiO2. Вещества с атомной кристаллической решеткой имеют высокие температуры плавления, они прочные и твёрдые, практически нерастворимые.

Молекулярные кристаллические решётки

Молекулярная кристаллическая решётка – это кристаллическая решетка, в узлах которой находятся молекулы. Связи у веществ с молекулярной кристаллической решёткой могут быть ковалентными полярными, как в молекулах HCl, H2O, и ковалентными неполярными, как в молекулах O2, O3, N2, H2 и др.

Атомы внутри молекулы связаны прочно, а вот связи между самими молекулами непрочные. Поэтому вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеют малую твердость, низкие температуры плавления и кипения, летучи.

К веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся: лед (вода в твердом агрегатном состоянии), который уже при температуре выше 0 0С переходит в жидкое состояние, его кристаллическая структура разрушается; твердый оксид углерода (IV) – «сухой лед», который возгоняется при увеличении температуры, т.е. превращается в газ, твёрдые хлороводород и сероводород, твёрдые простые вещества. Такие как, одноатомные благородные газы, двухатомные молекулы (O2, N2, H2, Cl2, I2), трёхатомные (O3), четырёхатомные, как Р4, восьмиатомные молекулы, как S8. Молекулярную кристаллическую решетку имеют большинство органических веществ: глюкоза, сахар, нафталин, спирт, лимонная кислота.

Металлические кристаллические решётки

Металлическую кристаллическую решётку имеют вещества с металлическим типом связи. В узлах этой кристаллической решетки находятся ионы металла и свободные электроны. Поэтому вещества с этим типом связи обладают ковкостью, пластичностью, имеют металлический блеск, электро- и теплопроводны.

Для веществ молекулярного строения справедлив закон французского химика Ж. Л. Пруста – закон постоянства состава: молекулярные химические соединения независимо от способа их получения имеют постоянный состав и свойства. Закон Пруста – основной из законов химии, однако он несправедлив для веществ немолекулярного строения.

Источник: https://videouroki.net/video/28-kristallichieskiie-rieshietki.html

Учебная книга по химии

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯПродолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;1–10, 12–15, 16, 17, 18, 19, 20/2003

§ 5.3. Веществов кристаллическом состоянии

В веществе, находящемся в кристаллическом состоянии, частицы расположены в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка представляет собой пространственное периодическое расположение частиц в кристалле. Точки кристаллической решетки, в которых расположены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В зависимости от природы частиц, образующих кристалл, и типа химической связи между ними кристаллы подразделяются на атомные, молекулярные, ионные, металлические.В атомных кристаллах атомы связаны ковалентной неполярной связью. Характерным примером таких веществ является алмаз, в кристаллической решетке которого все наиближайшие межъядерные расстояния и все углы между четырьмя связями атома углерода равны. Тетраэдрический угол между этими связями свидетельствует об sp3-гибридном состоянии валентных электронных орбиталей атома углерода.Модель кристаллической решетки алмаза показана на рис. 5.3, а.

Алмаз – чрезвычайно устойчивая форма углерода, и не известно ни одного случая самопроизвольного перехода при обычных условиях алмаза в графит. Мы говорим о кинетической устойчивости алмаза, т. к. термодинамически более устойчивой формой углерода является графит. При нагревании алмаза без доступа воздуха выше температуры 1200 °С начинается его переход в графит.

Графит – черное, пачкающее бумагу и руки вещество, проводящее электрический ток. Кристаллическая структура графита совсем не похожа на структуру алмаза. Атомы углерода в графите расположены плоскими сетками, причем углы между связями равны 120°.

Это позволяет предположить, что валентные электронные орбитали атома углерода находятся в sp2-гибридном состоянии и каждый атом связан с тремя другими атомами (рис. 5.3, б). Интересно заметить, что связи С–С в графите более прочные, чем связи в алмазе.
В плоскости перекрывания гибридных орбиталей (-связи) электроны прочно закреплены при своих атомах углерода (локализованы).

Однако графит – хороший проводник тока. (Перечислите бытовые и промышленные изделия, где используется графит как проводник тока.

)
Электропроводность графита наилучшим образом объясняется тем, что негибридная р-орбиталь атома углерода, располагающаяся перпендикулярно плоскости перекрывания sp2-гибридных орбиталей, перекрывается своими боковыми областями с тремя подобными орбиталями трех соседних атомов. Таким образом, выше и ниже этой плоскости находятся единые для всех атомов углерода зоны -перекрывания.

В этом общем электронном облаке электроны уже не относятся к какому-либо определенному атому углерода, а принадлежат всем атомам, находящимся на плоскости. Графит проводит электрический ток по слою атомов, но не между слоями. Это прекрасный пример анизотропии кристалла!
В графите слои атомов легко скользят относительно друг друга.

Когда вы пишете графитовым карандашом по бумаге, на ней остаются сместившиеся и прилипшие к бумаге слои атомов. В то же время графит не рассыпается на слои атомов, это свидетельствует о том, что они взаимодействуют между собой. Связи между плоскостями (слоями) очень слабы, их длина почти в 2,5 раза больше, чем межъядерное расстояние С–С в плоскости.

За эти связи ответственны силы Ван-дер-Ваальса.
Графит и алмаз – это различные кристаллические формы, построенные из одинаковых атомов. Явление изменения кристаллической структуры одного и того же вещества при изменении внешних условий называется полиморфизмом, а сами эти вещества с различной кристаллической структурой называются полиморфными модификациями. Алмаз и графит – полиморфные модификации углерода. Полиморфизм относится только к кристаллическим веществам.

Молекулярная кристаллическая решетка построена из молекул вещества. Обычно такие вещества имеют низкие температуры плавления и кипения, что говорит о слабой связи частиц между собой.

К такого типа веществам относятся, например, твердые водород Н2, азот N2, кислород О2, галогены (фтор, хлор, бром, йод), углекислый газ СО2 («сухой лед»), все благородные элементы VIII группы (неон, аргон и др.) и многие органические вещества.
На рис. 5.4 показан фрагмент кристаллической решетки йода, в узлах которой находятся молекулы I2.

Атомы йода в молекуле связаны довольно прочной ковалентной -связью, а молекулы между собой – слабыми силами Ван-дер-Ваальса. В связи с этим при незначительном нагревании йод, не плавясь, переходит из кристаллического состояния в газообразно

Среди кристаллов с молекулярной структурой особое место занимает кристаллическая вода – лед. Во льду молекулы воды связаны между собой водородными связями.

Ионные кристаллические решетки построены из противоположно заряженных ионов. На рис. 5.5 изображен фрагмент кристаллической решетки хлорида натрия NaCl.

Благодаря сильному электростатическому взаимодействию ионов наряду с химической связью между ними ионные кристаллы отличаются высокой температурой плавления.

Список новых и забытых понятий и слов

О.С.ЗАЙЦЕВ

Печатается с продолжением

Источник: http://him.1september.ru/article.php?ID=200302102

Физические типы кристаллов

Твердыми телами называются тела, которые обладают постоянством формы и объема. Различают кристаллические и аморфные твердые тела. Подавляющее большинство твердых тел в природе имеет кристаллическое строение (например, почти все минералы, металлы).

Рассмотрим отличительные особенности кристаллического состояния.

1. Самой характерной чертой кристаллических веществ является свойство анизотропии. Она заключается в зависимости ряда физических свойств (например, механических, тепловых, электрических, оптических) от направления.

Тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям, называются изотропными. Газы, почти все жидкости и аморфные тела изотропны.

Аморфные тела ведут себя как жидкости, но только потерявшие свойство текучести, или обладающие чрезвычайно высокой вязкостью. Некоторые вещества могут находиться и в кристаллическом, и в аморфном состоянии.

Например, сера, которая в кристаллическом состоянии имеет минимальную энергию, поэтому кристаллическое состояние у серы устойчиво, а аморфное – нет.

Существует большая группа веществ, которые аморфными не являются, но обладают свойством изотропии. Это поликристаллические вещества. К ним относятся все металлы. Поликристалл состоит из плотно расположенных кристалликов. Изотропия объясняется беспорядком в расположении этих кристалликов.

Большие одиночные кристаллы, которые получают из расплава или раствора, называются монокристаллами.

2. Второй характерный признак, отличающий кристаллы от аморфных тел, – это поведение при расплавлении. Пусть тело равномерно нагревается и количество подводимого тепла постоянно. Тогда графически поведениебудет выглядеть следующим образом (9.15).

3. Кристаллические тела имеют правильную геометрическую форму. А аморфные нет. Если же форма кристалла нарушена условиями роста и механической обработки, то принадлежность образца к кристаллам может быть определена по следующим особенностям: 1) поверхность скола есть плоскость; 2) постоянство углов между плоскостями скола.

Кристаллическое состояние – это предмет изучения современной физики. В основе теории твердого тела лежит модель бесконечного совершенного монокристалла.

Закономерное расположение частиц в кристалле соблюдается на сотнях тысяч или миллионах межчастичных расстояний.

Поэтому говорят о существовании в кристаллах «дальнего порядка» расположения частиц в отличие от ближнего порядка в жидкостях и аморфных телах.

Вследствие правильного расположения атомов кристалл обладает свойствами симметрии.

Симметрия кристаллической решетки – ее свойство совмещаться с собой при некоторых пространственных перемещениях, например параллельных переносах, поворотах, отражениях или их комбинациях и т. д. Например, правильный шестиугольник.

Применительно к кристаллам имеются операции симметрии: поворот вокруг оси; зеркальное отображение в плоскости; зеркальное отображение в точке; зеркальное отражение в плоскости с последующим поворотом вокруг оси.

Идеальный монокристалл можно представить себе как периодическую структуру, называемую кристаллической решеткой. С геометрической точки зрения такую структуру можно получить с помощью операции параллельного переноса, которая называется трансляцией. Она описывается вектором:

При перемещении кристалла вдоль трех направлений на отрезки a, b, c параллельно самому себе, будет воспроизводиться конфигурация частиц, образующих кристалл. Всякая пространственная решетка может быть составлена повторением в трех различных направлениях одного и того же структурного элемента –элементарной ячейки.

Для описания элементарных ячеек пользуются кристаллографическими осями координат, которые проводят параллельно ребрам элементарной ячейки, а начало координат выбирают в левом углу передней грани элементарной ячейки.

Элементарная кристаллическая ячейка представляет собой параллелепипед, построенный на ребрах а, b, с с углами a, b и g между ребрами.

Величины а, b, с и a, b и g называютсяпараметрами элементарной ячейки.

В зависимости от рода частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера сил взаимодействия (притяжения) между ними кристаллы разделяются на четыре типа: ионные, атомные, молекулярные, металлические. Силы отталкивания обусловлены деформациями электронных оболочек ионов, атомов, молекул, то есть имеют единую природу для всех типов кристаллов.

1. Ионными называют кристаллы, в узлах которых находятся ионы чередующихся знаков. Силы притяжения обусловлены электростатическим притяжением зарядов.

Связь, обусловленная кулоновскими силами притяжения между разноименными заряженными ионами называется ионной (или гетерополярной).

В ионной решетке нельзя выделить отдельные молекулы: кристалл представляет собой как бы одну гигантскую молекулу. Примерами ионных кристаллов являются такие соединения как NaCl, CsCl, MgO, CaO .

2. Атомными называют такие кристаллы, в узлах кристаллической решетки которых расположены атомы. Силы притяжения обусловлены существующими между атомами ковалентными связями (или гомеополярными).

Эти связи имеют квантово-механическое происхождение (когда два электрона принадлежат двум атомам и они неразличимы).

Примеры ковалентных кристаллов – алмаз и графит (два различных состояния углерода), кремний, германий, некоторые неорганические соединения (ZnS, BeO и др.)

3. Молекулярные кристаллы – в узлах кристаллической решетки расположены нейтральные молекулы. Силы притяжения в них обусловлены силами Ван-дер-Ваальса, то есть незначительным смещением электронов в электронных оболочках атомов.

Примеры молекулярных кристаллов – кристаллы инертных газов (Ne, Ar, Kr, Xe), лед, сухой лед СО2, а также газы О2, N2 в твердом состоянии. Ван-дер-ваальсовы силы довольно слабые, поэтому молекулярные кристаллы легко деформируются и разрушаются.

4. Решетки металлов – в узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла, то есть элементы, потерявшие 2 или 3 электрона.

Эти электроны находятся в движении и образуют своего рода идеальный газ электронов, которые удерживаются в электростатическом поле, создаваемом решеткой положительно заряженных ионов металлов. Это т.н. электроны проводимости.

Они обусловливают электропроводность металлов. Кроме того, по структуре металлы являются поликристаллическими, этим объясняется шероховатая поверхность скола.

Кроме вышеуказанных типов связей между частицами в кристаллах возможны смешанные связи. Различные комбинации взаимодействий создают многообразие в строении кристаллов.

В различных плоскостях, которые можно провести в кристалле, расстояния между частицами окажутся различными. Так как силы, действующие между частицами, зависят от расстояния, то разнообразные физические свойства кристаллов зависят от направления, то есть кристалл является анизотропным.

Дата добавления: 2016-12-09; просмотров: 1120;

Источник: https://poznayka.org/s74310t1.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Кристаллическая решетка типа алмаза, которой обладают германий и кремний, представлена на рис. 1 а.  [1]

Система железо — кремний ( фиг 8) Кремнии обладаеткристаллической решеткой типа алмаза. Незначительная температурная зависимость растворимости обусловливает малую склонность этих сплавов к дисперсионному твердению.  [2]

Полупроводниковыми свойствами обладает только модификация серого олова a — Sn скристаллической решеткой типа алмаза. Скорость перехода обычного белого олова ( З — Sn в серое увеличивается с повышением его чистоты, особенно в интервале температур ( — 10) — — ( — 30) С. Ширина запрещенной зоны серого олова равна примерно 0 082 эв.  [3]

Подобная тенденция прослеживается и в изоэлектронном ряду кремния: у самого кремниякристаллическая решетка типа алмаза, у А1Р — кубическая ( сфалерит), а уже у MgS и, тем более, у NaCl реализуется ионная решетка с к. Различие между структурами вертикальных изоэлектронных аналогов ВеО и MgS определяется большей ионностью связи в последнем.  [4]

Изменение свойств полупроводников под действием примесей удобно рассмотреть на примере германия, имеющегокристаллическую решетку типа алмаза. Энергетические зоны германия аналогичны зонам алмаза, только имеют другую ширину.  [5]

Олово существует в двух полиморфных модификациях, причем низкотемпературная ( o — Sn — серое олово) обладаеткристаллической решеткой типа алмаза и полупроводниковыми свойствами, а высокотемпературная ( fi — Sn — белое олово), хотя и представляет собой металл по физическим свойствам, тем не менее кристаллизуется в малохарактерной для металлов тетрагональной структуре. С хими-ческой точки зрения, олово ближе примыкает к германию, чем к свинцу, но металлический характер этого элемента выражен более ярко, чем у германия. Единственным типичным металлом в этой подгруппе является свинец. В своих соединениях он выступает в основном в качестве катионообразователя.  [6]

Олово существует в двух полиморфных модификациях, причем низкотемпературная ( a — Sn — серое олово) обладаеткристаллической решеткой типа алмаза и полупроводниковыми свойствами, а высокотемпературная ( fi — Sn — белое олово), хотя и представляет собой металл по физическим свойствам, тем не менее кристаллизуется в малохарактерной для металлов тетрагональной структуре. С химической точки зрения олово ближе примыкает к германию, чем к свинцу, но металлический характер этого элемента выражен более ярко, чем у германия. Единственным типичным металлом в этой подгруппе является свинец. В своих соединениях он выступает в основном в качестве катионообразователя.  [7]

Они имеюткристаллическую решетку типа алмаза.  [8]

Полупроводники образуют сложные кристаллы. Германий и кремний имеюткристаллическую решетку типа алмаза. Координационное число здесь равно четырем. Селен и теллур имеют гексагональные решетки; бор может существовать в виде нескольких кристаллических модификаций.  [9]

Ряд неорганических соединений: оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды и др. — обладают полупроводниковыми свойствами. Большинство таких соединений обладаеткристаллической решеткой типа алмаза или сфалерита ( ZnS), но возможны и другие кристаллические структуры.  [11]

Схема зонной плавки.  [12]

Ряд неорганических соединений: оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды и др. — обладают полупроводниковыми свойствами. Большинство таких соединений обладаюткристаллической решеткой типа алмаза или сфалерита ( ZnS), но возможны и другие кристаллические структуры.  [13]

Германий и кремний обладают валентностью четыре и поэтому химические связи у них могут образовывать четыре электрона. Атомы этих полупроводников группируются вкристаллическую решетку типа алмаза, часть которой представлена в двух измерениях на рис. 8 — 2, а.

Каждый из внешних валентных электронов связан ковалентной связью с четырьмя соседними атомами германия. Такого рода ковалент-ная связь является одной из наиболее прочных химических связей и представляет собой очень устойчивое соединение.

Для данного случая проводимость может иметь место только при разрыве ковалентных связей; это эквивалентно такому возбуждению электрона, при котором он переходит из валентной зоны в проводящую.  [15]

Страницы:      1    2    3

Источник: http://www.ngpedia.ru/id401885p1.html

Типы кристаллических решеток. Свойства кристаллов: анизотропия, полиморфизм, монокристаллы и поликристаллы

Типы кристаллических решеток

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

Кристаллические решётки: ионные, ковалентные,  металлические, молекулярные.

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 образовании ионных кристаллов многих солей участвуют одноатомные катионы металлов и многоатомные анионы, например, нитрат-ион NO3−, сульфат-ион SO42−, карбонат-ион CO32−.

В ионном кристалле невозможно выделить одиночные молекулы. Каждый катион притягивается к каждому аниону и отталкивается от других катионов. Весь кристалл можно считать огромной молекулой. Размеры такой молекулы не ограничены, поскольку она может расти, присоединяя новые катионы и анионы.

Большинство ионных соединений кристаллизуется по одному из структурных типов, которые отличаются друг от друга значением координационного числа, то есть числом соседей вокруг данного иона (4, 6 или 8).

Для ионных соединений с равным числом катионов и анионов известно четыре основных типа кристаллических решеток: хлорида натрия (координационное число обоих ионов равно 6), хлорида цезия (координационное число обоих ионов равно 8), сфалерита и вюрцита (оба структурных типа характеризуются координационном числом катиона и аниона, равным 4). Если число катионов вдвое меньше числа анионов, то координационное число катионов должно быть вдвое больше координационного числа анионов. В этом случае реализуются структурные типы флюорита (координационные числа 8 и 4), рутила (координационные числа 6 и 3), кристобалита (координационные числа 4 и 2).

Обычно ионные кристаллы твердые, но хрупкие. Их хрупкость обусловлена тем, что даже при небольшой деформации кристалла катионы и анионы смещаются таким образом, что силы отталкивания между одноименными ионами начинают преобладать над силами притяжения между катионами и анионами, и кристалл разрушается.

Ионные кристаллы отличаются высокими температурами плавления. В расплавленном состоянии вещества, образующие ионные кристаллы, электропроводны. При растворении в воде эти вещества диссоциируют на катионы и анионы, и образующиеся растворы проводят электрический ток.

Высокая растворимость в полярных растворителях, сопровождающаяся электролитической диссоциацией обусловлена тем, что в среде растворителя с высокой диэлектрической проницаемостью ε уменьшается энергия притяжения между ионами.

Диэлектрическая проницаемость воды в 82 раза выше, чем вакуума (условно существующего в ионном кристалле), во столько же раз уменьшается притяжение между ионами в водном растворе. Эффект усиливается за счет сольватации   ионов. 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.

Так же как и ионные, атомные кристаллы можно считать гигантскими молекулами. Они очень прочные и твердые, плохо проводят теплоту и электричество. Вещества, имеющие атомные кристаллические решетки, плавятся при высоких температурах. Они практически нерастворимы в каких-либо растворителях. Для них характерна низкая реакционная способность.

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.

Вещества, образующие молекулярные кристаллические решетки, не обладают электрической проводимостью, их растворы и расплавы также не проводят электрический ток.

Межмолекулярные силы возникают за счет электростатического взаимодействия отрицательно заряженных электронов одной молекулы с положительно заряженными ядрами соседних молекул.

На силу межмолекулярного взаимодействия влияет много факторов. Важнейшими среди них является наличие полярных связей, то есть смещения электронной плотности от одних атомов к другим.

Кроме того, межмолекулярное взаимодействие проявляется сильнее между молекулами с большим числом электронов.

Большинство неметаллов в виде простых веществ (например, иод I2, аргон Ar, сера S8) и соединений друг с другом (например, вода, диоксид углерода, хлороводород), а также практически все твердые органические вещества образуют молекулярные кристаллы.

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.

Металлические кристаллы обладают высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, металлическим блеском и непрозрачностью, легкой деформируемостью.

Классификация кристаллических решеток отвечает предельным случаям. Большинство кристаллов неорганических веществ  принадлежит к промежуточным типам — ковалентно-ионным, молекулярно-ковалентным и т.д. Например, в кристалле графита внутри каждого слоя связи ковалентно-металлические, а между слоями — межмолекулярные.

Анизотропия

Анизотропия свойств ,кристаллов вызвана анизотропией их пространственной решетки. Это значит, что разные грани, ребра, вершины кристалла имеют различные свойства: по-разному блестят, твердость кристалла на них различна, нередко они имеют иную окраску и т. д.

Анизотропия свойств выражается в том, что по непараллельным направлениям свойства на одной и той же грани различны. Например, грани кристаллов алмаза царапаются в разных направлениях по-разному – это учитывается при шлифовке бриллиантов.

Анизотропно проявляются в объеме кристалла все физические свойства: оптические, электрические, теплофизические свойства, твердость и др.

Монокристаллы и поликристаллы

Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Монокристаллом называют одиночный кристалл, имеющий макроскопическую упорядоченную кристаллическую решётку. Монокристаллы обычно обладают геометрически правильной внешней формой, но этот признак не является обязательным.

Большинство встречающихся в природе и получаемых в технике твердых тел представляют собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов — кристаллитов. Такие тела называются поликристаллами. В отличие от монокристаллов поликристаллы изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях.

Полиморфизм

Многие вещества в кристаллическом состоянии могут существовать в двух или более фазовых разновидностях (модификациях), отличающихся физическими свойствами. Это явление называется полиморфизмом. Каждая модификация устойчива в определенном интервале температур и давлений.

Упорядоченное расположение атомов или молекул в кристалле определяется действием сил межатомного или межмолекулярного взаимодействия. Тепловое движение атомов и молекул нарушает эту упорядоченную структуру. При каждом сочетании давления и температуры реализуется тот тип укладки частиц, который в данных случаях наиболее устойчив и энергетически выгоден, т. е. то или иное фазовое состояние.

Превращения кристаллов одного и того же вещества с различным типом решетки друг с другом происходят в соответствии с фазовыми переходами типа плавления и испарения.

Каждому давлению соответствует определённая температура, при которой оба типа кристаллов сосуществуют. При изменении этих условий происходит фазовый переход. Хорошим примером данного явления является углерод.

В природе встречаются три аллотропические модификации углерода: алмаз, графит и карбин.

Алмаз кристаллическое вещество с атомной кристаллической решеткой. Каждый атом в кристалле алмаза связан атомами. Это обусловливает исключительную твердость алмаза.

Алмаз широко применяют для обработки особо твердых материалов: для резки стекла, при буровых работах, для вытягивания проволоки и др. Алмаз практически не проводит электрический ток, плохо проводит тепло.

Прозрачные образцы алмаза сильно преломляют лучи света и при огранке красиво блестят, из таких алмазов делают украшения (бриллианты).

Графит непрозрачен, серого цвета, обладает металлическим блеском. В кристаллической решетке графита атомы углерода расположены слоями, состоящими из шестичленных колец. В них каждый атом углерода связан прочными ковалентными связями с тремя соседними атомами.

За счет четвертого валентного электрона каждого слоя возникает металлическая связь. Этим объясняется металлический блеск и довольно хорошая электрическая проводимость и теплопроводность графита.

Из графита изготовляют электроды для электрохимических и электрометаллургических процессов.

Между слоями в графите действуют межмолекулярные силы. Поэтому графит легко расслаивается на чешуйки. При слабом трении графита о бумагу на ней остается серый след (“графит” от латинского “пишущий”). Графит применяют для изготовления грифелей карандашей, в технике в качестве смазочного материала.

Графит тугоплавок, химически весьма устойчив. Из смеси графита с глиной изготовляют, огнеупорные тигли для выплавки металлов в металлургии. Графит применяют как материал для труб теплообменников в химической промышленности. В ядерных реакторах его используют в качестве замедлителя нейтронов.

Карбин стал известен сравнительно недавно. Он был получен советскими учеными, а уже позднее обнаружен в природе. Это черный порошок. Кристаллическая решетка построена из линейных углеродных цепочек. По электрической проводимости карбин занимает промежуточное положение между алмазом (диэлектрик) и графитом (проводник): карбин — полупроводник.

Аллотропические модификации углерода взаимопревращаемы. При нагревании алмаз постепенно переходит в графит. Для превращения графита в алмаз требуются очень высокое давление (порядка МО» Па) и высокая температура (1500-3000 °С). В настоящее время искусственное получение алмазов из графита проводится в производственных масштабах.

Источник: https://students-library.com/library/read/84342-tipy-kristalliceskih-resetok-svojstva-kristallov-anizotropia-polimorfizm-monokristally-i-polikristally

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

Главная / Теория для подготовки к ЕГЭ / 1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

Для большинства веществ характерна способность в зависимости от условий находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном.

Например, вода при нормальном давлении в интервале температур 0-100oC является жидкостью, при температуре выше 100оС способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0оС представляет собой твердое вещество.
Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.

https://www.youtube.com/watch?v=nqlgFtS9Vnw

Характерными признаками аморфных веществ является отсутствие четкой температуры плавления: их текучесть плавно увеличивается с ростом температуры. К аморфным веществам относятся такие соединения, как воск, парафин, большинство пластмасс, стекло и т.д.

Все же кристаллические вещества обладают конкретной температурой плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из твердого состоянии в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной температуры. В качестве примера кристаллических веществ можно привести поваренную соль, сахар, лед.

Разница в физических свойствах аморфных и кристаллических твердых веществ обусловлена прежде всего особенностями строения таких веществ. В чем заключается разница между веществом в аморфном и кристаллическом состоянии, проще всего понять из следующей иллюстрации:

Как можно заметить, в аморфном веществе, в отличие от кристаллического, отсутствует какой-либо порядок в расположении частиц. Если же в кристаллическом веществе мысленно соединить прямой два близкорасположенных друг к другу атома, то можно обнаружить, что на этой линии на строго определенных промежутках будут лежать одни и те же частицы:

Таким образом, в случае кристаллических веществах можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решетка.

Кристаллической решеткой называют пространственный каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл.

Точки пространства, в которых находятся образующие кристалл частицы, называют узлами кристаллической решетки.

В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают: молекулярную, атомную, ионную и металлическую кристаллические решетки.

В узлах молекулярной кристаллической решетки

Кристаллическая решетка льда как пример молекулярной решетки

находятся молекулы, внутри которых атомы связаны прочными ковалентными связями, однако сами молекулы удерживаются друг возле друга слабыми межмолекулярными силами. Вследствие таких слабых межмолекулярных взаимодействий кристаллы с молекулярной решеткой являются непрочными.

Такие вещества от веществ с иными типами строения отличаются существенно более низкими температурами плавления и кипения, не проводят электрический ток, могут как растворяться, так и не растворяться в различных растворителях. Растворы таких соединений могут как проводить, так и не проводить электрический ток в зависимости от класса соединения.

К соединениям с молекулярной кристаллической решеткой относятся многие простые вещества — неметаллы (отвержденные H2, O2, Cl2, ромбическая сера S8, белый фосфор P4), а также многие сложные вещества – водородные соединения неметаллов, кислоты, оксиды неметаллов, большинство органических веществ.

Следует отметить, что, если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, говорить о молекулярной кристаллической решетке неуместно: корректнее использовать термин — молекулярный тип строения.

Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решетки

В узлах атомной кристаллической решетки

находятся атомы. При этом все узлы такой кристаллической решетки «сшиты» между собой посредством прочных ковалентных связей в единый кристалл. Фактически, такой кристалл является одной гигантской молекулой.

Вследствие особенностей строения все вещества с атомной кристаллической решеткой являются твердыми, обладают высокими температурами плавления, химически мало активны, не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, а их расплавы не проводят электрический ток.

Следует запомнить, что к веществам с атомным типом строения из простых веществ относятся бор B, углерод C (алмаз и графит), кремний Si, из сложных веществ — диоксид кремния SiO2 (кварц), карбид кремния SiC, нитрид бора BN.

У веществ с ионной кристаллической решеткой

в узлах решетки находятся ионы, связанные друг с другом посредством ионных связей. Поскольку ионные связи достаточно прочны, вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего они растворимы в воде, а их растворы, как и расплавы проводят электрический ток.

К веществам с ионным типом кристаллической решетки относятся соли металлов и аммония (NH4+), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/tipy-kristallicheskih-reshetok

Что такое алмаз — виды, химические и физические свойства

1001student.ru > Химия > Что такое алмаз — виды, химические и физические свойства

Вопрос о том, что такое алмаз, подчас откровенно вводит людей в заблуждение, заставляя их воображение представлять волшебную игру солнечных бликов на его гранях.

Этот кристалл, побывавший в руках профессионального ювелира, изначально не столь прекрасен.

Встретив на своем пути безликий минерал, мало кто поверит, что это будущая драгоценность.

Что такое алмаз и как он выглядит

На самом деле, алмаз – природный минерал, возникший в процессе уплотнения углерода на огромной глубине при условиях большой температуры и сильного давления.

Имеет прозрачную, плотную и прочную структуру, позволяющую существовать ему неограниченное количество времени. Также обладает высокой проводимостью тепла по сравнению с другими веществами, встречающимися в природе.

Внешне необработанный материал имеет совершенно непривлекательный вид с шероховатой поверхностью, разнообразными вкраплениями и тусклым цветом из-за прикипевших к нему инородных частиц. Обычно представляется в форме двенадцатигранника, восьмигранника и куба.

Происхождение алмаза

Людям об алмазе известно уже не одно тысячелетие. Первые данные о «волшебном» камне упоминаются в индийских скрижалях, где говорится о небесном даре, включающем в себя пять природных начал. Люди собирали и обрабатывали его, украшая им божественные статуи и приписывая им мистические свойства.

Никто, естественно, не задумывался, что именно благодаря многотонному давлению скальных пород с кипящей лавой внутри, с непомерной температурой, создаются условия для его возникновения, с магмой, транспортирующейся на поверхность.

Иными словами, такая углеродная порода зарождается только в магматических горных местах, кимберлитовых трубках — вулканах. Иногда, при разрушении скальных пород, его россыпи встречаются на морских и речных берегах.

Именно благодаря появившимся в старину любознательным умельцам, минерал, путем проб и ошибок, был представлен свету во всей своей красе.

Первым таким драгоценным камнем, который появился в свете около 60 г. до нашей эры в Индии, стал 800 каратный самородок «Кохинор», известный любимчик всех королей мира.

Первоначально это был неогранённый желтый алмаз, который стал чисто белым, после приобретения новой огранки в более позднее время.

Позже, в начале 18 века, первым большим зарождением углеродного минерала стало место в Бразилии, ныне городе Диамантино.

Но по историческим данным, все первые углеродные находки, среди аллювиальных отложений, приводят в Индию, из которой вышли в свет самые известные и крупные драгоценности мира.

Виды алмазов

При оценке кристалла особое внимание уделяется не только весу, но и качеству, наличию или отсутствию дефектов. В связи с полученными данными разделяют два вида: ювелирный и технический (непригодный для ювелирных изделий).

После обработки также делят на виды, зависящие от огранки: грушевидные, овальные, круглые, каплевидные, прямоугольные и так далее. Ограненные алмазы называются бриллиантами.

Существует деление бриллиантов и по цвету. Всем конечно привычнее думать, что единственный цвет чисто белый и прозрачный, но на самом деле ему присущи и другие оттенки, зависящие от места и условия происхождения.

Так, кроме белого, известны дымчатые, коричневые, бледно-желтые, и самые редкие цвета – красный алмаз, розовый алмаз, синий и голубой, ярко-желтый, зеленый и черный. Такой бриллиант именуют фантазийным.

Что такое искусственный алмаз

Бытует неверное мнение, что искусственный алмаз – качественная подделка под натуральный, природный камень.

На самом деле, искусственный материал ничем не уступает по своим качествам природному, а даже превышает по идеальной красоте граней, хоть и выращен в других условиях, с соблюдением всех правил.

Лабораторный и природный кристаллы выглядят одинаково невзрачно, пока их не предадут обработке.

Еще в конце XVIII столетия опытным методом, при сжигании минерала, было обнаружено, что он состоит из углерода. Для ученых это послужило началом дальнейших продолжительных опытов по созданию данной породы в лабораторных условиях, но эксперименты были безуспешными из-за отсутствия необходимого оборудования.

Лишь в XX веке была полностью изучена кристаллическая решетка и ученым удалось синтезировать камень, соблюдая температуру и силу давления, но для затравки которого все же требовался натуральный кристалл.

Работа над выращиванием кристаллов продолжалась и продолжается с большим энтузиазмом. Знания ученых и технологии с каждым днем становятся все более совершенными, что позволяет искусственному алмазу становиться по своей кристаллической решетке и свойствам все больше схожим с природной драгоценностью.

Физико-механические свойства алмаза

Алмаз классифицируется как самородный элемент и имеет простейшую химическую формулу C (углерод) и свою кристаллическую решетку, состоящую из ковалентной связи между атомами углерода, что позволило занять по твердости 10 место в шкале Мооса.

Ковалентная связь самая прочная, что делает его крепким, но строение вещества иногда может допускать еще металлическую, ионную и водородную связи. Связь имеет два подвида – пи-связь и сигма-связь, из которых первый подвид менее прочный.

Ковалентные сигма-связи, соединяющие атомы и расположенные по одному в каждой грани кристаллической решетки, обеспечивают одинаковое между ними расстояние, делая упаковку и структуру более плотной. Благодаря этому обеспечивается твердость алмаза, а в его характеристике присутствует свойство отличного диэлектрика, низкой электропроводности.

К дополнительным характеристикам углеродной породы относятся:

  • люминесценция;
  • низкая сжимаемость при всестороннем внешнем давлении;
  • хрупкость, бриллиант чувствителен к резким ударам;
  • плотность неравномерная, способствует расколу по граням;
  • прозрачность;
  • чувствительность к рентгеновским лучам, нарушающим твердость структуры, придающим способность светиться в синей и зеленой спектральной части;

Свойственная температура плавления для алмазов:

  • плавится в температуре по Цельсию от 3700 до 4000;
  • при смеси газов в воздухе, от 850 до 1000 градусов сгорает;
  • превращаясь на кислороде в углекислый газ, бриллиант горит синим пламенем от 700 до 800 градусов.

Добытый в природе минерал бывает кристаллической формы, с гранями, расколотый, с углублениями и наростами.

Огранка алмазов

Единственным отличием алмаза от бриллианта является огранка, которая придает природному камню благородный и волшебный вид. Верным считается, что чем идеальной подобрана форма и нанесено больше граней, тем ярче сияет и преломляет лучи.

Существует 8 основных видов огранок:

  • «Принцесса» – квадратная форма и острые углы;
  • «Круглый»;
  • «Маркиза» — аристократичный, в форме лодочки;
  • «Груша» — каплевидная форма;
  • «Овал»;
  • «Сердце»;
  • «Изумруд» — прямоугольная и восьмиугольная форма;
  • «Ашер» — квадратная форма, но с большим количеством ступенек, чем «Изумруд».

Процесс перехода алмаза в бриллиант очень долог и требует особого мастерства:

  1. Для начала делают осмотр самого кристалла на наличие дефектов, при обнаружении которых его раскалывают для их удаления.
  2. Следующим этапом служит обдирка, где придаются грани и углы.
  3. Шлифовка на полировальном круге, на который насыпается алмазный порошок, позволяющий довести камень до идеального состояния.
  4. На финальном этапе происходит полировка, которая придает уже бриллианту лоск.

Полезно знать: главным в создании бриллианта служат правильно наложенные грани. Если не учитывать преломление, игру света, то бриллиант будет смотреться тускло, а такие камни считаются браком.

Существуют данные о том, что месторождение алмазов в России было обнаружено в XVIII веке на территории Якутии и Сибири. До 1917 года было найдено всего около 300 камней, но попытки на этом не прекращались. На время Великой Отечественной войны разработка минеральных залежей была приостановлена и продолжилась только после ее завершения.

Геологическая экспедиция, посланная в Якутию в 1949 году, обнаружила самое крупное месторождение кристалла.

На этом месте, названном Мирным, среди тайги, постепенно вырос город, чье население задействовано в добыче руды.

Карьер, в котором его добывают, считается самым глубоким в мире. Глубина карьера составляет около 530 метров, а внутренняя серпантинная дорога достигает 8 километров.

Предприятия России, по сравнению с конкурентами в этом деле, добывают около 97% качественного алмазного сырья.

Где и как добываются алмазы в настоящее время

До развития индустрии алмазы добывались во всех странах только старательными способами. Сейчас в России, Анголе, Канаде, Ботсване, ЮАР и других странах, промышляющих добычей руды, извлечение минерала во многом технически облегчено.

Добыча в основном происходит на местах так называемых древних кратонов, на которых находятся лампроитовые и кимберлитовые трубки, и иногда в кровлевых породах.

Страны лидеры по добыче алмазов Ведущие экспортеры алмазов
1 место Россия 1 Евросоюз
2 место Ботсвана 2 Объединенные Арабские Эмираты
3 место Канада 3 Ботсвана
4 место Ангола 4 Россия
5 место Южно-Африканская республика 5 Израиль
6 Индия

Самыми крупными залежами в России на данный момент является Якутск и Архангельская область. Недавно были открыты в Пермском крае еще небольшие залежи минерала.

По процентному соотношению и качеству добытых минеральных камней Россия остается лидирующей страной.

Области применения алмазов

Бриллиант исполняет не только свою декоративную функцию, как украшение, но и имеет свое практическое применение. Благодаря ученым и появившимся технологиям из забракованных минералов научились извлекать выгоду в других сферах жизни.

Так как не весь добываемый материал подходит для огранки под ювелирные украшения, около 50% бракуется, то его используют для производственных и промышленных нужд:

  • из-за способности выдерживать температуру и скачки в напряжении, алмаз используют в телекоммуникации;
  • применяют в изготовлении медицинских приборов и инструментов (скальпелей, имплантат);
  • Almaz добавляют в буровое долото;
  • со свойством низкой теплопроводности его используют в производстве электроники.

По своей популярности бриллиант находится на первом месте среди других драгоценностей, но это не только благодаря привнесенной ювелирами в него красотой, а большей частью за то, что его необычайные природные качества очень высоко ценятся. Скорее всего, этот кристалл никогда не уступит свое первенство и навсегда останется таинственной и красивой загадкой.

Источник: https://1001student.ru/himiya/almaz-chto-takoe.html

Типы кристаллических решёток — урок. Химия, 8–9 класс

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  и хлора , а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия   и сложные сульфат-ионы .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  и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния((IV)) .

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  (), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами ().

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).

Кристаллическая решётка углекислого газа

«Сухой лёд»

Кристаллики иода

Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.

Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.

У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки.

Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные.

Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.

Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления ,  и  составляют соответственно (995) °С, (–83) °С,  (–220) °С.

Источники:

Габриелян О. С. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013. — 133 с.  

Источник: http://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/stroenie-veshchestva-18844/kristallicheskie-reshetki-61860/re-a6ccb0b0-4b1a-4645-897f-e8a126bdc853

Типы кристаллических решёток; таблица, показывающая отличия кристаллических решёток графита, йода и натрия

Главная > Химия > Таблица типов кристаллических решёток: йода, алмаза, графита, натрия

Химия — удивительная наука. Столько невероятного можно обнаружить в, казалось бы, обычных вещах.

Всё материальное, что окружают нас повсюду, существует в нескольких агрегатных состояниях: газы, жидкости и твёрдые тела. Учёные выделили ещё и 4-е — плазму.

При определённой температуре какое-либо вещество может переходить из одного состояние в другое. Например, вода: при нагревании свыше 100, из жидкой формы, превращается в пар.

При температуре ниже 0 переходит в следующее агрегатную структуру — лёд.

Весь материальный мир имеет в своём составе массу одинаковых частиц, которые между собой связаны. Эти мельчайшие элементы строго выстраиваются в пространстве и образуют так называемый пространственный каркас.

Определение

Кристаллическая решётка — особая структура твёрдого вещества, при которой частицы стоят в геометрически строгом порядке в пространстве. В ней можно обнаружить узлы — места, где расположены элементы: атомы, ионы и молекулы и межузловое пространство.

Твёрдые вещества, в зависимости от диапазона высоких и низких температур, являются кристаллическими или аморфными — они характеризуются отсутствием определённой температуры плавления. При воздействии повышенных температур они размягчаются и постепенно переходят в жидкую форму. К такого рода веществам относятся: смола, пластилин.

В связи с этим можно поделить на несколько видов:

  • атомную;
  • ионную;
  • молекулярную;
  • металлическую.

Но при различных температурах одно вещество может иметь различные формы и проявлять многообразные свойства. Это явление называется аллотропной модификацией.

Атомный тип

В этом типе в узлах расположены атомы того или иного вещества, которые связаны ковалентными связями. Этот вид связи образован парой электронов двух соседних атомов. Благодаря этому они связываются равномерно и в строгом порядке.

Вещества с атомной кристаллической решёткой характеризуются следующими свойствами: прочность и большая температура плавления. Такой тип связи представлен у алмаза, кремния и бора.

Ионный тип

Противоположно заряженные ионы находятся на узлах, которые создают электромагнитное поле, характеризующее физические свойства вещества. К таковым будут относиться: электропроводность, тугоплавкость, плотность и твёрдость. Поваренная соль и нитрат калия характеризуются наличием ионной кристаллической решётки.

Молекулярный тип

В узлах такого типа находятся ионы, связанные между собой ван-дер-ваальсовыми силами. Благодаря слабым межмолекулярным связям такие вещества, например, лёд, двуокись углерода и парафин, характеризуются пластичностью, электро- и теплопроводностью.

Металлический тип

В своём строении напоминает молекулярную, но имеет всё же более прочные связи. Отличие данного типа в том, что на её узлах находятся положительно заряженные катионы. Электроны, которые находятся в межузловом пространстве, участвуют в образовании электрического поля. Они ещё носят название электрического газа.

Простые металлы и сплавы, характеризуются металлическим типом решётки. Для них характерно наличие металлического блеска, пластичность, тепло- и электропроводность. Они могут плавиться при различных температурах.

Виды Вещества Свойства
Атомная Алмаз, графит, кремний, бор Твёрдые, тугоплавкие, не растворяются в воде
Молекулярная Йод, сера, белый фосфор, органические вещества Нетвёрдые, легко плавятся, летучие
Ионная Соли, оксиды и гидроксиды тяжёлых металлов Твёрдые, хрупкие, легкоплавкие, электропроводны
Металлическая Металлы и сплавы Блестящие, ковкие, тепло- и электропроводны.

Различные вещества

  • Алмаз. Минерал обладает высокой ценностью и после огранки используется в ювелирных украшениях. Так в чём же заключается секрет популярности этого камня? Атомы углерода составляют основу всей решётки. Между атомами минерала существует прочная ковалентная связь.

    Для кристаллической решётки алмаза характерно плотное содержание атомов в виде куба. Другими словами, узлами считаются атомы углерода, а своеобразными гранями куба являются прочные ковалентные связи. Такой минерал считается самым прочным на планете, и неизвестно, сколько таких своеобразных кубов включает в себя цельный алмаз.

  • Графит.

    Углерод также может быть и в другой кристаллической модификации. Атомная решётка данного элемента включает в себя только атомы углерода, ей присуща слоистая структура. В графите каждый атом связан тремя атомами углерода. Из-за этого он обладает металлическим блеском, высокой теплопроводностью.

  • Кристаллическая решётка йода имеет молекулярный тип. Атомы молекул соединяются ковалентными связями, но молекулы химического элемента имеют слабые силы притяжения. Это характеризует йод тем, что он имеет малую твёрдость, низкую температуру плавления.
  • Натрий. Представитель металлической кристаллической решётки.

    Между катионами, расположенными в узлах решётки, двигаются электроны. Они, присоединяясь к катионам, нейтрализуют их заряд, в свою очередь, нейтральные атомы отпускают часть электронов, преобразуясь в катионы. Такой тип кристаллической решётки наделяет металл пластичностью, электро- и теплопроводностью.

  • Сухой лёд.

    Или оксид углерода в затвердевшем виде. Имеет молекулярную кристаллическую решётку в форме куба. Молекулы удерживаются между собой слабыми связями.

Отзывы и комментарии

Источник: https://obrazovanie.guru/himiya/tablitsa-tipov-kristallicheskih-reshyotok-joda-almaza-grafita-natriya.html

Ссылка на основную публикацию