Зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки кратко

Обновлено: 02.07.2024

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 0-100 o C является жидкостью, при температуре выше 100 о С способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0 о С представляет собой твердое вещество.

Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.

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

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.

Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки

Однако следует отметить, что в веществах с ионным типом строения нередко можно обнаружить, помимо ионных, также ковалентные полярные связи. Это наблюдается в случае сложных ионов, т.е. состоящих из двух или более химических элементов (SO₄ 2- , NH₄ + , PO₄ 3- и т.д.). Внутри таких сложных ионов атомы связаны друг с другом ковалентными связями.

Металлическая кристаллическая решетка

Такие особенности строения приводят к тому, что металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, часто обладают высокой пластичностью (ковкостью).
Разброс значений температур плавления металлов очень велик. Так, например, температура плавления ртути составляет примерно минус 39 о С (жидкая в обычных условиях), а вольфрама — 3422 °C. Следует отметить, что в обычных условиях все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами.

\u0420\u0430\u0437\u043b\u0438\u0447\u0430\u044e\u0442 \u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0435, \u0430\u0442\u043e\u043c\u043d\u044b\u0435 \u0438 \u043c\u043e\u043b\u0435\u043a\u0443\u043b\u044f\u0440\u043d\u044b\u0435, \u0438 \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0435 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0435 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438. \u0418\u0445 \u0441\u0442\u0440\u043e\u0435\u043d\u0438\u0435 \u0437\u0430\u0432\u0438\u0441\u0438\u0442 \u043e\u0442 \u0442\u0438\u043f\u0430 \u0445\u0438\u043c\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438.

\u0412 \u0443\u0437\u043b\u0430\u0445 \u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u0445 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0445 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043e\u043a \u043d\u0430\u0445\u043e\u0434\u044f\u0442\u0441\u044f \u043f\u0440\u043e\u0442\u0438\u0432\u043e\u043f\u043e\u043b\u043e\u0436\u043d\u043e \u0437\u0430\u0440\u044f\u0436\u0435\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0438\u043e\u043d\u044b, \u043c\u0435\u0436\u0434\u0443 \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u043c\u0438 \u043f\u0440\u043e\u044f\u0432\u043b\u044f\u044e\u0442\u0441\u044f \u0441\u0438\u043b\u044b \u043c\u0435\u0436\u0438\u043e\u043d\u043d\u043e\u0433\u043e \u0432\u0437\u0430\u0438\u043c\u043e\u0434\u0435\u0439\u0441\u0442\u0432\u0438\u044f, \u043e\u043d\u0438 \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u043d\u044b \u0434\u043b\u044f \u0441\u043e\u0435\u0434\u0438\u043d\u0435\u043d\u0438\u0439 \u0441 \u0438\u043e\u043d\u043d\u044b\u043c \u0442\u0438\u043f\u043e\u043c \u0445\u0438\u043c\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438. \u0411\u043b\u0430\u0433\u043e\u0434\u0430\u0440\u044f \u044d\u0442\u0438\u043c \u0441\u0438\u043b\u0430\u043c \u0432\u0437\u0430\u0438\u043c\u043e\u0434\u0435\u0439\u0441\u0442\u0432\u0438\u044f \u043c\u0435\u0436\u0434\u0443 \u0438\u043e\u043d\u0430\u043c\u0438, \u0432-\u0432\u0430 \u0441 \u0438\u043e\u043d\u043d\u043e\u0439 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u043e\u0439 \u044f\u0432\u043b\u044f\u044e\u0442\u0441\u044f \u0442\u0432\u0435\u0440\u0434\u044b\u043c\u0438, \u043d\u0435\u043b\u0435\u0442\u0443\u0447\u0438\u043c\u0438, \u0442\u0443\u0433\u043e\u043f\u043b\u0430\u0432\u043a\u0438\u043c\u0438, \u0440\u0430\u0441\u0442\u0432\u043e\u0440\u044b \u0438 \u0438\u0445 \u0440\u0430\u0441\u043f\u043b\u0430\u0432\u044b \u0445\u043e\u0440\u043e\u0448\u043e \u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u044f\u0442 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0439 \u0442\u043e\u043a.\u00a0\u041f\u0440\u0438\u043c\u0435\u0440\u044b: NaCl, KNO3, KBr \u0438 \u0434\u0440.

\u0410\u0442\u043e\u043c\u043d\u0430\u044f \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0430 \u0432 \u043a\u0430\u0447\u0435\u0441\u0442\u0432\u0435 \u0441\u0442\u0440\u0443\u043a\u0442\u0443\u0440\u043d\u043e\u0439 \u0435\u0434\u0438\u043d\u0438\u0446\u044b \u0438\u043c\u0435\u0435\u0442 \u0430\u0442\u043e\u043c. \u042d\u0442\u0438 \u0430\u0442\u043e\u043c\u044b \u043c\u043e\u0433\u0443\u0442 \u0431\u044b\u0442\u044c \u043d\u0435\u0437\u0430\u0432\u0438\u0441\u0438\u043c\u044b \u0434\u0440\u0443\u0433 \u043e\u0442 \u0434\u0440\u0443\u0433\u0430 \u043b\u0438\u0431\u043e \u0441\u0432\u044f\u0437a\u043d\u044b \u043a\u043e\u0432\u0430\u043b\u0435\u043d\u0442\u043d\u044b\u043c\u0438 \u0441\u0432\u044f\u0437\u044f\u043c\u0438. \u0412 \u043f\u0435\u0440\u0432\u043e\u043c \u0441\u043b\u0443\u0447\u0430\u0435 \u044d\u0442\u043e \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0435 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 Ne, Ar, Kr \u0438 \u0442.\u0434., \u0432\u043e \u0432\u0442\u043e\u0440\u043e\u043c - \u044d\u0442\u043e \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0442\u044b\u0445 \u0432-\u0432 - \u0442\u0430\u043a\u0438\u0445 \u043a\u0430\u043a \u0430\u043b\u043c\u0430\u0437 \u0438\u043b\u0438 \u0433\u0440\u0430\u0444\u0438\u0442, SiO2, B.\u00a0\u0422\u0430\u043a\u0438\u0435 \u0432\u0435\u0449\u0435\u0441\u0442\u0432\u0430 \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u0438\u0437\u0443\u044e\u0442\u0441\u044f \u00a0\u0431\u043e\u043b\u044c\u0448\u043e\u0439 \u0442\u0432\u0435\u0440\u0434\u043e\u0441\u0442\u044c\u044e, \u0432\u044b\u0441\u043e\u043a\u0438\u043c\u0438 \u0442\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u0430\u043c\u0438 \u043f\u043b\u0430\u0432\u043b\u0435\u043d\u0438\u044f, \u0445\u0438\u043c\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0438\u043d\u0435\u0440\u0442\u043d\u043e\u0441\u0442\u044c\u044e.\u00a0

\u041c\u043e\u043b\u0435\u043a\u0443\u043b\u044f\u0440\u043d\u044b\u0435 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0435 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u043d\u044b \u0434\u043b\u044f \u0441\u043e\u0435\u0434\u0438\u043d\u0435\u043d\u0438\u0439 \u0441 \u043a\u043e\u0432\u0430\u043b\u0435\u043d\u0442\u043d\u043e\u0439 \u0442\u0438\u043f\u043e\u043c \u0445\u0438\u043c\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438. \u0412 \u0443\u0437\u043b\u0430\u0445 \u0442\u0430\u043a\u0438\u0445 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043e\u043a \u043d\u0430\u0445\u043e\u0434\u044f\u0442\u0441\u044f \u043d\u0435\u043f\u043e\u043b\u044f\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0438\u043b\u0438 \u043f\u043e\u043b\u044f\u0440\u043d\u044b\u0435 \u043c\u043e\u043b\u0435\u043a\u0443\u043b\u044b. \u041c\u0435\u0436\u0434\u0443 \u043c\u043e\u043b\u0435\u043a\u0443\u043b\u0430\u043c\u0438 \u0434\u0435\u0439\u0441\u0442\u0432\u0443\u044e\u0442 \u0441\u043b\u0430\u0431\u044b\u0435 \u0441\u0438\u043b\u044b \u0432\u0437\u0430\u0438\u043c\u043e\u0434\u0435\u0439\u0441\u0442\u0432\u0438\u044f, \u043f\u043e\u044d\u0442\u043e\u043c\u0443\u00a0\u0432\u0435\u0449\u0435\u0441\u0442\u0432\u0430 \u0441 \u0442\u0430\u043a\u0438\u043c \u0442\u0438\u043f\u043e\u043c \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u0438\u043c\u0435\u044e\u0442 \u043d\u0435\u0437\u043d\u0430\u0447\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u0443\u044e \u0442\u0432\u0435\u0440\u0434\u043e\u0441\u0442\u044c, \u043d\u0438\u0437\u043a\u0438\u0435 \u0442\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u044b \u043f\u043b\u0430\u0432\u043b\u0435\u043d\u0438\u044f \u0438 \u043a\u0438\u043f\u0435\u043d\u0438\u044f, \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u0438\u0437\u0443\u044e\u0442\u0441\u044f \u043b\u0435\u0442\u0443\u0447\u0435\u0441\u0442\u044c\u044e. \u0422\u0430\u043a\u043e\u0439 \u0442\u0438\u043f \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u043d\u043e \u0434\u043b\u044f \u0432\u043e\u0434\u043e\u0440\u043e\u0434\u0430, \u0430\u0437\u043e\u0442\u0430, \u0445\u043b\u043e\u0440\u0430, \u043a\u0438\u0441\u043b\u043e\u0440\u043e\u0434\u0430, \u0439\u043e\u0434\u0430, \u0432\u043e\u0434\u044b, \u0433\u043b\u044e\u043a\u043e\u0437\u044b, \u0441\u043f\u0438\u0440\u0442\u043e\u0432, \u043d\u0430\u0444\u0442\u0430\u043b\u0438\u043d\u0430 \u0438 \u0434\u0440.

\u0412 \u0443\u0437\u043b\u0430\u0445 \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u043d\u0430\u0445\u043e\u0434\u044f\u0442\u0441\u044f \u043f\u043e\u043b\u043e\u0436\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u044b\u0435 \u0438\u043e\u043d\u044b \u0438 \u0430\u0442\u043e\u043c\u044b, \u043e\u043a\u0440\u0443\u0436\u0435\u043d\u043d\u044b\u0435 \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e\u043d\u0430\u043c\u0438, \u0441\u043f\u043e\u0441\u043e\u0431\u043d\u044b\u043c\u0438 \u043b\u0435\u0433\u043a\u043e \u043f\u0435\u0440\u0435\u043c\u0435\u0449\u0430\u0442\u044c\u0441\u044f \u043f\u043e \u0432\u0441\u0435\u043c\u0443 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0443 \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u0430. \u041f\u043e\u0441\u043a\u043e\u043b\u044c\u043a\u0443 \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0438\u0435 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438 \u043d\u0435 \u0438\u043c\u0435\u044e\u0442 \u043d\u0430\u043f\u0440\u0430\u0432\u043b\u0435\u043d\u043d\u043e\u0433\u043e \u0445\u0430\u0440\u0430\u043a\u0442\u0435\u0440\u0430, \u043d\u0435\u0443\u0434\u0438\u0432\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u043e, \u0447\u0442\u043e \u043c\u043d\u043e\u0433\u0438\u0435 \u043c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u044b \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e \u043b\u0435\u0433\u043a\u043e \u0434\u0435\u0444\u043e\u0440\u043c\u0438\u0440\u043e\u0432\u0430\u0442\u044c, \u043d\u0435 \u0440\u0430\u0437\u0440\u0443\u0448\u0430\u044f \u0438\u0445 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0441\u0442\u0440\u0443\u043a\u0442\u0443\u0440\u044b. \u041c\u0435\u0442\u0430\u043b\u043b\u044b \u0442\u0432\u0435\u0440\u0434\u044b\u0435 (\u0438\u0441\u043a\u043b\u044e\u0447\u0435\u043d\u0438\u0435 - \u0440\u0442\u0443\u0442\u044c), \u0438\u043c\u0435\u044e\u0442 \u0432\u044b\u0441\u043e\u043a\u0438\u0435 \u0442\u0435\u043c\u043f\u0435\u0440\u0430\u0442\u0443\u0440\u044b \u043f\u043b\u0430\u0432\u043b\u0435\u043d\u0438\u044f \u0438 \u043a\u0438\u043f\u0435\u043d\u0438\u044f, \u044d\u043b\u0435\u043a\u0442\u0440\u043e- \u0438 \u0442\u0435\u043f\u043b\u043e\u043f\u0440\u043e\u0432\u043e\u0434\u043d\u044b.\u00a0
">]" data-testid="answer_box_list">

Все молекулы состоят из мельчайших частиц – атомов. Все открытые на настоящий момент атомы собраны в таблице Менделеева.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Атомы соединяются между собой химическими связями. Ранее мы уже рассматривали виды химических связей и их свойства. Обязательно изучите теорию по теме: Типы химических связей, перед тем, как изучать эту статью!

Теперь рассмотрим, как могут соединяться частицы в веществе.

В зависимости от расположения частиц друг относительно друга свойства образуемых ими веществ могут очень сильно различаться. Так, если частицы расположены друг от друга далеко (расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц), между собой практически не взаимодействуют, перемещаются в пространстве хаотично и непрерывно, то мы имеем дело с газом .

Если частицы расположены близко друг к другу, но хаотично, больше взаимодействуют между собой, совершают интенсивные колебательные движения в одном положении, но могут перескакивать в другое положение, то это модель строения жидкости .

Если же частицы расположены близко к друг другу, но более упорядоченно, и больше взаимодействуют между собой, а двигаются только в пределах одного положения равновесия, практически не перемещаясь в другие положения, то мы имеем дело с твердым веществом .

Большинство известных химических веществ и смесей могут существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Самый простой пример – это вода. При нормальных условиях она жидкая, при 0 о С она замерзает – переходит из жидкого состояния в твердое, и при 100 о С закипает – переходит в газовую фазу – водяной пар. При этом многие вещества при нормальных условиях – газы, жидкости или твердые. Например, воздух – смесь азота и кислорода – это газ при нормальных условиях. Но при высоком давлении и низкой температуре азот и кислород конденсируются и переходят в жидкую фазу. Жидкий азот активно используют в промышленности. Иногда выделяют плазму, а также жидкие кристаллы, как отдельные фазы.

Очень многие свойства индивидуальных веществ и смесей объясняются взаимным расположением частиц в пространстве друг относительно друга!

Данная статья рассматривает свойства твердых тел, в зависимости от их строения. Основные физические свойства твердых веществ: температура плавления, электропроводность, теплопроводность, механическая прочность, пластичность и др.

Температура плавления – это такая температура, при которой вещество переходит из твердой фазы в жидкую, и наоборот.

Пластичность – это способность вещества деформироваться без разрушения.

Электропроводность – это способность вещества проводить ток.

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Таким образом, ток могут проводить только такие вещества, в которых присутствуют подвижные заряженные частицы. По способности проводить ток вещества делят на проводники и диэлектрики. Проводники – это вещества, которые могут проводить ток (т.е. содержат подвижные заряженные частицы). Диэлектрики – это вещества, которые практически не проводят ток.

В твердом веществе частицы вещества могут располагаться хаотично, либо более упорядоченно. Если частицы твердого вещества расположены в пространстве хаотично, вещество называют аморфным . Примеры аморфных веществ – уголь, слюдяное стекло.

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом , а саму структуру – кристаллической решеткой . Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Кристаллические вещества различают, в частности, по типу химической связи между частицами в кристалле – атомные, молекулярные, металлические, ионные; по геометрической форме простейшей ячейки кристаллической решетки – кубическая, гексагональная и др.

В зависимости от типа частиц, образующих кристаллическую решетку , различают атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую структуру .

Атомная кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая решетка образуется, когда в узлах кристалла расположены атомы . Атомы соединены между собой прочными ковалентными химическими связями. Соответственно, такая кристаллическая решетка будет очень прочной, разрушить ее непросто. Атомную кристаллическую решетку могут образовывать атомы с высокой валентностью, т.е. с большим числом связей с соседними атомами (4 или больше). Как правило, это неметаллы: простые вещества — кремния, бора, углерода (аллотропные модификации алмаз, графит), и их соединения (бороуглерод, оксид кремния (IV) и др.). Поскольку между неметаллами возникает преимущественно ковалентная химическая связь, свободных электронов (как и других заряженных частиц) в веществах с атомной кристаллической решеткой в большинстве случаев нет. Следовательно, такие вещества, как правило, очень плохо проводят электрический ток, т.е. являются диэлектриками. Это общие закономерности, из которых есть ряд исключений.

Связь между частицами в атомных кристаллах: ковалентная полярная или неполярная.

В узлах кристалла с атомной кристаллической структурой расположены атомы.

Фазовое состояние атомных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.

Вещества , образующие в твердом состоянии атомные кристаллы:

Простые веществас высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод, кремний, и др.
Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезем (оксид кремния, кварцевый песок) SiO₂; карбид кремния (карборунд) SiC; карбид бора, нитрид бора и др.

Физические свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:

— прочность;

— тугоплавкость (высокая температура плавления);

— низкая электропроводность;

— низкая теплопроводность;

— химическая инертность (неактивные вещества);

— нерастворимость в растворителях.

Молекулярная кристаллическая решетка

Молекулярная кристаллическая решетка – это такая решетка, в узлах которой располагаются молекулы. Удерживают молекулы в кристалле слабые силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, или электростатическое притяжение). Соответственно, такую кристаллическую решетку, как правило, довольно легко разрушить. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой – легкоплавкие, непрочные. Чем больше сила притяжения между молекулами, тем выше температура плавления вещества. Как правило, температуры плавления веществ с молекулярной кристаллической решеткой не выше 200-300К. Поэтому при нормальных условиях большинство веществ с молекулярной кристаллической решеткой существует в виде газов или жидкостей. Молекулярную кристаллическую решетку, как правило, образуют в твердом виде кислоты, оксиды неметаллов, прочие бинарные соединения неметаллов, простые вещества, образующие устойчивые молекулы (кислород О₂, азот N₂, вода H₂O и др.), органические вещества. Как правило, это вещества с ковалентной полярной (реже неполярной) связью. Т.к. электроны задействованы в химических связях, вещества с молекулярной кристаллической решеткой – диэлектрики, плохо проводят тепло.

Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи, электростатические или межмолекулярные силы притяжения.

В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы.

Фазовое состояние молекулярных кристаллов при нормальных условиях: газы, жидкости и твердые вещества.

Вещества , образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы:

Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы(O₂, N₂, H₂, S₈ и др.);
Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями(кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H₂O, оксид серы SO₃ и др.
Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптони др.);
Большинство органических веществ, в которых нет ионных связей — метан CH₄, бензол С₆Н₆ и др.

Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

— легкоплавкость (низкая температура плавления):

— высокая сжимаемость;

— молекулярные кристаллы в твердом виде, а также в растворах и расплавах не проводят ток;

— фазовое состояние при нормальных условиях – газы, жидкости, твердые вещества;

— высокая летучесть;

— малая твердость.

Ионная кристаллическая решетка

В случае, если в узлах кристалла находятся заряженные частицы – ионы, мы можем говорить о ионной кристаллической решетке . Как правило, с ионных кристаллах чередуются положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы), поэтому частицы в кристалле удерживаются силами электростатического притяжения . В зависимости от типа кристалла и типа ионов, образующих кристалл, такие вещества могут быть довольно прочными и тугоплавкими. В твердом состоянии подвижных заряженных частиц в ионных кристаллах, как правило, нет. Зато при растворении или расплавлении кристалла ионы высвобождаются и могут двигаться под действием внешнего электрического поля. Т.е. проводят ток только растворы или расплавы ионных кристаллов. Ионная кристаллическая решетка характерна для веществ с ионной химической связью. Примеры таких веществ – поваренная соль NaCl, карбонат кальция – CaCO₃ и др. Ионную кристаллическую решетку, как правило, в твердой фазе образуют соли, основания, а также оксиды металлов и бинарные соединения металлов и неметаллов.

Связь между частицами в ионных кристаллах: ионная химическая связь.

В узлах кристалла с ионной решеткой расположены ионы.

Фазовое состояние ионных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.

Химические вещества с ионной кристаллической решеткой:

Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония (например, хлорид аммония NH₄Cl);
Основания;
Оксиды металлов;
Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы.

Физические свойства веществ с ионной кристаллической структурой:

— высокая температура плавления (тугоплавкость);

— растворы и расплавы ионных кристаллов – проводники тока;

— большинство соединений растворимы в полярных растворителях (вода);

— твердое фазовое состояние у большинства соединений при нормальных условиях.

Металлическая кристаллическая решетка

Связь между частицами : металлическая химическая связь.

В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы.

Фазовое состояние металлов при обычных условиях: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях).

Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы.

Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

— высокая тепло- и электропроводность;

— ковкость и пластичность;

— металлический блеск;

— металлы, как правило, нерастворимы в растворителях;

— большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.

Сравнение свойств веществ с различными кристаллическими решетками

Тип кристаллической решетки (или отсутствие кристаллической решетки) позволяет оценить основные физические свойства вещества. Для примерного сравнения типичных физических свойств соединений с разными кристаллическими решетками очень удобно использовать химические вещества с характерными свойствами. Для молекулярной решетки это, например, углекислый газ, для атомной кристаллической решетки — алмаз, для металлической — медь, и для ионной кристаллической решетки — поваренная соль, хлорид натрия NaCl.

Сводная таблица по структурам простых веществ, образованных химическими элементами из главных подгрупп таблицы Менделеева (элементы побочных подгрупп являются металлами, следовательно, имеют металлическую кристаллическую решетку).

У каждого вещества есть набор физических свойств. Например, соли легко растворяются в воде и проводят электрический ток, а металлы имеют характерный блеск и ковкость. Такие характеристики зависят от строения вещества — от его кристаллической решетки. В этом материале мы расскажем о видах кристаллических решеток и о том, какие свойства придает веществу каждая из них.

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).

Что такое кристаллическая решетка

Как известно, все вещества состоят из частиц — атомов, которые могут располагаться хаотично или в определенном порядке. У аморфных веществ частицы расположены беспорядочно, а у кристаллических они образуют определенную структуру. Эта структура называется кристаллической решеткой. Она определяет такие характеристики вещества, как твердость, хрупкость, температура кипения и/или плавления, пластичность, растворимость, электропроводность и т. д.

Кристаллическая решетка — это внутренняя структура кристалла, порядок взаимного расположения атомов, ионов или молекул. Точки, в которых находятся эти частицы, называются узлами решетки.

Частицы удерживаются на своих местах благодаря химическим связям между ними. В зависимости от того, какой вид связи удерживает атомы или ионы данного вещества, в химии выделяют основные типы кристаллических решеток:

атомная (ковалентные связи),

молекулярная (ковалентные связи и притяжение между молекулами),

металлическая (металлические связи),

ионная (ионные связи).

Не путайте эти два понятия — кристаллическая решетка и химическая связь. Тип решетки говорит о том, как расположены атомы/ионы в молекуле вещества, а тип связи — по какому принципу они между собой взаимодействуют.

Строение и агрегатное состояние веществ

Выделяют три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ. Каждое из них предполагает определенное расположение частиц. Ниже мы расскажем подробнее, как связаны в химии кристаллическая решетка и агрегатное состояние вещества, а пока осветим общие закономерности.

Если частицы хаотично движутся, а расстояние между ними многократно превышает их собственные размеры — это газ. За счет большой удаленности друг от друга молекулы и атомы в таком веществе слабо взаимодействуют между собой.

Если частицы расположены все так же беспорядочно, но на небольшом расстоянии друг от друга — это жидкость. В жидком состоянии вещества его молекулы и атомы имеют более прочные связи, которые сложнее разорвать.

Если частицы собраны близко друг к другу и в определенном порядке — это твердое тело. В таком состоянии связи между ними наиболее прочны. Частицы могут двигаться только в пределах своего расположения и почти не перемещаются в пространстве.

Большинство веществ могут находиться и в твердом, и в жидком, и газообразном состоянии, а в зависимости от давления и температуры легко переходить из одного в другое. Типичный пример — вода, которая при нагревании превращается в пар, а при остывании становится твердым льдом.

Атомная кристаллическая решетка

Согласно своему названию, атомная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой расположены атомы. Они взаимодействуют с помощью ковалентных связей, то есть один атом отдает другому свободный электрон или же электроны из разных атомов образуют общую пару. В кристаллах с атомной решеткой частицы прочно связаны, что обуславливает ряд физических характеристик.

Свойства веществ с атомной решеткой:

неспособность к растворению в воде,

высокая температура кипения и плавления.

К примеру, атомную кристаллическую решетку имеет алмаз — самый твердый минерал в мире.

Другие примеры: германий Ge, кремний Si, нитрид бора BN, карборунд SiC. Типичный представитель этой группы — обычный песок, который по сути является оксидом кремния SiO₂.

Если нужно рассказать о свойствах веществ с атомной кристаллической решеткой, достаточно вспомнить песок и перечислить его характеристики.

Молекулярная кристаллическая решетка

Как и в предыдущей группе, в этой находятся вещества с ковалентными связями между атомами. Но физические характеристики этих веществ совершенно иные — они легко плавятся, превращаются в жидкость, растворяются в воде. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь кристаллы строятся не из атомов, а из молекул.

Молекулярная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой находятся не атомы, а молекулы.

Внутри молекул атомы имеют прочные ковалентные связи, но сами молекулы связаны между собой слабо. Поэтому кристаллы таких веществ непрочные и легко распадаются.

Молекулярная кристаллическая решетка характерна для воды. При комнатной температуре это жидкость, но стоит нагреть ее до температуры кипения (которая сравнительно низка), как она тут же начинает превращаться в пар, т. е. переходит в газообразное состояние.

Некоторые молекулярные вещества — например, сухой лед CO₂, способны преобразоваться в газ сразу из твердого состояния, минуя жидкое (данный процесс называется возгонкой).

Свойства молекулярных веществ:

у некоторых — наличие запаха.

Помимо воды к веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся аммиак NH₃, гелий He, радон Rn, йод I, азот N₂ и другие. Все благородные газы — молекулярные вещества. Также к этой группе принадлежит и большинство органических соединений (например, сахар).

Ионная кристаллическая решетка

Как известно, в ходе ионной химической связи один атом отдает другому ионы и приобретает положительный заряд, в то время как принимающий атом заряжается отрицательно. В итоге появляются разноименно заряженные ионы, из которых и состоит структура кристалла.

Ионная решетка — это кристаллическая структура, в узловых точках которой находятся ионы, связанные взаимным притяжением.

Ионную кристаллическую решетку имеют практически все соли, типичным представителем можно считать поваренную соль NaCl. О ней стоит вспомнить, если нужно перечислить физические характеристики этой группы. Также ионную решетку имеют щелочи и оксиды активных металлов.

Свойства веществ с ионной структурой:

способность растворяться в воде.

Примеры веществ с ионной кристаллической решеткой: оксид кальция CaO, оксид магния MgO, хлорид аммония NH₄Cl, хлорид магния MgCl₂, оксид лития Li₂O и другие.

Металлическая кристаллическая решетка

Для начала вспомним, как проходит металлическая химическая связь. В молекуле металла свободные отрицательно заряженные электроны перемещаются от одного иона к другому и соединяются с некоторыми из них, а после отрываются и мигрируют дальше. В результате получается кристалл, в котором ионы превращаются в атомы и наоборот.

Металлическая кристаллическая решетка — это структура, которая состоит из ионов и атомов металла, а между ними свободно передвигаются электроны. Как несложно догадаться, она характерна лишь для металлов и сплавов.

Свободные электроны, мигрирующие между узлами решетки, образуют электронное облако, которое под воздействием электротока приходит в направленное движение. Это объясняет такое свойство металлов, как электрическая проводимость.

В химии типичным примером вещества, которое имеет металлическую кристаллическую решетку, считается медь. Она очень ковкая, пластичная, имеет высокую тепло- и электропроводность. Впрочем, все металлы ярко демонстрируют эти характеристики, поэтому назвать физические свойства данной группы несложно.

Свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

При этом температура плавления веществ может существенно различаться. Например, у ртути это −38,9°С, а у бериллия целых +1287°С.

Подведем итог: о характеристиках разных типов кристаллических решеток расскажет таблица.

Частицы в узлах решетки

Тип связи между частицами

Физические свойства веществ

Как определить кристаллическую решетку

Как понятно из предыдущего материала, строение вещества, его состав и физические характеристики тесно связаны. Поэтому для определения вида кристаллической решетки можно руководствоваться теми данными, которые у нас есть. Как правило, известен состав вещества, а значит, мы можем сделать вывод о химических связях внутри его молекулы, что позволит в свою очередь предположить тип решетки.

Также можно провести быстрый анализ:

если это неметалл, который при комнатной температуре представляет собой твердое тело — скорее всего он имеет атомную решетку;

если в обычных условиях это жидкость или газ либо речь об органическом веществе — предполагаем молекулярную решетку;

если это соль либо щелочь — кристаллы имеют ионную решетку;

если это металл или сплав — решетка точно будет металлической.

Вопросы для самопроверки:

Назовите виды кристаллических решеток.

Чем отличается кристаллическая решетка от химической связи?

Назовите примеры веществ с металлической кристаллической решеткой, с ионной, атомной и молекулярной.

Выберите лишнее вещество: молекулярную кристаллическую решетку имеет вода, поваренная соль, аргон, криптон.

Читайте также: