Урок 4. строение кристаллов. кристаллические решётки. причины многообразия веществ — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 4. Строение кристаллов. Кристаллические решётки. Причина многообразия веществ

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению кристаллического состояния вещества, зависимости свойств веществ от типов кристаллических решеток. Объясняются причины многообразия веществ, такие как изотопия элементов, аллотропия, изомерия, гомология. Дается понятие химического синтеза.

Глоссарий

Аллотропия – существование нескольких простых веществ, образованных одним и тем же химическим элементом.

Атомная кристаллическая решётка – регулярная структура твёрдого вещества, в узловых точках которой находятся атомы химического элемента.

Гомология – явление наличия в природе органических соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся на некоторое целое число групп СН₂— состав.

Изомерия – явления наличия нескольких веществ, имеющих один и тот же состав, но отличающихся по порядку соединения атомов.

Ионная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены положительно и отрицательно заряженные ионы.

Кристаллическая решетка – особая структура твёрдого вещества, в которой частицы вещества расположены в строго определенном порядке.

Кристаллы – твёрдые вещества, имеющие форму правильных многогранников, образованных в результате многократного регулярного повторения расположения составляющих вещество частиц.

Металлическая кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой расположены ионы металла.

Молекулярная кристаллическая решетка – регулярная структура твёрдого вещества, в узлах которой находятся молекулы вещества.

Полиморфизм – способность твёрдого вещества образовывать различные кристаллические структуры, состоящие из одних и тех же частиц.

Полиморфные модификации – разные кристаллические структуры, которые образованы частицами одного и того же вещества.

Химический синтез – процесс искусственного создания новых веществ физическими и химическими методами.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Строение кристаллов и типы кристаллических решеток

Кристаллами называются твёрдые вещества, частицы которых образуют трёхмерную периодическую пространственную структуру, называемую кристаллической решёткой. Грани кристаллов представляют собой правильные многоугольники. Свойства кристаллических тел различны. Например, алмаз обладает максимальной твёрдостью, а графит можно сломать руками, хотя эти вещества состоят атомов углерода. Свойства веществ зависят от типа кристаллической решетки. Различают четыре типа кристаллических решёток: атомную, ионную, молекулярную и металлическую.

Зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки

В узлах атомной кристаллической решётки расположены атомы, соединённые ковалентной связью. Примерами веществ, имеющих атомную кристаллическую решетку, являются алмаз, кремний, германий, бор. Вещества, имеющие атомную кристаллическую решетку, характеризуются высокой температурой плавления, большой твёрдостью.

В узлах ионной кристаллической решётки находятся положительные и отрицательные ионы, связь между ними ионная. Ионную кристаллическую решетку имеют соли, щёлочи и оксиды типичных металлов. Для веществ с ионной кристаллической решеткой характерны высокие температуры плавления, твёрдость, плотность, хорошая электропроводность.

В узлах молекулярной кристаллической решетки находятся молекулы, которые удерживаются за счет межмолекулярных вандервальсовых сил. Примером веществ с молекулярной кристаллической решеткой являются лёд, йод, нафталин, углекислый газ. Межмолекулярные связи значительно слабее ковалентных и ионных, поэтому для веществ с молекулярной кристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления, невысокая твёрдость, возможность возгонки (переход из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое).

Для металлов характерна металлическая кристаллическая решётка, в узлах которой расположены положительно заряженные ионы металлов, а между ними свободно перемещаются валентные электроны (так называемый электронный газ). Для веществ с металлической кристаллической решеткой характерны механическая прочность, плавкость, ковкость, хорошая тепло- и электропроводность, металлический блеск.

Свойства кристаллических тел определяются не только характером связи между частицами, но и их взаимным расположением относительно друг друга. В кристаллах алмаза все атомы углерода связаны ковалентными неполярными связями и находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя тетраэдры. В кристаллах графита каждые шесть атомов углерода связаны ковалентными неполярными связями, а между собой такие плоские шестиугольники связаны слабыми межмолекулярными связями.

Причины многообразия веществ

Не только углерод может образовывать разные вещества в зависимости от типа кристаллической решётки. Известно несколько веществ, образованных фосфором (белый, красный, чёрный и металлический фосфор). Сера может существовать в виде трёх модификаций (ромбическая, моноклинная и пластическая). Явление существования нескольких простых веществ, образованных одним и тем же элементом, называется аллотропией (полиморфизмом), а сами простые вещества – аллотропными (полиморфными) модификациями.

Существование изотопов – атомов одного и того же химического элемента, имеющих разные массовые числа — ещё одна причина огромного многообразия веществ.

Изучая органическую химию, вы узнали о существовании изомеров – молекул, имеющих одинаковый состав, но разную последовательность атомов и их расположение в пространстве. Изомеры встречаются не только среди органических соединений, например, изомером карбамида является цианат аммония.

Причиной разнообразия органических соединений является и гомология – существование ряда соединений, имеющих одинаковое строение и химические свойства, но отличающихся друг от друга на целое число групп СН₂-.

118 известных на сегодняшний день химических элементов образуют миллионы различных веществ, но человек искусственным путём создает новые вещества с нужными ему свойствами. Создание человеком новых веществ получило название химического синтеза.

Таким образом, явления аллотропии (полиморфизма), изомерии, изотопии, гомологии, химический синтез новых соединений являются причинами многообразия веществ.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет количества молекул в кристалле

Условие задачи: Молекула белого фосфора состоит из четырех атомов этого элемента. Сколько молекул белого фосфора содержится в кристалле фосфора массой 2,48 г? Ответ запишите в виде числа, приведенного к стандартному виду.

Шаг первый: найдём молярную массу молекулы белого фосфора Р₄. Относительная атомная масса фосфора равна 31 а.е.м., молярная масса Р₄ равна 4·31 = 124 (г/моль).

Шаг второй: найдём количество молей белого фосфора в кристалле массой 2,48 г. Для этого разделим массу кристалла на молярную массу Р₄:

2,48 : 124 = 0,02 (моль).

Шаг третий: найдём количество молекул, содержащееся в 0,02 моль белого фосфора. Для этого число моль умножим на число Авогадро:

0,02·6,02·10²³ = 1,2·10²² (молекул).

Ответ: 1,2·10²².

2. Расчёт числа атомов в молекуле фуллерена

Условие задачи: Одной из аллотропных модификаций углерода, применяемых в электронике, является фуллерен. 0,5 моль фуллерена имеют массу 360 г. Сколько атомов углерода входит в состав одной молекулы фуллерена?

Шаг первый: найдём молярную массу фуллерена.

Для этого массу имеющегося образца разделим на количество молей:

360 : 0,5 = 720 (г/моль).

Шаг второй: найдём количество атомов углерода в 1 моль фуллерена. Для этого молярную массу фуллерена разделим на массу 1 моль атомов углерода. 1 моль атомов углерода имеет массу 12 г.

720 : 12 = 60 (атомов).

Ответ: 60.

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 Na+ и хлора Cl−, а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия  K+ и сложные сульфат-ионы SO42−.

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

Кристаллическая решётка хлорида натрия

Кристалл хлорида натрия

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

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

Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов.

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

Металлическая кристаллическая решётка

Металлические изделия

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

Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) SiO2.

Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.

У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С. 

Атомные кристаллы практически нерастворимы.

Кристаллическая решётка алмаза

Алмаз

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

Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.

Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.

Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.

Некоторые молекулярные вещества имеют запах.

Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами  (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (h3,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).

Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства 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 NaF, HF и F2 составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С,  \(–220\) °С.

Источники:

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

A 6 № Ионную кристаллическую решётку имеет

Тест,тест,тест,тест,тест — Docsity

1. Немолекулярное строение имеет: 1) фуллерен, 2) алмаз, 3) вода, 4) углекислый газ. 2. Немолекулярное строение имеет: 1) железо, 2) водород, 3) кислород, 4) угарный газ. 3. Ионную кристаллическую решетку имеет: 1) бромид калия, 2) бром, 3) калий, 4) бромоводород. 4. Молекулярную кристаллическую решетку имеет: 1) литий, 2) оксид натрия, 3) красный фосфор, 4) белый фосфор. 5. Молекулярную кристаллическую решетку имеет: 1) фторид серы (VI),VI),), 2) сульфид натрия, 3) графит, 4) натрий. 6. Молекулярное строение имеет: 1) йод, 2) йодид калия, 3) гидроксид калия, 4) гидроксид алюминия. 7. Немолекулярное строение имеет: 1) йод, 2) хлорид йода, 3) гидроксид калия, 4) уксусная кислота. 8. Немолекулярное строение имеет: 1) цинк, 2) муравьиная кислота, 3) фтороводород, 4) кислород. 9. Молекулярную кристаллическую решетку в твердом состоянии имеет: 1) иодид бария, 2) гидроксид бария, 3) барий, 4) йод. 10. Ионную кристаллическую решетку имеет: 1) фтор, 2) фтороводород, 3) гидрид натрия, 4) хлорид титана(VI),I),V). 11. Молекулярное строение имеет: 1) оксид кремния(VI),I),V), 2) нитрат бария, 3) хлорид натрия, 4) оксид углерода(VI),I),I),). 12. Молекулярную кристаллическую решетку имеют: 1) h3O, CuO, 2) CuO, K2S, 3) K2S, h3SO4, 4) h3SO4, O2. 13. Атомную кристаллическую решетку имеет: 1) графит, 2) железо, 3) карбонат кальция, 4) азотная кислота. 14. Ионную кристаллическую решетку имеет: 1) фторид кальция, 2) оксид кремния, 3) алмаз, 4) медь. 15. Вещество, имеющее низкую температуру плавления, возгоняющееся при нагревании, неэлектропроводное – имеет кристаллическую решетку: 1) ионную, 2) металлическую, 3) молекулярную, 4) атомную. 16. Твердое, хрупкое вещество, расплав которого проводит электрический ток – имеет кристаллическую решетку: 1) ионную, 2) металлическую, 3) молекулярную, 4) атомную 17. Вещество, имеющее высокую электропроводность, ковкое, пластичное, имеет кристаллическую решетку: 1) ионную, 2) металлическую, 3) молекулярную, 4) атомную. 18. Тугоплавкое хрупкое вещество, нерастворимое в воде, имеет кристаллическую решетку: 1) ионную, 2) металлическую, 3) молекулярную, 4) атомную 19. Атом является структурной единицей в кристаллической решетке: 1) фосфорной кислоты, 2) белого фосфора, 3) кремнезема, 4) хлорида аммония. 20. В кристалле вольфрама частицы связаны металлической связью, поэтому вольфрам: 1) тугоплавок, 2) химически стоек, 3) электропроводен, 4) имеет высокую плотность. 21. Ионный тип кристаллической решетки характерен для: 1) кислот, 2) металлов, 3) неметаллов, 4) солей. 22. Из молекул состоит каждое из веществ: 1) поваренная соль и кислород, 2) оксид магния и хлороводород, 3) вода и хлор, 4) алмаз и сода. 23. Атомную кристаллическую решетку имеет каждое из веществ: 1) алмаз и графит, 2) аммиак и йод, 3) озон и кислород, 4) вода и мел. 24. Ионную кристаллическую решетку имеет каждое из веществ: 1) серная кислота и оксид углерода(VI),I),V), 2) гидроксид натрия и хлорид калия, 3) карбонат кальция и хлороводород, 4) оксид кремния и гидроксид меди(VI),I),I),). 25. Верны ли следующие суждения о типах кристаллических решеток веществ в твердом состоянии? А) этанол имеет ионную кристаллическую решетку. Б) йод имеет молекулярную кристаллическую решетку. 1) верно только А, 2) верно только Б, 3) верны оба суждения, 4) оба суждения неверны. 26. Какие свойства характерны для вещества с атомной кристаллической решеткой? 1) нерастворимость в воде и тугоплавкость, 2) хрупкость и легкоплавкость, 3) растворимость в воде и летучесть, 4) хорошая тепло- и электропроводность. 27. В твердых веществах молекулярного строения химическая связь: 1) ковалентная, 2) металлическая, 3) ионная, 4) водородная 28. В твердых веществах атомного строения химическая связь между атомами: 1) ковалентная, 2) металлическая, 3) ионная, 4) водородная 29. Некоторое вещество тугоплавко и не проводит электрический ток ни в твердом виде, ни в расплаве. Какую кристаллическую решетку оно имеет? 1) атомную, 2) молекулярную, 3) ионную, 4) металлическую. 30. Некоторое вещество тугоплавко и не проводит электрический ток в твердом виде, но его водный раствор обладает электрической проводимостью. Какую кристаллическую решетку имеет это вещество? 1) атомную, 2) молекулярную, 3) ионную, 4) металлическую. 31. Выберите вещество, которое в твердом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решетку: 1) С (VI),графит), 2) SiO2, 3) SiC, 4) CO2 32. Выберите вещество, которое в твердом состоянии имеет атомную кристаллическую решетку: 1) SiO2, 2) Sih5, 3) O2, 4) Na. 33. Выберите вещество, которое в твердом состоянии имеет ионную кристаллическую решетку: 1) N2O5, 2) HNO3, 3) Nh5NO3, 4) Nh4. 34. Какое свойство характерно для веществ с атомной кристаллической решеткой? 1) высокая плотность, 2) тугоплавкость, 3) хорошая растворимость в воде, 4) электропроводность. 35. Один и тот же тип решетки в кристаллическом состоянии имеют: 1) хлор и водород, 2) вода и алюминий, 3) поваренная соль и серная кислота, 4) кремнезем и гидроксид натрия. 36. Запахом обладают вещества, имеющие кристаллическую решетку: 1) атомную, 2) молекулярную, 3) ионную, 4) металлическую. 37. Молекулярную решетку в кристаллическом состоянии имеет: 1) хлорид натрия, 2) хлор, 3) натрий, 4) гидроксид натрия. 38. Хлорид-ионы отсутствую в кристаллах: 1) хлорида натрия, 2) хлорида кальция, 3) хлорида фосфора(VI),V), 4) хлорида цезия. 39. Ионную кристаллическую решетку в кристаллическом состоянии имеет: 1) бром, 2) вода, 3) серная кислота, 4) карбонат натрия. 40. Металлическую кристаллическую решетку имеет: 1) Nh4, 2) AlCl3, 3) Cu3Al, 4) CuO.

Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения — Химическая связь и строение вещества

Тесты с кратким ответом с решениями

1. Атом является структурной единицей в кристаллической решетке

1) фосфорной кислоты

2) белого фосфора

3) кремнезема

4) хлорида аммония

2. Вещества с атомной кристаллической решеткой

1) очень твердые и тугоплавкие

2) хрупкие и легкоплавкие

3) проводят электрический ток в растворах

4) проводят электрический ток в расплавах

3. Молекулярную кристаллическую решетку имеют

1) Н₂O и СuO

2) СO₂и K₂S

3) NaCl и H₂SO₄

4) НСl и O₃

4. Вещество, имеющее низкую температуру плавления, возгоняющееся при нагревании, неэлектропроводное, имеет кристаллическую решетку

1) ионную

2) молекулярную

3) металлическую

4) атомную

5. Ионную кристаллическую решетку имеет

1) фторид кальция

2) медь

3) алмаз

4) оксид кремния(IV)

6. Твердое, хрупкое вещество, расплав которого проводит электрический ток, имеет кристаллическую решетку

1) атомную

2) металлическую

3) молекулярную

4) ионную

7. Вещество, имеющее высокую электропроводность, ковкое, пластичное, имеет кристаллическую решетку

1) ионную

2) металлическую

3) молекулярную

4) атомную

8. В кристалле вольфрама частицы связаны металлической связью, поэтому вольфрам

1) тугоплавок

2) химически стоек

3) электропроводен

4) имеет высокую плотность

9. Какие из приведенных утверждений верны? А. Вещества с молекулярной решеткой имеют низкие температуры плавления и низкую электропроводность. Б. Вещества с атомной решеткой пластичны и обладают высокой электрической проводимостью.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

10. Немолекулярное строение имеет

1) водород

2) железо

3) кислород

4) угарный газ

Тесты с выбором ответа для самостоятельного решения

11. Атомную кристаллическую решетку имеет

1) железо

2) графит

3) карбонат кальция

4) азотная кислота

12. Кристаллическую структуру, подобную структуре алмаза, имеет

1) кремнезем SiO₂

2) оксид натрия Na₂O

3) оксид углерода(II) СО

4) белый фосфор Р₄

13. Вещества, обладающие твердостью, тугоплавкостью, хорошей растворимостью в воде, как правило, имеют кристаллическую решетку

1) молекулярную

2) атомную

3) ионную

4) металлическую

14. Кристаллическая решетка хлорида кальция

1) атомная

2) молекулярная

3) металлическая

4) ионная

15. Кристаллическая решетка оксида углерода(IV)

1) ионная

2) атомная

3) металлическая

4) молекулярная

16. Немолекулярное строение имеет

1) фуллерен

2) алмаз

3) вода

4) углекислый газ

17. Ионную кристаллическую решетку имеет

1) хлорид натрия

2) хлор

3) натрий

4) бромоводород

18. Ионную кристаллическую решетку имеет

1) фтор

2) фтороводород

3) гидрид натрия

4) хлорид титана(IV)

19. Молекулярную кристаллическую решетку имеет

1) фторид серы(VI)

2) сульфид натрия

3) графит

4) натрий

20. Молекулярную кристаллическую решетку имеет

1) литий

2) оксид натрия

3) красный фосфор

4) белый фосфор

Ответы на тесты раздела 1.3.3

1. 3 2. 1 3. 4 4. 2 5. 1 6. 4 7. 2 8. 3 9. 1 10. 2 11. 2 12. 1 13. 3 14. 4 15. 4 16. 2 17. 1 18. 3 19. 1 20. 4

Решения тестов раздела 1.3.3

Решение 1. Атомные кристаллические решетки — это решетки, в узлах которых располагаются атомы, связанные ковалентными связями. К соединениям с атомной кристаллической решеткой относятся алмаз, германий, бор, красный фосфор Р, кремнезем SiO₂ и др. Из соединений, приведенных в задании, фосфорная кислота Н₃РО₄ и белый фосфор Р₄ имеют молекулярную кристаллическую решетку, кремнезем SiO₂ — атомную, а хлорид аммония NH₄Cl — ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 3.

Решение 2. Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, являются очень твердыми и тугоплавкими. Это обусловлено наличием прочных ковалентных связей между атомами, находящимися в узлах решетки. Так, оксид кремния(IV) SiO₂ (атомная решетка) — это твердое вещество с высокой температурой плавления, а оксид углерода(IV) СО₂ (молекулярная решетка) — газ при обычных условиях. Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, не проводят электрический ток (нет ионов) и могут быть достаточно хрупкими. Так, алмаз раскалывается при ударе.

Ответ: 1.

Решение 3. Молекулярная кристаллическая решетка — это решетка, в узлах которой находятся молекулы, между которыми действуют силы межмолекулярного взаимодействия. Молекулярные решетки характерны для неметаллов (Н₂, О₃, N₂, Сl₂, белый фосфор Р₄, S₈ и др.), для многих неорганических веществ (НСl, HNO₃, H₂SO₄, Н₂O, СO₂ и др.), для большинства органических веществ (СН₄, С₆Н₆, С₂Н₅ОН, СН₃СООН и др.). Среди веществ, перечисленных в задании, молекулярную решетку имеют: Н₂O, СO₂, H₂SO₄, НСl и O₃. Вещества CuO, K₂S, NaCl имеют ионные кристаллические решетки.

Ответ: 4.

Решение 4. Силы межмолекулярного взаимодействия существенно слабее химических связей, поэтому вещества с молекулярной кристаллической решеткой имеют низкие температуры плавления. Эти силы увеличиваются с увеличением объема молекул, поэтому они возрастают, например, в ряду F₂ — Cl₂ – Вr₂ – I₂. Это приводит к увеличению температур кипения и плавления веществ в этом ряду и обуславливает то, что при обычных условиях фтор и хлор — газы, бром — жидкость, а иод — твердое вещество, легко возгоняющееся при нагревании. Вещество, охарактеризованное в задании, имеет молекулярную кристаллическую решетку.

Ответ: 2.

Решение 5. Ионная кристаллическая решетка — это решетка, в узлах которой находятся положительные и отрицательные ионы, между которыми существует ионная связь. Ионные кристаллические решетки характерны для большинства солей (K₂SO₄, CH₃COONa и др.), для щелочей (NaOH, Ва(ОН)₂ и др.), для оксидов активных металлов (К₂O, СаО и др.). Из перечисленных в задании веществ фторид кальция CaF₂ имеет ионную кристаллическую решетку, медь — металлическую, а алмаз и оксид кремния(IV) — атомную кристаллическую решетку.

Ответ: 1.

Решение 6. Вещества с ионной кристаллической решеткой имеют высокие температуры плавления. Эти вещества (оксиды, соли, основания) являются твердыми при обычных условиях. При нагревании или растворении в воде эти вещества распадаются на ионы, и их расплавы и растворы проводят электрический ток. Вещества с ионной связью являются хрупкими веществами. В этой связи можно заключить, что вещество, описанное в задании, имеет ионную кристаллическую решетку.

Ответ: 4.

Решение 7. Металлическая кристаллическая решетка — это решетка, в узлах которой находятся атомы и положительные ионы металлов, связанные с помощью свободных электронов. Металлическая кристаллическая решетка характерна для металлов. Наличие свободных электронов обуславливает такие свойства металлов, как металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность. Металлы имеют сравнительно высокие температуры плавления. Наиболее тугоплавкий металл — вольфрам, наиболее легкоплавкий — ртуть. Описанные в задании свойства соответствуют металлической кристаллической решетке.

Ответ: 2.

Решение 8. Высокие температуры плавления и химическая стойкость характерны и для веществ, например, с атомной кристаллической решеткой. Наличие металлической связи обуславливает такие свойства металлов, как металлический блеск, электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность. Полезно запомнить, что в кристаллических решетках d-металлов помимо металлической связи возможны и ковалентные связи между атомами металлов, что приводит к увеличению твердости металлов, например хрома.

Ответ: 3.

Решение 9. Первое суждение справедливо: в соединениях с молекулярной кристаллической решеткой между молекулами существуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия. Поэтому эти соединения имеют низкие температуры плавления. Отсутствие в этих соединениях свободных электронов обуславливает крайне низкую их электропроводность.

Второе суждение неверно. Для соединений с атомной решеткой не характерны пластичность и высокая электропроводность. Алмаз, например, хрупок и может быть расколот при ударе. Алмаз в отличие от графита не проводит электрический ток. Справедливо только суждение А.

Ответ: 1.

Решение 10. Из перечисленных соединений молекулярные кристаллические решетки имеют водород Н₂, кислород О₂, угарный газ СО. Немолекулярное строение имеет металл железо, у которого металлическая кристаллическая решетка.

Ответ: 2.

Кристаллические решетки, подготовка к ЕГЭ по химии

Кристаллической решеткой называют пространственное расположение атомов или ионов в кристалле. Точки
кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Кристаллические решетки подразделяют на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Очень важно не перепутать вид химической связи и кристаллической решетки. Помните, что кристаллические решетки отражают
пространственное расположение атомов.

Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах молекулярной решетки расположены молекулы. При обычных условиях молекулярную решетку имеют большинство газов и жидкостей.
Связи чаще всего ковалентные полярные или неполярные.

Классическим примером вещества с молекулярной решеткой является вода, так что ассоциируйте свойства этих веществ с водой. Вещества с
молекулярной решеткой непрочные, имеют небольшую твердость, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, для них характерны небольшие
температуры кипения.

Примеры: NH₃, H₂O, Cl₂, CO₂, N₂, Br₂, H₂, I₂.
Особо хочется отметить белый фосфор, ромбическую, пластическую и моноклинную серу, фуллерен. Эти аллотропные модификации мы
подробно изучили в статье, посвященной классификации веществ.

Ионная кристаллическая решетка

В узлах ионной решетки находятся атомы, связанные ионной связью. Этот тип решетки характерен для веществ, обладающих ионной связь: соли,
оксиды и гидроксиды металлов.

Ассоциируйте этот ряд веществ с поваренной солью — NaCl. Веществе с ионной решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения, легко
растворимы в воде, хрупкие, твердые, их растворы и расплавы проводят электрический ток.

Примеры: NaCl, MgCl₂, NH₄Br, KNO₃, Li₂O, Na₃PO₄.

Металлическая кристаллическая решетка

В узлах металлической решетки находятся атомы металла. Этот тип решетки характерен для веществ, образованных металлической связью.

Ассоциируйте свойства этих веществ с медью. Они обладают характерным металлическим блеском, ковкие и пластичные, хорошо проводят
электрический ток и тепло, имеют высокие температуры плавления и кипения.

Примеры: Cu, Fe, Zn, Al, Cr, Mn.

Атомная кристаллическая решетка

В узлах атомной решетки находятся атомы, связанные ковалентной полярной или неполярной связью.

Ассоциируйте эти вещества с песком. Они очень твердые, очень тугоплавкие (высокая температура плавления), нелетучие, прочные,
нерастворимы в воде.

Примеры: SiO₂, B, Ge, SiC, Al₂O₃. Особенно хочется выделить: алмаз и графит (C), красный и черный фосфор (P).

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Тест на химические связи и типы строения веществ (кристаллические решетки).

Задание №1

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ионная связь

• 1. HClO₃
• 2. HClO₄
• 3. NH₄Cl
• 4. Ca(ClO₂)₂
• 5. Cl₂O₇

Решение

Задание №2

Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых тип химической связи такой же, как в молекуле фтора.

1) кислород

2) оксид азота (II)

3) бромоводород

4) иодид натрия

5) алмаз

Решение

Задание №3

Из предложенного перечня выберите два вещества, между молекулами которых образуются водородные связи.

• 1. C₂H₆
• 2. C₂H₅OH
• 3. H₂O
• 4. CH₃OCH₃
• 5. CH₃COCH₃

Решение

Задание №4

Из предложенного перечня выберите два соединения с ионной химической связью.

• 1. PCl₃
• 2. CO₂
• 3. NaCl
• 4. H₂S
• 5. MgO

Решение

Задание №5

Из предложенного перечня выберите два вещества с одинаковым типом строения.

1) вода

2) алмаз

3) кварц

4) поваренная соль

5) золото

Решение

Задание №6

Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму

• 1. CH₃NH₂
• 2. CCl₄
• 3. NH₄Cl
• 4. CH₃NH₃Br
• 5. SO₂Cl₂

Решение

Задание №7

Из предложенного перечня выберите два соединения, которые имеют молекулярную кристаллическую решетку.

• 1. Cs₂O
• 2. I₂
• 3. KBr
• 4. NaI
• 5. HCl

Решение

Задание №8

Из предложенного перечня выберите два вещества немолекулярного строения.

1) фтор

2) кислород

3) белый фосфор

4) бор

5) кремний

Решение

Задание №9

Из предложенного перечня выберите два соединения с наиболее прочными химическими связями.

• 1. Cl₂
• 2. Br₂
• 3. O₂
• 4. I₂
• 5. N₂

Решение

Задание №10

Из предложенного перечня выберите два соединения, в молекулах которых ковалентная связь образована одной общей электронной парой.

• 1. N₂
• 2. Cl₂
• 3. NO
• 4. HBr
• 5. O₂

Решение

Задание №11

Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых имеет место ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму.

• 1. NH₄NO₃
• 2. NH₃
• 3. NaAlO₂
• 4. K[Al(OH)₄]
• 5. HCl

Решение

Задание №12

Из предложенного перечня выберите два вещества с наиболее полярными связями.

• 1. HCl
• 2. HF
• 3. H₂O
• 4. H₂S
• 5. HI

Решение

Задание №13

Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых имеются и ковалентные полярные, и ионные связи.

• 1. NaCl
• 2. NaNO₃
• 3. Na₂SO₄
• 4. Na
• 5. H₂SO₄

Решение

Задание №14

Из предложенного перечня выберите два вещества с ионной связью.

1) кислород

2) вода

3) оксид углерода (IV)

4) хлорид натрия

5) оксид кальция

Решение

Задание №15

Из предложенного перечня выберите два вещества с таким же типом кристаллической решетки, как у алмаза.

1) кремнезем SiO₂

2) оксид натрия Na₂O

3) угарный газ CO

4) белый фосфор P₄

5) кремний Si

Решение

Задание №16

Из предложенного перечня выберите два вещества с ионной связью.

• 1. NH₄Cl
• 2. HCOONa
• 3. NH₃
• 4. HCOOH
• 5. CO

Решение

Задание №17

Из предложенного перечня выберите два вещества с наибольшей длиной химической связи в молекуле.

• 1. HF
• 2. HCl
• 3. HBr
• 4. HI
• 5. H₂O

Решение

Задание №18

Из предложенного перечня выберите два вещества с наиболее полярными связями

• 1. HI
• 2. H₂O
• 3. HBr
• 4. H₂S
• 5. NH₃

Решение

Задание №19

Из предложенного перечня выберите два вещества с атомной кристаллической решеткой.

• 1. Cl₂
• 2. B
• 3. Cu
• 4. Si
• 5. P₄

Решение

Задание №20

Из предложенного перечня выберите два вещества, с наиболее прочными ковалентными связями

• 1. F₂
• 2. I₂
• 3. Br₂
• 4. O₂
• 5. Cl₂

Решение

Задание №21

Из предложенного перечня выберите два вещества, в молекулах которых есть ковалентная неполярная связь.

1) гидроксид натрия

2) вода

3) метанол

4) этан

5) пероксид водорода

Решение

Задание №22

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества, которые имеют молекулярную кристаллическую решётку.

• 1. CO₂
• 2. SiO₂
• 3. NH₃
• 4. NaH
• 5. PbO₂

Решение

Задание №23

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества, для каждого из которых характерно наличие водородной связи между молекулами.

• 1. H₂
• 2. NH₃
• 3. C₆H₆
• 4. CH₃OH
• 5. C₆H₅CH₃

Решение

Задание №24

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества, которые имеют атомную кристаллическую решётку.

1) белый фосфор

2) сера

3) графит

4) кремний

5) натрий

Решение

Задание №25

Из предложенного перечня веществ выберите два соединения, в которых как минимум одна из ковалентных связей образована по донорно-акцепторному механизму.

• 1. LiOH
• 2. Li₃P
• 3. (NH₄)₂HPO₄
• 4. NH₄F
• 5. H₃PO₃

Решение

Задание №26

Из предложенного перечня веществ выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная полярная химическая связь.

1) оксид кремния

2) оксид лития

3) хлорид лития

4) силикат лития

5) кремний

Решение

Задание №27

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества, в которых присутствует ионная химическая связь.

• 1. H₂SO₄
• 2. KNO₃
• 3. PCl₃
• 4. KCl
• 5. H₃BO₃

Решение

Задание №28

Из предложенного перечня веществ выберите два соединения, в которых присутствует ионная связь.

1) хлороводород

2) хлорид натрия

3) оксид серы(IV)

4) аммиак

5) оксид натрия

Решение

Задание №29

Из предложенного перечня веществ выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная неполярная связь.

1) аммиак

2) иод

3) кислород

4) вода

5) метан

Решение

Задание №30

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная неполярная связь

1) метан

2) хлор

3) серная кислота

4) аммиак

5) йод

Решение

Задание №31

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная полярная связь

• 1. Na₂O
• 2. P₂O₅
• 3. Na
• 4. S₈
• 5. HCl

Решение

Задание №32

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые в твердом состоянии имеют ионную кристаллическую решетку:

1) фосфорная кислота

2) оксид серы (VI)

3) сухой лед

4) оксид рубидия

5) нитрат цезия

Решение

Задание №33

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые в твердом состоянии имеют молекулярную кристаллическую решетку:

• 1. BaO
• 2. CaI₂
• 3. CO
• 4. F₂
• 5. C(алмаз)

Решение

Задание №34

Из предложенного перечня веществ выберите два, в которых присутствует ковалентная неполярная связь

1) азот

2) аммиак

3) вода

4) хлор

5) бромоводород

Решение

Задание №35

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ионная связь:

1) оксид калия

2) оксид фосфора (III)

3) вода

4) йодоводород

5) фторид бария

Решение

Задание №36

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная неполярная связь

1) пероксид водорода

2) вода

3) хлор

4) углекислый газ

5) оксид лития

Решение

Задание №37

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых присутствует ионная связь:

• 1. NH₄NO₃
• 2. SrBr₂
• 3. H₂
• 4. H₃PO₄
• 5. N₂O

Решение

Задание №38

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых присутствует ковалентная неполярная связь

• 1. Al
• 2. P₄
• 3. NaH
• 4. этан
• 5. Fe₂O₃

Решение

Задание №39

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых присутствует ионная связь

• 1. Ca
• 2. P₄
• 3. NaH
• 4. этан
• 5. Cs₂O

Решение

Задание №40

Из предложенного перечня веществ, выберите два таких, строение которых относится к одному типу:

• 1. Cl₂
• 2. Fe
• 3. B
• 4. Si
• 5. NaCl

Решение

Задание №41

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют молекулярное строение:

• 1. NH₃
• 2. PCl₅
• 3. CaSO₄
• 4. RbH
• 5. C(графит)

Решение

Задание №42

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют ионную кристаллическую решетку

1) фторид стронция

2) уксусная кислота

3) сероводород

4) кремнезем

5) оксид лития

Решение

Задание №43

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ионная связь

1) гидрид рубидия

2) нитрат аммония

3) бор

4) вода

5) кремний

Решение

Задание №44

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые в твердом состоянии имеют атомную кристаллическую решетку

1) хлорид кремния (IV)

2) карбид кремния (IV)

3) хлор

4) кремний

5) белый фосфор

Решение

Задание №45

Из предложенного перечня веществ выберите два с ионной кристаллической решеткой в твердом состоянии

1) хлорид брома (I)

2) хлорид натрия

3) оксид серы (IV)

4) бор

5) йодид рубидия

Решение

Задание №46

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ионная химическая связь

• 1. SiC
• 2. Cs₂O
• 3. [CH₃NH₃]Cl
• 4. CH₃COOH
• 5. H₂SO₄

Решение

Задание №47

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют атомную кристаллическую решетку

1) хром

2) кремний

3) железо

4) кремнезем

5) сухой лед

Решение

Задание №48

Из предложенного перечня веществ выберите два с атомной кристаллической решеткой

1) бор

2) аммиак

3) бром

4) фосфат аммония

5) кварц

Решение

Задание №49

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют ионную кристаллическую решетку

1) фторид лития

2) нитрат аммония

3) хлорид кремния (IV)

4) сероводород

5) азотная кислота

Решение

Задание №50

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют молекулярную кристаллическую решетку

1) графит

2) угарный газ

3) метанол

4) карбид кремния

5) хлорид аммония

Решение

Задание №51

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная полярная связь

1) пероксид водорода

2) бром

3) бромид кальция

4) азотная кислота

5) марганец

Решение

Задание №53

Из предложенного перечня видов химических связей выберите два таких, которые присутствуют в гидрофосфате аммония

1) водородная

2) металлическая

3) ковалентная неполярная

4) ковалентная полярная

5) ионная

Решение

Задание №54

Из предложенного перечня веществ выберите два с немолекулярным строением

1) железо

2) хлор

3) углерод (графит)

4) белый фосфор

5) бром

Решение

Задание №55

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, для которых характерен одинаковый тип связи:

• 1. SiO₂
• 2. Mn
• 3. NH₃
• 4. B
• 5. NaCl

Решение

Задание №56

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют ионную кристаллическую решетку

• 1. (NH₄)₂SO₄
• 2. CH₃NH₂
• 3. NH₃
• 4. N₂
• 5. CH₃NH₃Cl

Решение

Задание №57

Из предложенного перечня веществ выберите два с молекулярным строением

1) кремний

2) водород

3) литий

4) йод

5) марганец

Решение

Задание №58

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют ионное строение

1) оксид кремния

2) хлорид калия

3) оксид азота (II)

4) оксид лития

5) оксид фосфора (III)

Решение

Задание №59

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют молекулярное строение

• 1. CH₃COOH
• 2. SiC
• 3. SiCl₄
• 4. CH₃OK
• 5. HCOONH₄

Решение

Задание №60

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствуют как ковалентные, так и ионные связи

• 1. H₂SO₄
• 2. HCl
• 3. (NH₄)₂HPO₄
• 4. Ca(NO₃)₂
• 5. Na₂S

Решение

Задание №61

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, которые имеют молекулярное строение

1) сухой лед

2) бор

3) йод

4) карборунд

5) бромид аммония

Решение

Задание №62

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная полярная связь:

1) фторид калия

2) фтороводородная кислота

3) литий

4) оксид углерода (IV)

5) йод

Решение

Задание №63

Из предложенного перечня видов химической связи выберите две, которые характерны для воды:

1) ионная

2) водородная

3) ковалентная неполярная

4) ковалентная полярная

5) металлическая

Решение

Задание №64

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная неполярная связь

1) пероксид водорода

2) бром

3) бромид кальция

4) азотная кислота

5) марганец

Решение

Задание №65

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых имеет место ковалентная полярная связь

1) хром

2) водород

3) пероксид водорода

4) бромид стронция

5) серная кислота

Решение

Задание №66

Из предложенного перечня видов химической связи выберите две, характерные для хлорида аммония:

1) водородная

2) ионная

3) ковалентная полярная

4) ковалентная неполярная

5) металлическая

Решение

Задание №67

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму:

• 1. NH₄Cl
• 2. Al₂O₃
• 3. Na[Al(OH)₄]
• 4. NH₃
• 5. SO₂Cl₂

Решение

Задание №68

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму:

• 1. H₂O₂
• 2. CH₃NH₃Cl
• 3. Ca(H₂PO₄)₂
• 4. PCl₅
• 5. NH₄HSO₄

Решение

Задание №69

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму:

• 1. CH₃COOK
• 2. CH₃NH₂
• 3. K₂[Zn(OH)₄]
• 4. CH₃NH₃Br
• 5. NH₂CH₂CH₂Cl

Решение

Задание №70

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в молекулах которых связь между атомами наиболее полярная:

• 1. HCl
• 2. HI
• 3. HF
• 4. H₂S
• 5. H₂O

Решение

Задание №71

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в молекулах которых связь между атомами наиболее полярная

• 1. H₂Se
• 2. PH₃
• 3. HF
• 4. H₂S
• 5. H₂O

Решение

Задание №72

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в молекулах которых связь между атомами наиболее прочная

• 1. Br₂
• 2. O₂
• 3. N₂
• 4. Cl₂
• 5. I₂

Решение

Задание №73

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества немолекулярного строения

1) карборунд

2) фтороводород

3) йод

4) кремний

5) аммиак

Решение

Задание №74

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует водородная связь:

• 1. CH₃COOH
• 2. KH
• 3. HF
• 4. H₂S
• 5. NaOH

Решение

Задание №75

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует водородная связь:

• 1. C₂H₆
• 2. NH₄Cl
• 3. NH₃
• 4. HCl
• 5. H₂O

Решение

Задание №76

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует водородная связь:

• 1. PH₃
• 2. C₂H₅OH
• 3. HI
• 4. H₂
• 5. CH₃NH₂

Решение

Задание №77

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму:

• 1. N₂O₃
• 2. Al₂O₃
• 3. CH₃NH₃Cl
• 4. NH₃
• 5. NH₄NO₃

Решение

Задание №78

Из предложенного перечня соединений выберите два с одинаковым типом химической связи:

1) фтор

2) алмаз

3) хлороводород

4) хлорид калия

5) марганец

Решение

Задание №79

Из предложенного перечня химических веществ выберите два таких, в которых присутствует ковалентная неполярная связь:

1) вода

2) пероксид водорода

3) метан

4) этан

5) марганец

Решение

Задание №80

Из предложенного перечня химических веществ выберите два таких, которые имеют наибольшие температуры плавления:

• 1. NaCl
• 2. SiO₂
• 3. P₄
• 4. C(алмаз)
• 5. SO₂

Решение

Задание №81

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток:

• 1. SiO₂
• 2. NaCl
• 3. P₄
• 4. Si
• 5. KOH

Решение

Задание №82

Из предложенного перечня химических веществ выберите два таких, которые имеют наиболее низкие температуры кипения:

1) бор

2) кислород

3) хлорид калия

4) железо

5) хлорид кремния (IV)

Решение

Задание №83

Из предложенного перечня водородных соединений выберите два, с наибольшими температурами кипения:

• 1. NH₃
• 2. KH
• 3. PH₃
• 4. CaH₂
• 5. H₂S

Решение

Задание №84

Из предложенного перечня соединений кремния выберите два с наиболее низкими температурами кипения:

• 1. SiH₄
• 2. SiO₂
• 3. SiCl₄
• 4. SiC
• 5. Si

Решение

Задание №85

Из предложенного перечня соединений выберите два, в которых есть как ковалентные полярные, так и ионные связи

1) пероксид водорода

2) серная кислота

3) нитрат натрия

4) бромид аммония

5) карборунд

Решение

Задание №86

Из предложенного перечня веществ выберите два таких, в которых присутствует водородная связь:

• 1. SiH₄
• 2. PH₃
• 3. NH₃
• 4. H₂S
• 5. H₂O

Решение

Задание №87

Из предложенного перечня выберите веществ выберите два вещества немолекулярного строения

1) белый фосфор

2) хром

3) азот

4) кремний

5) водород

Решение

Задание №88

Из предложенного перечня соединений выберите два с наиболее прочными связями

1) азот

2) хлор

3) кислород

4) йод

5) бром

Решение

Задание №89

Из предложенного перечня выберите два вещества с наиболее полярными связями

• 1. H₂O
• 2. NH₃
• 3. PH₃
• 4. H₂Se
• 5. HF

Решение

Задание №90

Из предложенного перечня соединений выберите два с типом химической связи как в алмазе:

• 1. SiO₂
• 2. HF
• 3. C(графит)
• 4. Cl₂
• 5. PCl₃

Решение

Задание №91

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых есть ковалентная неполярная связь

• 1. Li
• 2. CO₂
• 3. H₂O₂
• 4. Cr
• 5. C₂H₄

Решение

Задание №92

Из предложенного перечня соединений выберите два, в молекулах которых есть пи-связи

• 1. NH₃
• 2. SO₂
• 3. Cl₂
• 4. CH₄
• 5. SO₃

Решение

Задание №93

Из предложенного перечня характеристик выберите две, справедливые для веществ с молекулярным строением:

1) тугоплавкость

2) легкоплавкость

3) прочность в твердом состоянии

4) хрупкость в твердом состоянии

5) исключительно твердое агрегатное состояние в обычных условиях

Решение

Задание №94

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых прочность связи в молекуле наименьшая:

• 1. HF
• 2. HCl
• 3. HI
• 4. HBr
• 5. N₂

Решение

Задание №95

Из предложенного перечня характеристик выберите две, не относящиеся к веществам с ионным строением:

1) высокая электропроводность расплавов и водных растворов

2) в таких веществах может иметь место ковалентная связь

3) в обычных условиях являются твердыми

4) газообразное или жидкое состояние в обычных условиях

5) в таких веществах не бывает никаких химических связей кроме ионных

Решение

Задание №96

Из предложенного перечня характеристик выберите две, чаще всего справедливые для веществ с металлической структурной решеткой

1) низкая электропроводность

2) высокая электропроводность

3) высокая пластичность

4) газообразное состояние в обычных условиях

5) ковалентный тип связи между атомами

Решение

Задание №97

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых присутствует ковалентная неполярная связь

1) хром

2) этан

3) марганец

4) хлор

5) серная кислота

Решение

Ответ: 24

Задание №98

Из предложенного перечня веществ, выберите два с таким же типом химической связи как у кремния:

• 1. Cl₂
• 2. SiC
• 3. SiCl₄
• 4. H₂
• 5. Fe

Решение

Задание №99

Из предложенного перечня соединений выберите два таких, в которых есть водородная связь

• 1. NH₃
• 2. H₂S
• 3. CH₃CH₂NH₂
• 4. HCl
• 5. HI

Решение

Задание №100

Из предложенного перечня водородных соединений выберите два с наиболее низкими температурами плавления

• 1. AlH₃
• 2. NH₃
• 3. CaH₂
• 4. H₂Se
• 5. KH

Решение

типов кристаллов | Безграничная химия

Ионные кристаллы

Ионы в ионных кристаллах связаны друг с другом электростатическим притяжением.

Цели обучения

Опишите, как ионы образуют ионные кристаллы.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Ионы, связанные электростатическим притяжением, образуют ионные кристаллы. Их расположение варьируется в зависимости от размеров ионов или отношения радиусов (отношения радиусов положительного иона к отрицательному).Простая кубическая кристаллическая решетка имеет ионы, равномерно распределенные в трехмерном пространстве под углом 90 °.
• Стабильность ионных твердых тел зависит от энергии решетки, которая выделяется в виде тепла, когда два иона объединяются в твердое тело. Энергия решетки — это сумма всех взаимодействий внутри кристалла.
• Свойства ионных кристаллов отражают сильные взаимодействия, существующие между ионами. Они очень плохо проводят электричество, сильно поглощают инфракрасное излучение и легко раскалываются.Эти твердые вещества обычно довольно твердые и имеют высокие температуры плавления.

Ключевые термины

• энергия решетки : энергия, необходимая для разделения ионов твердого ионного тела (особенно кристалла) на бесконечное расстояние.
• кристаллическая решетка : регулярное трехмерное геометрическое расположение атомов, молекул или ионов в кристалле.
• ионный кристалл : класс кристаллов, состоящих из решетки ионов, удерживаемых вместе за счет электростатических взаимодействий; они демонстрируют сильное поглощение инфракрасного излучения и имеют плоскости, вдоль которых они легко раскалываются.

Кристаллическая форма ионных соединений

Ионный кристалл состоит из ионов, связанных вместе электростатическим притяжением. Расположение ионов в правильной геометрической структуре называется кристаллической решеткой. Примерами таких кристаллов являются галогениды щелочных металлов, которые включают:

• фторид калия (KF)
• хлорид калия (KCl)
• бромид калия (KBr)
• йодид калия (KI)
• фторид натрия (NaF)
• Другие комбинации ионов натрия, цезия, рубидия или лития с ионами фтора, бромида, хлорида или иодида

Эти твердые вещества, как правило, довольно твердые и имеют высокие температуры плавления, что отражает сильные взаимодействия между ионами с противоположным зарядом.Точное расположение ионов в решетке зависит от размера ионов в кристалле.

Пример использования: NaCl

Свойства NaCl отражают сильные взаимодействия, существующие между ионами. Это хороший проводник электричества в расплавленном состоянии (расплавленное состояние), но очень плохой в твердом состоянии. При плавлении подвижные ионы переносят заряд через жидкость. Кристаллы NaCl характеризуются сильным поглощением инфракрасного (ИК) излучения и имеют плоскости, вдоль которых они легко раскалываются.Структурно каждый ион в хлориде натрия окружен шестью соседними ионами с противоположным зарядом. Полученная кристаллическая решетка относится к типу, известному как «простая кубическая», что означает, что точки решетки равномерно разнесены во всех трех измерениях, а все углы ячеек составляют 90 °.

Кристаллическая структура NaCl : Сферы представляют собой ионы Na + и Cl-. Каждый ион окружен шестью другими ионами с противоположным зарядом, поэтому NaCl описывается как имеющий (6,6) координацию.

Как может один ион натрия, окруженный шестью ионами хлора (или наоборот) соответствовать простейшей (эмпирической) формуле NaCl? Ответ заключается в том, что каждый из этих шести ионов хлора находится в центре своего собственного октаэдра, вершины которого определяются шестью соседними ионами натрия.Может показаться, что это соответствует Na ₆ Cl ₆ , но обратите внимание, что центральный ион натрия, показанный на диаграмме, может претендовать только на одну шестую долю каждого из своих соседних хлорид-ионов. Таким образом, формула NaCl не просто простейшая формула, а правильно отражает стехиометрию соединения 1: 1. Как и во всех ионных структурах, здесь нет различимых «молекулярных» единиц, соответствующих простейшей формуле NaCl. Хлорид натрия, как практически все соли, представляет собой более энергетически предпочтительную конфигурацию натрия и хлора, чем элементы по отдельности.

Галит : Галит, или каменная соль, представляет собой минеральную форму хлорида натрия. Галит образует кубические кристаллы. Это происходит в минералах эвапоритов, образовавшихся в результате высыхания замкнутых озер и морей. Этот снимок был сделан в Величке, Польша, одной из старейших соляных шахт в мире.

Энергия образования ионных солей

Поскольку ионные соли имеют более низкую энергетическую конфигурацию, чем их отдельные элементы, реакции , образующие ионных твердых частиц, имеют тенденцию к высвобождению энергии.Например, когда натрий и хлор реагируют с образованием хлорида натрия:

Na (тв.) + ½Cl ₂ (г) → NaCl (тв.) + 404 кДж

Выделение 404 кДж энергии показывает, что образование твердого хлорида натрия является экзотермическим. Согласно второму закону термодинамики, высвобождаемая энергия распространяется в окружающую среду и, следовательно, не может вызвать обратную реакцию. Эта необратимость является основной причиной того, что хлорид натрия более стабилен, чем входящие в его состав элементы.

Энергия решетки

Когда ионы натрия и хлорида реагируют с образованием NaCl, выделяется 787 кДж / моль энергии:

Na ⁺ (г) + Cl ^— (г) → NaCl (т) + 787 кДж

Эта большая величина возникает из-за силы кулоновской силы между ионами противоположного заряда. Эта энергия является одним из определений энергии решетки: энергия, выделяемая, когда ионное твердое тело образуется из газообразных ионов, связывающихся вместе. Обратите внимание, что фактическое значение изменения энтальпии (ΔH ^o ) отрицательно (-787 кДж / моль).

Экзотермичность таких реакций приводит к стабильности ионных твердых веществ. То есть энергия необходима, чтобы разбить ионное твердое тело на составляющие элементы. (Это не следует путать с диссоциацией ионов соединения в растворе. Это другой процесс.) Эта эндотермическая реакция дает начало другому определению энергии решетки: энергии, которая должна быть затрачена на разложение ионного твердого вещества на газообразное. ионы.

Энергия решетки, в основном из-за кулоновского притяжения между каждым ионом и его ближайшими соседями (шесть в случае NaCl), на самом деле является суммой всех взаимодействий внутри кристалла.Энергии решетки нельзя измерить напрямую, но их можно оценить по энергиям других процессов.

Плотно упакованные конструкции

Наиболее энергетически стабильным расположением твердых тел, состоящих из идентичных молекулярных единиц, обычно являются те, в которых имеется минимум пустого пространства. Они известны как плотноупакованные структуры и бывают нескольких видов.

В ионных твердых телах даже простейшей стехиометрии 1: 1 положительные и отрицательные ионы обычно настолько различаются по размеру, что упаковка часто оказывается гораздо менее эффективной.Это может привести к тому, что твердое тело примет геометрию решетки, отличную от той, которая проиллюстрирована выше для NaCl.

Рассмотрим структуру хлорида цезия CsCl. Радиус иона Cs ⁺ составляет 168 пм (по сравнению с 98 пм для Na ⁺ ) и никак не может поместиться в октаэдрическое отверстие простой кубической решетки хлорид-ионов (ионный радиус 181 пм). Поэтому решетка CsCl имеет другое устройство.

Структура CsCl : В CsCl ионы металлов смещены в центр каждого кубического элемента решетки иона Cl ––.Каждый ион цезия имеет восемь ближайших соседних ионов хлорида, в то время как каждый ион хлорида также окружен восемью ионами цезия в координации (8,8).

Два типа структур решетки, примером которых являются NaCl и CsCl, обнаруживаются в большом количестве других ионных твердых веществ 1: 1, и эти названия используются в общем для описания структур этих других соединений. Существует много других фундаментальных структур решетки (не все кубические), но двух описанных здесь достаточно, чтобы проиллюстрировать то, что отношение радиусов (отношение радиусов положительного иона к отрицательному) играет важную роль в структурах простые ионные твердые тела.

Ковалентные кристаллы

Атомы в ковалентных твердых телах ковалентно связаны со своими соседями, создавая, по сути, одну гигантскую молекулу.

Цели обучения

Обсудить свойства ковалентных кристаллов или сетчатых тел

Основные выводы

Ключевые моменты

• Ковалентные (или сетчатые) твердые тела представляют собой соединения с расширенной решеткой, в которых каждый атом ковалентно связан со своими ближайшими соседями. Поскольку нет делокализованных электронов, ковалентные твердые тела не проводят электричество.
• Перестройка или разрыв ковалентных связей требует большого количества энергии; следовательно, ковалентные твердые вещества имеют высокие температуры плавления.
• Ковалентные связи чрезвычайно прочные, поэтому ковалентные твердые вещества очень твердые. Обычно ковалентные твердые вещества нерастворимы из-за сложности сольватации очень больших молекул.
• Алмаз — самый твердый из известных материалов, а кубический нитрид бора (BN) — второй по твердости. Карбид кремния (SiC) очень сложен по структуре и имеет не менее 70 кристаллических форм.

Ключевые термины

• твердое тело с ковалентной сеткой : твердое тело, образованное, когда атомы ковалентно связаны в непрерывную протяженную сеть.
• ковалентная связь : Тип химической связи, при которой два атома соединяются друг с другом за счет совместного использования двух или более электронов.
• алмаз : мерцающий стеклоподобный минерал, представляющий собой аллотроп углерода, в котором каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами с тетраэдрической геометрией.
• карбид : соединение, состоящее из углерода и менее электроотрицательного элемента.
• аллотроп : Другая форма элемента в его естественном состоянии. Например, кислород содержится преимущественно в двух формах: O2 и O3 (озон).

Твердые тела ковалентной сети

Ковалентная связь — это химическая связь, которая включает обмен парами электронов между атомами. Это совместное использование приводит к стабильному балансу сил притяжения и отталкивания между этими атомами.Ковалентные твердые вещества представляют собой класс соединений с расширенной решеткой, в которых каждый атом ковалентно связан со своими ближайшими соседями. Это означает, что, по сути, весь кристалл представляет собой одну гигантскую молекулу. Чрезвычайно сильные связывающие силы, которые соединяют все соседние атомы, объясняют чрезвычайную твердость этих твердых тел. Их нельзя сломать или истереть без разрыва большого количества ковалентных химических связей. Точно так же ковалентное твердое тело не может «плавиться» в обычном смысле слова, поскольку весь кристалл представляет собой одну гигантскую молекулу.При нагревании до очень высоких температур эти твердые вещества обычно разлагаются на элементы.

Еще одним свойством твердых тел с ковалентной сеткой является плохая электропроводность, поскольку в них нет делокализованных электронов. В расплавленном состоянии, в отличие от ионных соединений, вещество все еще не может проводить электричество, поскольку макромолекула состоит из незаряженных атомов, а не из ионов. (Это также противоречит большинству форм металлических связей.)

Пример использования: аллотропы углерода

Графит — это аллотроп углерода.В этом аллотропе каждый атом углерода образует три ковалентные связи, оставляя один электрон на каждой внешней орбитали делокализованным, создавая множество «свободных электронов» в каждой плоскости углерода. Это придает графиту электропроводность. Его точка плавления высока из-за большого количества энергии, необходимой для перестройки ковалентных связей. Это также довольно сложно из-за сильной ковалентной связи по всей решетке. Однако из-за плоских связей между атомами углерода слои в графите могут легко перемещаться, поэтому вещество становится пластичным.Это объясняет использование графита в карандашах, где слои углерода «проливаются» на бумагу («грифель» карандаша обычно представляет собой смесь графита и глины и был изобретен для этого использования в 1795 году). Графит обычно нерастворим в каком-либо растворителе из-за сложности сольватации очень больших молекул.

Алмаз и графит: два аллотропа углерода : Эти два аллотропа углерода представляют собой твердые тела с ковалентной сеткой, которые различаются геометрией связи атомов углерода. В алмазе связь происходит в тетраэдрической геометрии, в то время как в графите атомы углерода связаны друг с другом в тригональной плоскости.Это различие объясняет совершенно разные внешний вид и свойства этих двух форм углерода.

Алмаз также представляет собой аллотроп углерода. Алмаз — самый твердый из известных материалов, определяющий верхний предел шкалы твердости от 1 до 10, известной как шкала твердости Мооса. Алмаз нельзя расплавить; выше 1700 ° C он превращается в графит, более стабильную форму углерода. Элементарная ячейка алмаза имеет гранецентрированную кубическую форму и содержит восемь атомов углерода.

Другие примеры

Нитрид бора (BN) похож на углерод, потому что он существует как алмазоподобный кубический полиморф, а также в гексагональной форме, подобной графиту.

Гексагональный нитрид бора : Гексагональный нитрид бора, двумерный материал, по структуре подобен графиту.

Кубический нитрид бора — второй по твердости материал после алмаза, он используется в промышленных абразивах и режущих инструментах.

Кубический нитрид бора : Кубический нитрид бора имеет кристаллическую структуру, которую можно построить, заменяя каждые два атома углерода в алмазе одним атомом бора и одним атомом азота.Кубический нитрид бора — второй по твердости материал после алмаза.

В последнее время интерес к нитриду бора был сосредоточен на его углеродоподобной способности образовывать нанотрубки и связанные с ними наноструктуры.

Карбид кремния (SiC) также известен как карборунд. Его структура очень похожа на структуру алмаза, где каждый второй углерод заменен кремнием. Карбид кремния существует примерно в 250 кристаллических формах. Он используется в основном в синтетической форме, потому что в природе встречается крайне редко. Он содержится в метеорите определенного типа, который, как считается, произошел за пределами нашей солнечной системы.Первые светодиоды, использованные в высокоэффективном освещении, были основаны на SiC.

При нагревании при атмосферном давлении он разлагается при 2700 ° C, но никогда не наблюдалось плавления. Конструктивно карбид кремния очень сложен; идентифицировано по крайней мере 70 кристаллических форм. Его чрезвычайная твердость и простота синтеза привели к разнообразным применениям — в режущих инструментах и ​​абразивных материалах, высокотемпературных полупроводниках и других высокотемпературных приложениях, производстве специальных сталей и ювелирных изделий и многого другого.Карбид вольфрама (WC), вероятно, является наиболее широко распространенным ковалентным твердым телом из-за его использования в твердосплавных режущих инструментах и ​​в качестве материала, используемого для изготовления вращающихся шариков в шариковых ручках. Он имеет высокую температуру плавления (2870 ° C) и структуру, аналогичную структуре алмаза, но немного менее твердую. Во многих сферах применения он заключен в более мягкую матрицу кобальта или покрыт соединениями титана.

Карбид кремния : Карбид кремния — чрезвычайно редкий минерал и в природе чаще всего встречается в определенных типах метеоритов.

Молекулярные кристаллы

Молекулы, удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса, образуют молекулярные твердые тела.

Цели обучения

Обсудите свойства молекулярных кристаллов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Молекулярное твердое тело состоит из молекул, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса. Его свойства продиктованы слабой природой этих межмолекулярных сил. Молекулярные твердые вещества мягкие, часто летучие, имеют низкие температуры плавления и являются электрическими изоляторами.
• Классы молекулярных твердых веществ включают органические соединения, состоящие из углерода и водорода, фуллеренов, галогенов (F, Cl и т. Д.), Халькогенов (O, S и т. Д.) И пниктогенов (N, P и т. Д.).
• Более крупные молекулы менее летучие и имеют более высокие температуры плавления, поскольку их дисперсионные силы увеличиваются с увеличением числа атомов. Уменьшение связывания внешних электронов с ядром также увеличивает ван-дер-ваальсовы взаимодействия атома из-за его повышенной поляризуемости.

Ключевые термины

• межмолекулярная сила : любое из взаимодействий притяжения, которое происходит между атомами или молекулами в образце вещества.
• Сила Ван-дер-Ваальса : Силы притяжения между молекулами (или между частями одной и той же молекулы). К ним относятся взаимодействия между частичными зарядами (водородные связи и диполь-дипольные взаимодействия) и более слабые силы лондонской дисперсии.
• молекулярное твердое тело : твердое тело, состоящее из молекул, удерживаемых вместе межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса.
• легирование : Преднамеренное введение примесей в образец вещества с целью изменения его электрических свойств.

Природа межмолекулярных сил

Напомним, что молекула определяется как дискретная совокупность атомов, достаточно прочно связанных вместе направленными ковалентными силами, позволяющими ей сохранять свою индивидуальность при растворении, плавлении или испарении вещества. Два слова, выделенные курсивом в предыдущем предложении, очень важны. Ковалентная связь подразумевает, что силы, действующие между атомами в пределах молекулы ( внутри молекулы ), намного сильнее, чем силы, действующие между молекулами ( между молекулами ). Направленное свойство ковалентной связи придает каждой молекуле отличительную форму, которая влияет на ряд его свойств.

Жидкости и твердые вещества, состоящие из молекул, удерживаются вместе ван-дер-ваальсовыми (или межмолекулярными) силами, и многие из их свойств отражают это слабое связывание. Молекулярные твердые вещества имеют тенденцию быть мягкими или деформируемыми, имеют низкие температуры плавления и часто достаточно летучие, чтобы испаряться непосредственно в газовую фазу. Последнее свойство часто придает таким твердым веществам характерный запах. В то время как характерная температура плавления металлов и ионных твердых веществ составляет ~ 1000 ° C, большинство молекулярных твердых веществ плавятся значительно ниже ~ 300 ° C.Таким образом, многие соответствующие вещества являются жидкими (вода) или газообразными (кислород) при комнатной температуре.

Молекулярные твердые вещества также имеют относительно низкую плотность и твердость. Вовлеченные элементы легкие, а межмолекулярные связи относительно длинные и, следовательно, слабые. Из-за нейтральности заряда составляющих молекул и из-за большого расстояния между ними молекулярные твердые тела являются электрическими изоляторами.

Поскольку дисперсионные силы и другие силы Ван-дер-Ваальса увеличиваются с увеличением числа атомов, большие молекулы, как правило, менее летучие и имеют более высокие температуры плавления, чем меньшие.Кроме того, при движении вниз по столбцу в периодической таблице внешние электроны более слабо связаны с ядром, увеличивая поляризуемость атома и, следовательно, его склонность к взаимодействиям типа ван-дер-Ваальса. Этот эффект особенно очевиден при повышении температуры кипения последовательно более тяжелых элементов из благородных газов.

Интерактивное: заряженные и нейтральные атомы : В этой модели показаны два вида сил притяжения: кулоновские силы (притяжение между ионами) и силы Ван-дер-Ваальса (дополнительная сила притяжения между всеми атомами).Какие паттерны образуются с заряженными и нейтральными атомами? Как изменение притяжения Ван-дер-Ваальса или зарядки атомов влияет на температуру плавления и кипения вещества?

Пример использования: Phosphorus

Термин «молекулярное твердое вещество» может относиться не к определенному химическому составу, а к определенной форме материала. Например, твердый фосфор может кристаллизоваться в различных аллотропах, называемых «белым», «красным» и «черным» фосфором.

• Белый фосфор образует молекулярные кристаллы, состоящие из тетраэдрических молекул P ₄ .Молекулярный твердый белый фосфор имеет относительно низкую плотность 1,82 г / см ³ и температуру плавления 44,1 ° C; это мягкий материал, который можно разрезать ножом.
• Нагревание при атмосферном давлении до 250 ° C или воздействие солнечного света превращает белый фосфор в красный фосфор, в котором тетраэдры P ₄ больше не изолированы, а связаны ковалентными связями в полимероподобные цепи.
• При нагревании белого фосфора под высоким давлением (ГПа) он превращается в черный фосфор, который имеет слоистую графитоподобную структуру.

Когда белый фосфор превращается в ковалентный красный фосфор, его плотность увеличивается до 2,2–2,4 г / см. ³ , а температура плавления — до 590 ° C; когда белый фосфор превращается в (также ковалентный) черный фосфор, плотность становится 2,69–3,8 г / см ³ с температурой плавления ~ 200 ° C.

И красный, и черный фосфор значительно тверже белого фосфора. Хотя белый фосфор является изолятором, черный аллотроп, состоящий из слоев, простирающихся по всему кристаллу, действительно проводит электричество.Структурные переходы в фосфоре обратимы: при высвобождении высокого давления черный фосфор постепенно превращается в красный аллотроп, а при испарении красного фосфора при 490 ° C в инертной атмосфере и конденсации пара ковалентный красный фосфор может снова превратиться в белый молекулярное твердое вещество.

Точно так же желтый мышьяк представляет собой твердое молекулярное вещество, состоящее из звеньев As ₄ ; он метастабилен и постепенно превращается в серый мышьяк при нагревании или освещении.Каждая из определенных форм серы и селена состоит из звеньев S ₈ или Se ₈ и в условиях окружающей среды является твердым молекулярным веществом. Однако они могут превращаться в ковалентные аллотропы, имеющие атомные цепи, простирающиеся по всему кристаллу.

Классы молекулярных твердых тел

Подавляющее большинство молекулярных твердых веществ можно отнести к органическим соединениям, содержащим углерод и водород, таким как углеводороды (C _n H _m ). Другой важный класс — сферические молекулы, состоящие из разного числа атомов углерода, называемые фуллеренами.Менее многочисленными, но отличительными молекулярными твердыми веществами являются галогены (например, Cl ₂ ) и их соединения с водородом (например, HCl), а также легкие халькогены (например, O ₂ ) и пниктогены (например, N ₂ ). ).

Проводимость молекулярных твердых тел может быть вызвана «легированием» фуллеренов (например, C ₆₀ ). Его твердая форма является изолятором, потому что все валентные электроны атомов углерода участвуют в ковалентных связях внутри отдельных молекул углерода. Однако вставка (интеркалирование) атомов щелочного металла между молекулами фуллерена дает дополнительные электроны, которые могут легко ионизироваться атомами металла и делать материал проводящим и даже сверхпроводящим.

Кристаллы фуллерена : Твердый фуллерен является изолятором, но он может стать сверхпроводником, если интеркалирующие ионы металла вставлены между молекулами фуллерена (C ₆₀ ).

Металлические кристаллы

Металлические кристаллы удерживаются вместе металлическими связями, электростатическим взаимодействием между катионами и делокализованными электронами.

Цели обучения

Опишите металлические кристаллы.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Атомы в металлах теряют электроны с образованием катионов.Ионы окружены делокализованными электронами. Металлические связи (электростатические взаимодействия между ионами и электронным облаком) удерживают металлическое твердое тело вместе. Атомы расположены в виде плотно упакованных сфер.
• Поскольку внешние электроны атомов металлов делокализованы и очень подвижны, металлы обладают электрической и теплопроводностью. Модель свободных электронов может использоваться для расчета электропроводности, а также вклада электронов в теплоемкость и теплопроводность металлов.
• Металлы пластичны или способны к пластической деформации. Закон Гука описывает обратимую упругую деформацию металлов, в которой напряжение линейно пропорционально деформации. Силы, превышающие предел упругости, или нагрев могут вызвать необратимую деформацию объекта.
• В целом металлы более плотные, чем неметаллы. Это связано с плотно упакованной кристаллической решеткой металлической структуры. Чем больше количество делокализованных электронов, тем прочнее металлические связи.

Ключевые термины

• металлическая связь : химическая связь, в которой подвижные электроны распределены между многими ядрами; это приводит к электрической проводимости.
• металл : Любой из ряда химических элементов в периодической таблице, которые образуют металлическую связь с атомами других металлов. Обычно он блестящий, податливый и проводник тепла и электричества.

Металлические свойства

В металле атомы легко теряют электроны с образованием положительных ионов (катионов).Эти ионы окружены делокализованными электронами, которые отвечают за проводимость. Образовавшееся твердое тело удерживается вместе за счет электростатических взаимодействий между ионами и электронным облаком. Эти взаимодействия называются металлическими связями. Металлическое соединение определяет многие физические свойства металлов, такие как прочность, пластичность, пластичность, тепловая и электрическая проводимость, непрозрачность и блеск.

Металлическая связь : Слабосвязанные и подвижные электроны окружают положительные ядра атомов металлов.

Металлическую связь, понимаемую как разделение «свободных» электронов между решеткой положительно заряженных ионов (катионов), иногда сравнивают со связью расплавленных солей; однако эта упрощенная точка зрения верна для очень небольшого числа металлов. С квантово-механической точки зрения, проводящие электроны распределяют свою плотность одинаково по всем атомам, которые функционируют как нейтральные (незаряженные) объекты.

Атомы в металлах расположены в виде плотно упакованных сфер, и особенно распространены две модели упаковки: объемно-центрированная кубическая, в которой каждый металл окружен восемью эквивалентными металлами, и гранецентрированная кубическая, в которой металлы окружены шестью соседними атомы.Некоторые металлы принимают обе структуры в зависимости от температуры.

Металлы в целом обладают высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью и высокой плотностью. Как правило, они деформируются (податливы) под действием напряжения без скалывания. Некоторые металлы (щелочные и щелочноземельные металлы) имеют низкую плотность, низкую твердость и низкие температуры плавления. По оптическим свойствам металлы непрозрачны, блестят и блестят.

Точка плавления и прочность

Прочность металла определяется электростатическим притяжением между решеткой положительных ионов и «морем» валентных электронов, в которое они погружены.Чем больше ядерный заряд (атомный номер) атомного ядра и чем меньше размер атома, тем сильнее это притяжение. В целом переходные металлы с их d-электронами валентного уровня сильнее и имеют более высокие температуры плавления:

• Fe, 1539 ° С
• Re, 3180 ° С
• Os, 2727 ° С
• Вт, 3380 ° С.

Большинство металлов имеют более высокую плотность, чем большинство неметаллов. Тем не менее, плотность металлов сильно различается.Литий (Li) — наименее плотный твердый элемент, а осмий (Os) — самый плотный. Металлы групп IA и IIA называются легкими металлами, потому что они являются исключениями из этого обобщения. Высокая плотность большинства металлов обусловлена ​​плотноупакованной кристаллической решеткой металлической структуры.

Электропроводность: почему металлы являются хорошими проводниками?

Чтобы вещество проводило электричество, оно должно содержать заряженные частицы (носители заряда), которые достаточно подвижны, чтобы двигаться в ответ на приложенное электрическое поле.В случае ионных соединений в водных растворах эту функцию выполняют сами ионы. То же самое верно и для ионных соединений при плавлении. Ионные твердые тела содержат одни и те же носители заряда, но, поскольку они зафиксированы на месте, эти твердые тела являются изоляторами.

В металлах носителями заряда являются электроны, и поскольку они свободно перемещаются через решетку, металлы обладают высокой проводимостью. Очень малая масса и инерция электронов позволяют им проводить высокочастотные переменные токи, чего не могут делать растворы электролитов.

Электропроводность, а также вклад электронов в теплоемкость и теплопроводность металлов можно рассчитать по модели свободных электронов , которая не учитывает детальную структуру ионной решетки , а не .

Механические свойства

Механические свойства металлов включают ковкость и пластичность, что означает способность к пластической деформации. Обратимая упругая деформация в металлах может быть описана законом Гука для восстанавливающих сил, в котором напряжение линейно пропорционально деформации.Приложенное тепло или силы, превышающие предел упругости, могут вызвать необратимую деформацию объекта, известную как пластическая деформация или пластичность.

Металлические твердые тела известны и ценятся за эти качества, которые проистекают из ненаправленной природы притяжения между атомными ядрами и морем электронов. Связь в ионных или ковалентных твердых телах может быть более прочной, но она также является направленной, что делает эти твердые тела хрупкими и подверженными разрушению, например, при ударе молотком.Напротив, металл с большей вероятностью будет просто деформирован или помят.

Хотя металлы имеют черный цвет из-за их способности одинаково поглощать все длины волн, золото (Au) имеет характерный цвет. Согласно специальной теории относительности, увеличенная масса электронов внутренней оболочки, имеющих очень высокий импульс, заставляет орбитали сжиматься. Поскольку внешние электроны менее подвержены влиянию, поглощение синего света увеличивается, что приводит к усиленному отражению желтого и красного света.

Золото : Золото — благородный металл; он устойчив к коррозии и окислению.

ионных кристаллов | Введение в химию

Цель обучения

• Опишите, как ионы образуют ионные кристаллы.

Ключевые моменты

• Ионы, связанные электростатическим притяжением, образуют ионные кристаллы. Их расположение варьируется в зависимости от размеров ионов или отношения радиусов (отношения радиусов положительного иона к отрицательному). Простая кубическая кристаллическая решетка имеет ионы, равномерно распределенные в трехмерном пространстве под углом 90 °.
• Стабильность ионных твердых тел зависит от энергии решетки, которая выделяется в виде тепла, когда два иона объединяются в твердое тело. Энергия решетки — это сумма всех взаимодействий внутри кристалла.
• Свойства ионных кристаллов отражают сильные взаимодействия, существующие между ионами. Они очень плохо проводят электричество, сильно поглощают инфракрасное излучение и легко раскалываются. Эти твердые вещества обычно довольно твердые и имеют высокие температуры плавления.

Условия

• ионный кристалл Класс кристаллов, состоящих из решетки ионов, удерживаемых вместе за счет электростатических взаимодействий; они демонстрируют сильное поглощение инфракрасного излучения и имеют плоскости, вдоль которых они легко раскалываются.
• кристаллическая решетка: Регулярное трехмерное геометрическое расположение атомов, молекул или ионов в кристалле.
• энергия решетки Энергия, необходимая для разделения ионов твердого ионного тела (особенно кристалла) на бесконечное расстояние друг от друга.

Кристаллическая форма ионных соединений

Ионный кристалл состоит из ионов, связанных вместе электростатическим притяжением. Расположение ионов в правильной геометрической структуре называется кристаллической решеткой. Примерами таких кристаллов являются галогениды щелочных металлов, которые включают:

• фторид калия (KF)
• хлорид калия (KCl)
• бромид калия (KBr)
• йодид калия (KI)
• фторид натрия (NaF)
• Другие комбинации ионов натрия, цезия, рубидия или лития с ионами фтора, бромида, хлорида или иодида

Эти твердые вещества, как правило, довольно твердые и имеют высокие температуры плавления, что отражает сильные взаимодействия между ионами с противоположным зарядом.Точное расположение ионов в решетке зависит от размера ионов в кристалле.

Пример использования: NaCl

Свойства NaCl отражают сильные взаимодействия, существующие между ионами. Это хороший проводник электричества в расплавленном состоянии (расплавленное состояние), но очень плохой в твердом состоянии. При плавлении подвижные ионы переносят заряд через жидкость. Кристаллы NaCl характеризуются сильным поглощением инфракрасного (ИК) излучения и имеют плоскости, вдоль которых они легко раскалываются.Структурно каждый ион в хлориде натрия окружен шестью соседними ионами с противоположным зарядом. Полученная кристаллическая решетка относится к типу, известному как «простая кубическая», что означает, что точки решетки равномерно разнесены во всех трех измерениях, а все углы ячеек составляют 90 °.

Кристаллическая структура NaCl Сферы представляют собой ионы Na + и Cl-. Каждый ион окружен шестью другими ионами с противоположным зарядом, поэтому NaCl описывается как имеющий (6,6) координацию.

Как может один ион натрия, окруженный шестью ионами хлора (или наоборот) соответствовать простейшей (эмпирической) формуле NaCl? Ответ заключается в том, что каждый из этих шести ионов хлора находится в центре своего собственного октаэдра, вершины которого определяются шестью соседними ионами натрия.Может показаться, что это соответствует Na ₆ Cl ₆ , но обратите внимание, что центральный ион натрия, показанный на диаграмме, может претендовать только на одну шестую долю каждого из своих соседних хлорид-ионов. Таким образом, формула NaCl не просто простейшая формула, а правильно отражает стехиометрию соединения 1: 1. Как и во всех ионных структурах, здесь нет различимых «молекулярных» единиц, соответствующих простейшей формуле NaCl. Хлорид натрия, как практически все соли, представляет собой более энергетически предпочтительную конфигурацию натрия и хлора, чем элементы по отдельности.

Галит Галит, или каменная соль, представляет собой минеральную форму хлорида натрия. Галит образует кубические кристаллы. Это происходит в минералах эвапоритов, образовавшихся в результате высыхания замкнутых озер и морей. Этот снимок был сделан в Величке, Польша, одной из старейших соляных шахт в мире.

Энергия образования ионных солей

Поскольку ионные соли имеют более низкую энергетическую конфигурацию, чем их отдельные элементы, реакции , образующие ионных твердых частиц, имеют тенденцию к высвобождению энергии.Например, когда натрий и хлор реагируют с образованием хлорида натрия:

Na (тв.) + ½Cl ₂ (г) → NaCl (тв.) + 404 кДж

Выделение 404 кДж энергии показывает, что образование твердого хлорида натрия является экзотермическим. Согласно второму закону термодинамики, высвобождаемая энергия распространяется в окружающую среду и, следовательно, не может вызвать обратную реакцию. Эта необратимость является основной причиной того, что хлорид натрия более стабилен, чем входящие в его состав элементы.

Энергия решетки

Когда ионы натрия и хлорида реагируют с образованием NaCl, выделяется 787 кДж / моль энергии:

Na ⁺ (г) + Cl ^— (г) → NaCl (т) + 787 кДж

Эта большая величина возникает из-за силы кулоновской силы между ионами противоположного заряда. Эта энергия является одним из определений энергии решетки: энергия, выделяемая, когда ионное твердое тело образуется из газообразных ионов, связывающихся вместе. Обратите внимание, что фактическое значение изменения энтальпии (ΔH ^o ) отрицательно (-787 кДж / моль).

Экзотермичность таких реакций приводит к стабильности ионных твердых веществ. То есть энергия необходима, чтобы разбить ионное твердое тело на составляющие элементы. (Это не следует путать с диссоциацией ионов соединения в растворе. Это другой процесс.) Эта эндотермическая реакция дает начало другому определению энергии решетки: энергии, которая должна быть затрачена на разложение ионного твердого вещества на газообразное. ионы.

Энергия решетки, в основном из-за кулоновского притяжения между каждым ионом и его ближайшими соседями (шесть в случае NaCl), на самом деле является суммой всех взаимодействий внутри кристалла.Энергии решетки нельзя измерить напрямую, но их можно оценить по энергиям других процессов.

Плотно упакованные конструкции

Наиболее энергетически стабильным расположением твердых тел, состоящих из идентичных молекулярных единиц, обычно являются те, в которых имеется минимум пустого пространства. Они известны как плотноупакованные структуры и бывают нескольких видов.

В ионных твердых телах даже простейшей стехиометрии 1: 1 положительные и отрицательные ионы обычно настолько различаются по размеру, что упаковка часто оказывается гораздо менее эффективной.Это может привести к тому, что твердое тело примет геометрию решетки, отличную от той, которая проиллюстрирована выше для NaCl.

Рассмотрим структуру хлорида цезия CsCl. Радиус иона Cs ⁺ составляет 168 пм (по сравнению с 98 пм для Na ⁺ ) и никак не может поместиться в октаэдрическое отверстие простой кубической решетки хлорид-ионов (ионный радиус 181 пм). Поэтому решетка CsCl имеет другое устройство.

Структура CsCl В CsCl ионы металлов смещены в центр каждого кубического элемента решетки иона Cl ––.Каждый ион цезия имеет восемь ближайших соседних ионов хлорида, в то время как каждый ион хлорида также окружен восемью ионами цезия в координации (8,8).

Два типа структур решетки, примером которых являются NaCl и CsCl, обнаруживаются в большом количестве других ионных твердых веществ 1: 1, и эти названия используются в общем для описания структур этих других соединений. Существует много других фундаментальных структур решетки (не все кубические), но двух описанных здесь достаточно, чтобы проиллюстрировать то, что отношение радиусов (отношение радиусов положительного иона к отрицательному) играет важную роль в структурах простые ионные твердые тела.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

8.7: Ионная кристаллическая структура — Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Ионная кристаллическая структура
2. Резюме
3. Авторы и авторства

Кристаллы встречаются везде, где расположены химические отложения.Кристаллы рубина чрезвычайно ценны как из-за красоты рубина, так и из-за его использования в таком оборудовании, как лазеры. Некоторые утверждают, что кристаллы обладают волшебными качествами. По мнению других, «магия» заключается в регулярной структуре кристалла, поскольку катионы и анионы выстраиваются в правильном порядке.

Ионная кристаллическая структура

Электронно-точечные диаграммы показывают природу переноса электронов между атомами металла и неметалла. Однако ионные соединения не существуют в виде отдельных молекул, как можно предположить из точечных диаграмм.Чтобы минимизировать потенциальную энергию системы, ионные соединения принимают форму расширенного трехмерного массива чередующихся катионов и анионов. Это максимизирует силы притяжения между противоположно заряженными ионами. На рисунке ниже показаны два разных способа представления ионной кристаллической решетки. Модель мяча и клюшки позволяет легче увидеть, как отдельные ионы ориентированы относительно друг друга. Диаграмма заполнения пространства является более точным представлением того, как ионы упаковываются вместе в кристалле .-} \) ионы. (A) В увеличенном виде расстояния между ионами преувеличены, что упрощает отображение координационных чисел каждого иона. (B) В модели заполнения пространства электронные облака ионов контактируют друг с другом.

Встречающийся в природе хлорид натрия (галит) на первый взгляд не выглядит так, как на схемах, показанных выше. Только когда мы используем современные методы анализа кристаллической структуры на атомном уровне, мы можем увидеть истинную регулярность организованных ионов.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Кристаллы галита.

Сводка

• Ионные соединения представляют собой протяженные трехмерные массивы катионов и анионов.
• Такое расположение максимизирует силу притяжения между ионами с противоположным зарядом.

Авторы и авторство

• Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

примеров ионных кристаллов

Ионные кристаллы представляют собой уникальную структуру, созданную, когда два иона электрически притягиваются друг к другу.Эту уникальную связь можно найти в том, что нравится нам всем: в поваренной соли. Погрузитесь в другие примеры ионных кристаллов, найденных по всему миру.

Что такое ионные кристаллы?

Ионные кристаллы — это кристаллические структуры, которые растут из ионных связей и удерживаются вместе за счет электростатического притяжения. Ионные связи — это атомные связи, созданные притяжением двух разно заряженных ионов. Связь обычно происходит между металлом и неметаллом. Изучите несколько распространенных примеров ионных кристаллов, встречающихся в природе.

Общие примеры ионных кристаллов

Наиболее распространенным примером ионных кристаллов является поваренная соль или хлорид натрия (NaCl). Хлорид натрия образуется, когда натрий и хлор образуют ионную связь, превращаясь в кристалл, который имеет прекрасный вкус в еде. Другие примеры включают:

• фторид калия (KF) — ионная связь калия и фтора
• хлорид калия (KCl) — связь калия и хлора
• бромид калия (KBr) — связанный калий и бром
• йодид калия (KI) — связь калия и йода
• фторид натрия (NaF) — натрий и фтор, связанные вместе
• бромид натрия (NaBr) — ионная связь натрия и брома
• йодид натрия (NaI) — связь натрия и йода
• цезий фторид (CsF) — связь цезия и фтора
• бромид цезия (CsBr) — связь, созданная из цезия и брома
• хлорид цезия (CsCl) — ионная связь цезия и хлора
• йодид цезия (CsI) — когда цезий и йодная связь
• фторид рубидия (RbF) — соль, образованная из рубидия и фтора
• бромид рубидия (RbBr) — ионный кристалл рубидия и брома
• хлорид рубидия (RbCl) — связь, образованная из рубидий и хлор
• йодид рубидия (RbI) — рубидий и йод, образующие ионный кристалл. Пример
• фторид лития (LiF) — когда литий и фтор образуют соединение
• бромид лития (LiBr) — сочетание лития и брома в соль
• хлорид лития (LiCl) — ионный кристалл из лития и хлора
• иодид лития (LiI) — сочетание лития и йода.

Хотя многие из них могут показаться не знакомыми, вы все же используете их в повседневной жизни. Например, KCl используется в медицине для лечения потери калия, а фторид натрия можно найти в питьевой воде и зубной пасте.

Что такое ионные кристаллы

Как твердые тела, ионные кристаллы являются изоляторами. Как говорится в Британской энциклопедии:

«В изоляторах почти все электроны связаны, и очень немногие электроны способны переносить ток.Типичный металл имеет один или несколько электронов проводимости в каждой элементарной элементарной ячейке, полупроводник может иметь только один электрон проводимости на каждую тысячу элементарных ячеек, а изолятор может иметь один электрон проводимости на один миллион или один триллион элементарных ячеек ».

Однако это не единственная ключевая особенность ионного кристалла. У них есть и другие уникальные особенности.

Кристаллическая решетка

Способ, которым ионные кристаллы структурируются, когда они соединяются, называется кристаллической решеткой.Это потому, что ионы организуются в правильную форму решетки.

Высокая температура плавления

Ионные кристаллы плавятся или кипят только при очень высоких температурах. Энтальпия этих кристаллов (количество плавления и испарения, необходимое для плавления одного моля) в 100 раз больше, чем у других молекулярных соединений.

Жесткие конструкции

Ионные кристаллы очень твердые. Они настолько хрупкие, потому что, если один слой ионов должен пройти мимо другого, все их расположение нарушится.

Наблюдение за ионными кристаллами в действии

Ионные кристаллы образуются из ионов за счет электростатического притяжения. Одним из самых известных ионных кристаллов является поваренная соль. Узнайте больше о химии, исследуя примеры химических связей.

ионных структур

Как расположены ионы в хлориде натрия

Хлорид натрия — это типичное ионное соединение. Подобные соединения состоят из гигантской (бесконечно повторяющейся) решетки ионов.Итак, хлорид натрия (и любое другое ионное соединение) описывается как имеющий гигантскую ионную структуру .

Вы должны понимать, что гигант в этом контексте не означает просто очень большой. Это означает, что вы не можете точно сказать, сколько там ионов.

Там могут быть миллиарды ионов натрия и ионов хлора, упакованные вместе, или триллионы, или что-то еще — это просто зависит от размера кристалла. Это отличается, скажем, от молекулы воды, которая всегда содержит ровно 2 атома водорода и один атом кислорода — никогда больше и никогда не меньше.

Небольшой образец решетки хлорида натрия выглядит так:

Если вы внимательно посмотрите на диаграмму, вы увидите, что ионы натрия и ионы хлорида чередуются друг с другом в каждом из трех измерений.

Эту диаграмму достаточно легко нарисовать на компьютере, но очень трудно убедительно нарисовать от руки. Обычно мы рисуем «взорванную» версию, которая выглядит так:

Только ионы, соединенные линиями, действительно касаются друг друга.К иону натрия в центре прикасаются 6 ионов хлора. Случайно мы могли бы с таким же успехом центрировать диаграмму вокруг иона хлорида — к которому, конечно же, прикоснулись бы 6 ионов натрия. Хлорид натрия описывается как с координатами 6: 6.

Вы должны помнить, что эта диаграмма представляет только крошечную часть всего кристалла хлорида натрия. Таким образом картина повторяется на бесчисленном множестве ионов.

Как нарисовать эту структуру

Нарисуйте идеальный квадрат:

Теперь нарисуйте идентичный квадрат позади него и немного сместите его.Возможно, вам придется немного попрактиковаться, чтобы правильно расположить два квадрата. Если вы ошибетесь, ионы запутаются друг с другом на вашей окончательной диаграмме.

Превратите это в идеальный куб, соединив квадраты вместе:

А теперь самое сложное! Разделите этот большой куб на 8 маленьких кубиков, соединив среднюю точку каждого края со средней точкой противоположного края. Чтобы завершить процесс, вам также нужно будет соединить среднюю точку каждой грани (которую легко найти, когда вы соединили края) со средней точкой противоположной грани.

Теперь все, что вам нужно сделать, это вставить ионы. Используйте разные цвета или разные размеры для двух разных ионов и не забудьте ключ. Неважно, окажетесь ли вы в центре куба ионом натрия или ионом хлорида — важно только то, что они чередуются во всех трех измерениях.

Вы сможете нарисовать совершенно адекватный набросок от руки менее чем за две минуты — менее чем за одну минуту, если вы не слишком привередливы!

Почему хлорид натрия 6: 6 согласован?

Чем сильнее притяжение положительных и отрицательных ионов, тем больше выделяется энергии.Чем больше выделяется энергии, тем более устойчивой становится структура.

Это означает, что для достижения максимальной устойчивости вам потребуется максимальное количество аттракционов. Так почему же каждый ион окружает себя 6 ионами противоположного заряда?

Это представляет собой максимальное количество ионов хлора, которое вы можете разместить вокруг центрального иона натрия, прежде чем ионы хлорида начнут соприкасаться друг с другом. Если они начнут соприкасаться, кристалл будет отталкиваться, что сделает его менее устойчивым.

ионных кристаллических структур | Протокол

11.17: Ионные кристаллические структуры

Ионные кристаллы состоят из двух или более различных типов ионов, которые обычно имеют разные размеры. Упаковка этих ионов в кристаллическую структуру более сложна, чем упаковка атомов металла того же размера.

Большинство одноатомных ионов ведут себя как заряженные сферы, и их притяжение для ионов противоположного заряда одинаково во всех направлениях.Следовательно, стабильные структуры для ионных соединений возникают (1), когда ионы с одним зарядом окружены как можно большим количеством ионов противоположного заряда, и (2) когда катионы и анионы контактируют друг с другом. Структуры определяются двумя основными факторами: относительными размерами ионов и соотношением количества положительных и отрицательных ионов в соединении. Размер иона также зависит от природы и величины заряда, которым он обладает. По мере увеличения положительного заряда катиона его размер уменьшается, а увеличение отрицательного заряда увеличивает размер аниона, что, в свою очередь, влияет на кристаллическую структуру.

В простых ионных структурах мы обычно находим анионы, которые обычно больше, чем катионы, расположенные в виде плотноупакованного массива. (Как было замечено ранее, дополнительные электроны, притянутые к одному и тому же ядру, делают анионы крупнее, а меньшее количество электронов, притягиваемых к тому же ядру, делает катионы меньше по сравнению с атомами, из которых они образованы.) Более мелкие катионы обычно занимают один из двух типов дырок ( или пустоты), оставшиеся между анионами. Меньшее из отверстий находится между тремя анионами в одной плоскости и одним анионом в соседней плоскости.Четыре аниона, окружающие это отверстие, расположены по углам тетраэдра, поэтому отверстие называется тетраэдрическим отверстием. Дыра большего размера находится в центре шести анионов (три в одном слое и три в соседнем слое), расположенных в углах октаэдра; это называется октаэдрическим отверстием. В зависимости от относительных размеров катионов и анионов катионы ионного соединения могут занимать тетраэдрические или октаэдрические дырки, относительно небольшие катионы занимают тетраэдрические дырки, а более крупные катионы занимают октаэдрические дырки.Если катионы слишком велики, чтобы поместиться в октаэдрические отверстия, анионы могут принять более открытую структуру, такую ​​как простой кубический массив. Тогда более крупные катионы могут занять большие кубические отверстия, что стало возможным благодаря более открытому пространству.

Есть две тетраэдрические дырки для каждого аниона в массиве анионов с плотной гексагональной упаковкой (HCP) или кубической плотной упаковкой (CCP). Соединение, которое кристаллизуется в виде плотноупакованного массива анионов с катионами в тетраэдрических отверстиях, может иметь максимальное соотношение катион: анион 2: 1; все тетраэдрические отверстия заполнены при этом соотношении.Примеры включают Li ₂ O, Na ₂ O, Li ₂ S и Na ₂ S. Соединения с соотношением менее 2: 1 могут также кристаллизоваться в виде плотноупакованного массива анионов с катионами. в тетраэдрических дырках, если подходят ионные размеры. Однако в этих соединениях часть тетраэдрических дырок остается вакантной. Отношение октаэдрических дырок к анионам в структуре HCP или CCP составляет 1: 1. Таким образом, соединения с катионами в октаэдрических дырках в плотноупакованном массиве анионов могут иметь максимальное соотношение катион: анион 1: 1.Например, в NiO, MnS, NaCl и KH все октаэдрические отверстия заполнены. Отношения менее 1: 1 наблюдаются, когда некоторые из октаэдрических отверстий остаются пустыми.

В простом кубическом массиве анионов есть одно кубическое отверстие, которое может быть занято катионом для каждого аниона в массиве. В CsCl и других соединениях с такой же структурой все кубические дырки заняты. Половина кубических дырок занята в SrH ₂ , UO ₂ , SrCl ₂ и CaF ₂ .Различные типы ионных соединений часто кристаллизуются в одной и той же структуре, если относительные размеры их ионов и их стехиометрия (две основные характеристики, определяющие структуру) схожи.

Примеры структур ионных кристаллов

Хлорид цезия (CsCl) представляет собой ионное соединение с простой кубической структурой решетки, в которой катионы и анионы имеют одинаковый размер. Ионы хлора занимают узлы решетки, а один ион цезия находится в центре элементарной ячейки (рис. 1).Координационное число хлорида цезия равно 8, что означает, что каждый ион цезия находится в прямом контакте с восемью ионами хлорида (и наоборот). Элементарная ячейка хлорида цезия содержит один анион хлорида и один катион цезия.

Рисунок 1 . Структуры элементарных ячеек хлорида цезия (простой кубический), хлорида натрия (гранецентрированный кубический) и сульфида цинка (цинковая обманка).

Хлорид натрия (NaCl) имеет структуру каменной соли , где анионы хлорида занимают узлы решетки гранецентрированной кубической структуры, а катионы натрия меньшего размера расположены в пространствах между анионами.NaCl имеет координационное число 6; каждый хлорид-анион окружен шестью катионами натрия и наоборот. Элементарная ячейка NaCl содержит четыре аниона хлорида и четыре катиона натрия.

Сульфид цинка (ZnS) имеет кристаллическую структуру цинковой обманки с координационным числом всего 4. Сульфидные анионы занимают узлы решетки гранецентрированной кубической структуры, а катионы цинка меньшего размера занимают четыре из восьми пространств тетраэдрической формы, расположенных непосредственно под ними. каждый угловой атом. Каждая элементарная ячейка ZnS содержит четыре сульфидных аниона и четыре катиона цинка.Помимо цинковой обманки, ZnS может также присутствовать в структуре вюрцита, которая имеет гексагональную плотную упаковку в отличие от кубической плотной упаковки цинковой обманки. Подобно цинковой обманке, и катион, и анион имеют координационное число четыре, и катионы занимают половину тетраэдрических пустот (дырок), тогда как анионы занимают узлы решетки с гексагональной структурой.

Часто кристаллические структуры имеют неодинаковое количество катионов и анионов. Ионные соединения с отношением катионов к анионам 1: 2 имеют структуру флюорита или CaF ₂ .Фторид натрия (NaF) — простейший пример со структурой, подобной хлориду натрия. CaF ₂ и MgF ₂ являются другими распространенными примерами.

Оксиды, такие как TiO ₂ , приобретают кристаллическую структуру, известную как рутил. Здесь координационное число катионов и анионов другое. Например, в случае TiO ₂ катионы титана будут иметь координационное число шесть, тогда как координационное число анионов кислорода будет три.

Этот текст адаптирован из Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6. Решетчатые структуры в кристаллических твердых телах .

Ионные соединения: образование, энергия решетки и свойства — стенограмма видео и урока

Энергия решетки

Сила ионных соединений измеряется с помощью так называемой энергии решетки . Это энергия, выделяемая при образовании одного моля ионного соединения. Это означает, что когда отдельные ионы соединения собираются вместе, чтобы сформировать кристаллическую решетку, им требуется меньше энергии, чтобы оставаться вместе, поэтому они высвобождают ее, и высвобождаемая энергия называется энергией решетки.Сила связи между ионами противоположного заряда наиболее сильна, когда ионы маленькие. Это потому, что валентные электроны находятся ближе всего к своему ядру, и ядро ​​имеет сильную силу или притягивает их. Он оказывает ту же силу на соседние атомы. Связь также тем сильнее, чем больше заряд на ионах. Таким образом, сила связи между катионом +1 и анионом -1 не так сильна, как сила между катионом +3 и анионом -2.

Некоторые реальные примеры этих различий:

Энергия решетки отрицательна, чтобы показать, что энергия высвобождается при соединении соединения.Таким образом, чем больше отрицательное число, тем больше энергии высвобождается и тем сильнее связь. Сравнивая бромид натрия с хлоридом натрия, оба имеют одинаковый заряд на своих ионах, но бром больше, чем хлор, поэтому он имеет более низкую энергию. Оксид магния меньше и имеет больший заряд, чем фторид кальция.

Свойства ионных соединений

1.Ионные соединения обладают уникальными свойствами. Все они образуют кристаллы. Кристалл состоит из упорядоченного и симметричного узора атомов, который называется кристаллической решеткой. Форма кристаллической решетки — это устройство, на поддержание которого требуется наименьшее количество энергии. Внутри кристалла существуют силы между противоположно заряженными ионами и между ядрами и электронами соседних ионов.

2. Обладают высокими температурами плавления и кипения. Это связано с прочностью ионной связи. Связи настолько прочны, что для их перехода из одного состояния в другое требуется много энергии, будь то твердое вещество в жидкое или жидкое в газообразное.

3. Они твердые и хрупкие. Ионные связи в этих соединениях сильны и не позволяют молекулам сильно перемещаться, что делает их легко разрушаемыми.

4. Хорошо проводят электричество при растворении в воде. Это связано с тем, что ионное соединение состоит из ионов, которые заряжены либо положительно, либо отрицательно. Когда ионы разделяются в воде, они позволяют электронам течь.

5.В твердом состоянии ионные соединения являются хорошими изоляторами.

Краткое содержание урока

Большинство горных пород и минералов на Земле представляют собой ионные соединения, удерживаемые вместе ионными связями. Эти прочные связи образуются между положительно заряженным катионом металла и отрицательно заряженным анионом неметалла.

Свойства ионных соединений включают образование структур кристаллической решетки с высокими температурами плавления и кипения, твердость и хрупкость и хорошую проводимость электричества при растворении в воде, но в твердой форме они являются изоляторами.

Энергия решетки — это энергия связей в кристаллической форме. Эта энергия увеличивается, когда атомы, составляющие соединение, маленькие и когда заряды на каждом атоме велики.

Результаты обучения

После просмотра этого видео вы сможете:

• Описать, что такое ионное соединение
• Определить энергию решетки
• Список свойств ионных соединений

.