Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кристаллические решетки. Типы кристаллических решеток

Кристаллические решетки. Типы кристаллических решеток.

Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру, в которой частицы, из которых она «построена» находятся в определенном порядке, создавая тем самым кристаллическую решетку. Она строится из повторяющихся одинаковых структурных единиц — элементарных ячеек, которая связывается с соседними ячейками, образуя дополнительные узлы. В результате существует 14 различных кристаллических решеток.

Кристаллическая решетка железа

Основными строительными блоками твердых веществ, таких как соль или лед, являются молекулы. Каждая молекула состоит из двух или более атомов, например, натрий+хлор (NaCl), как у поваренной соли и водород+кислород, как у льда (H 2 O). В металлах, однако, такими строительными блоками являются отдельные атомы металла: атомы железа (Fe) в железном прутке или меди (Cu) в медной проволоке. Каждое зерно на рисунке 1 есть то, что называется кристаллом. В кристалле, который состоит из атомов, все атомы однородно расположены по слоям. Как показано на рисунке 2, если провести линии, которые соединяют центры атомов, то трехмерные ряды маленьких кубиков заполнят все пространство, занимаемое отдельным зерном. Эту трехмерную структуру и называют кристаллической решеткой атомов.

Рисунок 2 – Кристаллическая решетка железа

Семь типов кристаллических решеток

Есть семь разных кристаллических систем. Они были обнаружены в 1781 году отцом Рене Джаст Хауи. Он случайно заметил, что некоторые камни имеют идеальную форму. После многих лет исследований он разработал свою теорию о структуре кристаллов. В 1848 году Огюст Браве показывает, что может быть только семь типов элементарной кристаллической сетки.

Системы характеризуют различные геометрические формы, которые может иметь кристаллическая сетка.

Каждая из этих систем определяется своими осями: три размерных параметра (длина осей) и три угловых параметра (углы, образованные двумя осями). Условно мы называем abc длинами осей и α β и γ углами, образованными осями. Они размещены в пространстве следующим образом:

Расположение осей и углов в трехмерной системе координат

Каждая ячейка, представляющая систему, также имеет определенное количество симметрий. Эти симметрии бывают трех типов:

  • центральный (отмечен С): точка является центром симметрии сетки;
  • плоскости (отмечено P): плоскость является плоскостью симметрии сетки;
  • осевой (О): поворот на определенный угол вокруг оси симметрии возвращает сетку в положение, идентичное исходному.

Эти симметрии имеют четыре порядка:

  • двоичные ( обозначено L 2 ): вращение на 180 ° (π рад)
  • троичное (обозначено L 3 ): вращение на 120 ° (2π/3 рад)
  • четвертичное (отмечено L 4 ): Вращение на 90 ° (π/2 рад.)
  • гексагональное (отмечено L 6 ): вращение на 60 ° (π/3 рад.)

Кубическая (или изометрическая) решетка

Кубическая решеткаa = b = c: три оси имеют одинаковую длину
α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
Симметрии: C, 3 L 4 , 4 L 3, 6L 2, 9 P
Базовый элемент — это куб.

Квадратичная (или тетрагональная) решетка

квадратичная тетрагональная решеткаa = b ≠ c: две оси имеют одинаковую длину, а третья ось различается.
α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
Симметрии: C, L 4 , 4L2, 5 P
Основным элементом является правая призма с квадратным основанием.
Читайте так же:
Как сваркой научится варить

Орторомбическая кристаллическая решетка

Орторомбическая кристаллическая решеткаa ≠ b ≠ c: три оси имеют разную длину
α = β = γ= 90 °: три угла равны и прямые
Симметрии: C, 3 L 2, 3 P
Основной элемент — прямоугольный параллелепипед.

Моноклинная решетка

Моноклинная решеткаa≠b≠c : три оси имеют неравную длину.
β = γ= 90 °≠α: два угла равны и прямые.
Симметрии: C, L 2 , P
Основным элементом является
наклонная призма, в основании которой ромб.

Триклинная решетка

Триклинная кристаллическая решеткаa≠b≠c: три оси имеют неравную длину.
α≠β ≠ γ≠ 90 °: три угла разные.
Симметрии: C, L 2 , P
Основной элемент — это параллелепипед
с основанием ромб.

Ромбоэдрическая решетка

Ромбоэдрическая решеткаa = b = c: три оси имеют одинаковую длину
α = β = γ≠ 90 °: три угла равны и прямые
Симметрии: C, L 3 , 3 L 2 , P
Основным элементом является
параллелепипед все плоскости которого — ромбы.

Гексагональная кристаллическая решетка

Гексагональная кристаллическая решеткаa = b ≠ c: две оси имеют одинаковую длину,
не равную длине третьей оси
α = β = 90° и γ=120 0 : три угла равны и прямые
Симметрии: C, L 6 , 6 L 2 , 7 P
Базовым элементом является
призма с шестиугольным основанием.

Таким образом, мы с вами рассмотрели подробно понятие кристаллическая решетка и то, какими бывают основные кристаллические решетки.

Общее понятие о металлах

«Химия. 9 класс» — это учебник, по которому проходят обучение школьники. Именно в нем подробно изучаются металлы. Рассмотрению их физических и химических свойств отведена большая глава, ведь разнообразие их чрезвычайно велико.

Именно с этого возраста рекомендуют давать детям представление о данных атомах и их свойствах, ведь подростки уже вполне могут оценить значение подобных знаний. Они прекрасно видят, что окружающее их разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу.

Что же такое металл? С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

  • малое число электронов на внешнем уровне;
  • проявляют сильные восстановительные свойства;
  • имеют большой атомный радиус;
  • как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств.

Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

В периодической системе для металлов отводится большая часть всей таблицы, ведь они образуют все побочные подгруппы и главные с первой по третью группу. Поэтому их численное превосходство очевидно. Самыми распространенными являются:

  • кальций;
  • натрий;
  • титан;
  • железо;
  • магний;
  • алюминий;
  • калий.

Все металлы имеют ряд свойств, которые позволяют объединять их в одну большую группу веществ. В свою очередь, эти свойства объясняет именно кристаллическое строение металлов.

атомно кристаллическое строение металлов

Кристаллическое строение металлов типы кристаллических решеток

Ключевые слова конспекта: строение веществ, кристаллические решетки, электроотрицательность.

Молекулярное и немолекулярное строение веществ

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. Вещества при заданных условиях могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Свойства веществ зависят также и от характера химической связи между частицами, которые их образуют — молекулами, атомами и ионами. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Читайте так же:
Как прострогать широкую доску электрорубанком

Вещества, которые состоят из молекул, называются молекулярными. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, значительно слабее, чем между атомами в середине молекулы. Уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость, а затем в газ (сублимация газа). Температура плавления и кипения веществ, которые состоят из молекул, повышается с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них имеются металлы и неметаллы.

Простые вещества — неметаллы могут иметь молекулярное и атомное строение. Молекулярное строение при н. у. имеют газы (H2, N2, F2, Cl2, O3) либо твердые вещества (I2, P4, S8), а также единственная жидкость (Br2). Все эти вещества имеют молекулярное строение и обладают летучестью. В твердом состоянии они легкоплавкие и могут сублимироваться. Температуры кипения и плавления низкие.

К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Такие структуры имеют большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K2SO4), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, KOH). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

Кристаллические решетки

Твердые вещества принято делить на кристаллические и аморфные.

Аморфные вещества не имеют четкой структуры, в них не существует закономерного расположения отдельных частиц. Следовательно, аморфные вещества не имеют и четкой температуры плавления. При нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. К аморфным веществам относится большинство органических веществ (воск, стекло, полиэтилен, парафин, пластилин, смолы).

Кристаллические вещества характеризуются структурированным, упорядоченным расположением составляющих их частиц в строго определенных точках пространства, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки расположения частиц, составляющих кристаллическую решетку, называют узлами решетки.

Кристаллические решетки

Тип кристаллической решетки определяется видом частиц, расположенных в ее узлах, и характером связи между этими частицами. Различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Ионные кристаллические решетки в своих узлах содержат ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которая связывает как простые (Na + , Cl – ), так и сложные (OH – ) ионы. Таким образом, ионные кристаллические решетки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл NaCl состоит из перемежающихся положительных ионов Na + и отрицательных Cl – , которые образуют решетку куба. Связи в таком кристалле прочные, вещества с такой решеткой имеют высокую прочность и твердость, они тугоплавкие.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены прочными ковалентными связями. Примером вещества с таким типом кристаллической решетки может быть алмаз — аллотропное видоизменение углерода.

Читайте так же:
Лебёдка ручная своими руками из подручных материалов

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых расположены молекулы. Химические связи у этих молекул могут быть как полярными (HCl, H2O), так и неполярными (N2, O2).

Несмотря на то, что атомы в молекулах связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия. Вещества с молекулярным типом решеток имеют низкую прочность, низкие температуры плавления, они летучи. Молекулярные кристаллические решетки имеют большинство органических соединений (нафталин, глюкоза, сахар).

Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток расположены атомы и ионы (атомы металла переходят в ионы и отдают внешние электроны в общее пользование). Такая внутренняя структура металла определяет его характерные свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, металлический блеск.

Электроотрицательность

В основе образования химических связей лежит явление электроотрицателъности. В ходе химических взаимодействий одни атомы отдают электроны, другие их присоединяют.

Электроотрицательность — это условная величина, характеризующая относительную способность атома приобретать отрицательный заряд.

Фактически электроотрицательность выражает способность атома оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.

Электроотрицательность атома определяет характер его свойств: сильнее всего металлические свойства проявляются у элементов, атомы которых легко отдают электроны, а неметаллические — соответственно у элементов, атомы которых легко их присоединяют.

Абсолютные значения электроотрицательности элементов выражаются числами, затрудняющими их практическое применение для вычислений, поэтому в химии используют значения относительной электроотрицателъности. Условно за единицу принимают значение электроотрицательности лития (Li).

Чем меньше значение относительной элетроотрицательности, тем ярче выражены металлические свойства элемента. У всех металлов в периодической системе значение относительной электроотрицательности, как правило, меньше 2. У неметаллов это значение, как правило, превышает 2.

Электроотрицательность элементов также изменяется периодически: в периодах возрастает слева направо, а в главных подгруппах — снизу вверх.

При образовании химических связей электроны переходят или смещаются к атомам элементов, которые обладают большей электроотрицательностью.

Конспект урока «Строение веществ. Электроотрицательность».

Залог прочности

Между двумя противоположно заряженными ионами возникает электрическая сила притяжения. Она является связующей в строении ионных кристаллов, таких как поваренная соль. Но если сильно приблизить ионы, то их электронные орбиты станут перекрывать друг друга, появятся отталкивающие силы одноименно заряженных частиц. Внутри кристалла распределение ионов таково, что отталкивающие и притягивающие силы находятся в равновесии, обеспечивая кристаллическую прочность. Такое строение характерно для ионных кристаллов.

А в кристаллических решетках алмаза и графита имеет место соединение атомов с помощью общих (коллективных) электронов. У близко расположенных атомов имеются общие электроны, которые вращаются вокруг ядра как одного, так и соседнего атомов.

Читайте так же:
Как самому подключить домофонную трубку

Детальное изучение теории сил при таких связях довольно сложно и лежит в области квантовой механики.

молекула кристалла

Неорганические и органические соединения отличаются по строению. Меньше веществ, образованных молекулами. Гораздо чаще встречается немолекулярные соединения. Частицы веществ могут быть упорядочены расположены в пространстве, образуют кристаллическую решетку. Тип структуры влияет на свойства различных химических соединений.

Молекулярное и немолекулярное строение веществ

Представления о существовании атомов возникли в древности. Греческое название переводится как «неделимые». Долгое время термины «атом», «корпускула», «молекула» были почти синонимами. Ясность внесли химики всего мира в 1860 году. Ученые приняли решение называть атомами мельчайшие частицы вещества. Они могут входить в состав молекул и немолекулярных структур.

Строение — это характеристика структурных единиц вещества, их расположение в пространстве (кристаллическая решетка).

Типы веществ по строению

Типы

Общие признаки

Тип кристаллической решетки

Вещества молекулярного строения.

Мельчайшие структурные единицы (частицы) — молекулы.

Вещества немолекулярного строения.

Мельчайшие структурные частицы — атомы или ионы.

Атомная, ионная или металлическая.

Неметаллы, их соединения — вещества преимущественно молекулярного строения. Водород, кислород, азот, хлор, моно- и диоксид углерода, аммиак состоят из молекул сравнительно небольшого размера. Состав отражают формулы Н2, О2, N2, Cl2, СО, СО2, NH3. Наиболее распространенное вещество молекулярного строения — вода (Н2О) (Рис. 1).

Строение молекулы водыРис. 1. Строение молекулы воды

Агрегатное состояние при разных температурах отличается. В обычных условиях эти вещества являются газами. Вода при комнатной температуре — жидкость, при 0°С — превращается в лед, имеющий кристаллическое строение. При 100°С образуется газ (пар).

Сахар и другие твердые органические вещества тоже состоят из молекул. Состав глюкозы отражает формула С6Н12О6. На рис. 2 показано пространственное расположение атомов в молекуле.

Строение молекулы глюкозыРис. 2. Строение молекулы глюкозы

Немолекулярных соединений в природе гораздо больше. К этой группе относятся инертные газы, алмаз, графит (аллотропные видоизменения, модификации углерода), минерал кварц, различные соли, металлы. Это преимущественно твердые вещества (при комнатной температуре). Исключение — ртуть, жидкий металл, затвердевающий лишь при –30°С. Среди веществ немолекулярного строения встречаются наиболее твердые и тугоплавкие, обладающие высокой тепло- и электропроводностью.

Кристаллические решетки: типы и примеры

Структурные частицы природных и искусственно полученных веществ находятся в определенных точках пространства, на расстоянии друг от друга. Упорядоченное расположение называют кристаллической решеткой. В ее узлах находятся атомы, ионы или молекулы. На рисунках они обычно изображены кружочками. Черточками между ними условно обозначают химические связи.

Шаро-стержневые объемные модели тоже помогают лучше представить расположение структурных единиц в пространстве. Шарики символизируют частицы вещества, стержни между ними — химическую связь, как на рис. 3.

Кристаллическая решеткаРис. 3. Кристаллическая решетка

Вещества кристаллического строения широко распространены, имеют большое практическое значение. Они встречаются в природе, находят применение в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, быту. (Рис. 4).

Читайте так же:
1М61п станок токарно винторезный

Кристаллические решетки и примеры веществРис. 4. Кристаллические решетки и примеры веществ

Рассмотрим особенности четырех основных типов кристаллической решетки.

Атомная

Такие кристаллические структуры распространены среди простых веществ. В узлах находятся атомы. Примеры веществ: графит и алмаз (аллотропные видоизменения, модификации углерода), кремний.

Прочную атомную кристаллическую решетку также имеют горный хрусталь и кварц (минералы состоят из диоксида кремния). Отличие от простых веществ существенное — в узлах находятся атомы кремния и кислорода, т. е. разных элементов.

Вещества атомного строения обычно твердые (за исключением графита), нерастворимые в воде, тугоплавкие, являются изоляторами или полупроводниками.

Молекулярная

В узлах кристаллической решетки — молекулы. Простые вещества с этим типом пространственного строения: S8 — кристаллическая сера, Р4 — белый фосфор, Br2 — бром, I2 — кристаллический йод. Н2О в виде льда, СО2 («сухой лед») — сложные вещества с молекулярной кристаллической решеткой.

Силы притяжения между структурными единицами относительно слабые, поэтому связи легко разрушаются. Например, йод возгоняется — переходит из твердого состояния в газообразное при комнатной температуре. (Рис. 5, 6).

Кристаллический йод и раствор в спиртеРис. 5. Кристаллический йод и раствор в спирте
Молекулярная кристаллическая решетка йодаРис. 6. Строение кристаллов йода

Твердые органические соединения тоже имеют преимущественно молекулярную решетку. Это непрочные структуры, которые разрушаются при повышении температуры, растворении в воде.

Ионная

В узлах расположены ионы — заряженные частицы. Классический пример вещества с этим типом кристаллической решеткой — поваренная соль или хлорид натрия. (Рис. 7).

Кристаллы поваренной солиРис. 7. Кристаллы поваренной соли

Катионы — положительно заряженные частицы. В электрическом поле они перемещаются к отрицательному полюсу источника тока (катоду). Отрицательные ионы движутся к аноду, имеющему заряд «+».

Ионная решетка характерна для солей, оксидов и гидроксидов металлов I–III групп периодической системы, большой группы соединений металлических элемент из других групп. Такие вещества обычно твердые и тугоплавкие.

Ионы высвобождаются при расплавлении и растворении. Расплавы и растворы являются электролитами, проводниками электрического тока, более слабыми, по сравнению с металлами.

Металлическая

Есть значительные отличия от трех предыдущих типов кристаллического строения. В узлах расположены нейтральные атомы и катионы. Между ними беспорядочно движутся электроны, образующие так называемый «электронный газ». (Рис. 8).

Строение металлаРис. 8. Строение металла

Металлы, их сплавы — твердые вещества, имеющие металлический блеск. Они тугоплавкие, обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Все известные соединения состоят из атомов, молекул либо ионов. Упорядоченное расположение структурных единиц в пространстве — кристаллическая решетка. Физические свойства веществ во многом определяются типом соединения частиц.

Труднее разрушается атомная, легче — молекулярная кристаллическая решетка. Чтобы «освободить» частицы в составе ионного кристалла, достаточно растворить или расплавить вещество. Особенностью металлической решетки является наличие «электронного газа», высокая электропроводность веществ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector