Теория:
Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.
Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой.
Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.
В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную, металлическую, атомную и молекулярную.
Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.
Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.
Ионные кристаллические решётки имеют соли, щёлочи, оксиды активных металлов.
Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия и хлора , а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия и сложные сульфат-ионы .
Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие. Такие вещества хорошо растворяются в воде.
Рис. \(1\). Кристаллическая решётка хлорида натрия
Рис. \(2\). Кристаллы 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.
Рис. \(3\). Металлическая кристаллическая решётка
Рис. \(4\). Изделие из металла
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.
Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) .
Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.
У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С.
Атомные кристаллы практически нерастворимы.
Рис. \(5\). Кристаллическая решётка алмаза
Рис. \(6\). Алмаз
Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.
Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.
Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.
Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.
Некоторые молекулярные вещества имеют запах.
Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами (), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами ().
Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, иод, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).
Рис. \(7\). Кристаллическая решётка иода
Рис. \(8\). Иод
Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.
Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.
У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки. Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные. Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.
Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления , и составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С, \(–220\) °С.
Источники:
Рис. 1.Кристаллическая решётка хлорида натрия https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Sodium-chloride-3D-ionic.png
Рис. 2. Кристаллы хлорида натрия https://cdn.pixabay.com/photo/2015/09/24/17/08/crystal-955935_960_720.jpg
Рис. 3. Металлическая кристаллическая решётка © ЯКласс
Рис. 4. Изделие из металла https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/12/17/22/database-152091_960_720.png
Рис. 5. Кристаллическая решётка алмаза https://image.shutterstock.com/image-vector/illustration-chemical-carbon-has-several-600w-1717122967.jpg
Рис. 6. Алмаз https://cdn.pixabay.com/photo/2014/10/24/08/09/diamond-500872_960_720.jpg
Рис. 7. Кристаллическая решётка иода © ЯКласс
Рис. 8. Иод https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Iod_kristall.jpg