Алмаз
Пространственная сеть, высокая твёрдость, диэлектрик.
Исследуем вместе
Четыре решётки — четыре набора свойств
Выбирай структуру. Модель выделит частицы в узлах и взаимодействия, которые объясняют свойства вещества.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
01
Кристалл имеет повторяющийся порядок
В кристалле частицы расположены упорядоченно. Кристаллическая решётка — модель этого повторяющегося расположения, её узлы соответствуют положениям частиц или групп частиц.
- Определить частицы
Атомы, ионы, молекулы или металлические остовы.
- Определить взаимодействия
Что удерживает структуру?
- Объяснить свойства
Прочность, плавление и проводимость.
Пояснение к ходу решения
Чтобы классифицировать решётку, определяют, что находится в узлах и какие взаимодействия удерживают структуру. Внешняя форма кристалла сама по себе не сообщает тип связи. Разные вещества могут иметь похожие грани, но разное внутреннее строение.
Кристаллическая решётка описывает упорядоченное строение. Её тип определяют по частицам и взаимодействиям между ними.
02
Атомная и молекулярная решётки
В атомной решётке атомы связаны ковалентными связями в протяжённую сеть: пример — алмаз. В молекулярной решётке сохраняются отдельные молекулы, а между ними действуют межмолекулярные силы: примеры — лёд и твёрдый CO₂.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Алмаз | Атомы C и ковалентная сеть | Очень твёрдый |
| Лёд | Молекулы H₂O и водородные связи | Молекулы сохраняются при плавлении |
| Твёрдый CO₂ | Молекулы CO₂ | Легко сублимирует при обычном давлении |
При плавлении молекулярного вещества обычно ослабляется межмолекулярный порядок, а сами молекулы сохраняются. Для разрушения атомной сети нужно нарушить много прочных связей. Это объясняет большие различия температур плавления.
Атомная решётка представляет единую ковалентную сеть. Молекулярная решётка сохраняет отдельные молекулы вещества.
Алмаз, графит и их структуры
Образцы и схемы строения двух простых веществ углерода: алмаза и графита. Состав одинаков, пространственные связи различны.
Itub; составная иллюстрация из работ, указанных на странице файла · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Строение кристалла поваренной соли
Кристаллическая структура NaCl: формула задаёт соотношение частиц, а не отдельную молекулу в кристалле.
Walkerma · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
03
Ионная и металлическая решётки
Ионный кристалл, например NaCl, удерживается притяжением противоположных ионов. Металлический, например Cu, связан делокализованными электронами. Оба типа могут быть твёрдыми, но различаются проводимостью и деформацией.
Проводимость зависит от подвижности носителей
NaCl В ДВУХ СОСТОЯНИЯХ
При плавлении не появляется металлический натрий. Меняется подвижность ионов, а не принадлежность соли к простому веществу.
В металле электроны подвижны уже в твёрдом состоянии. В твёрдом ионном кристалле ионы не могут свободно перемещаться; проводимость появляется в расплаве или подходящем растворе. Сдвиг слоёв ионного кристалла может вызвать отталкивание одноимённых зарядов и раскол.
Подробности: понятия и примеры
| Решётка | Подвижные носители в твёрдом состоянии | Типичное поведение |
|---|---|---|
| Металлическая | Электроны | Проводимость, пластичность |
| Ионная | Нет свободно движущихся ионов | Хрупкость, проводимость расплава |
Металлическая и ионная решётки различаются носителями заряда. Это различие объясняет их проводимость и механические свойства.
04
Одинаковый элемент — разное строение
Алмаз и графит состоят из углерода, но устроены по-разному. В алмазе пространственная сеть делает вещество очень твёрдым; в графите слоистое строение позволяет слоям сдвигаться, а электроны обеспечивают проводимость вдоль слоёв.
Поэтому фраза «атомные кристаллы всегда не проводят ток» неверна. Формула C не сообщает всех свойств: нужно знать структуру. Это один из главных примеров связи строения и поведения вещества. Сравним твёрдый NaCl, его расплав и сахарный раствор. В кристалле соли ионы закреплены в узлах; в расплаве могут переносить заряд. Сахар растворяется преимущественно молекулами, поэтому его раствор не приобретает проводимость сильного электролита. Графит проводит ток, хотя относится к атомным структурам: обобщение «все атомные кристаллы не проводят» неверно.
Графит
Слоистое строение, лёгкий сдвиг слоёв, проводимость.
Свойства зависят не только от состава, но и от структуры. Алмаз и графит показывают это для одного элемента.
Соберём главное
Шесть выводов
01Кристаллическая решётка описывает упорядоченное строение. Её тип определяют по частицам и взаимодействиям между ними.
02Атомная решётка представляет единую ковалентную сеть. Молекулярная решётка сохраняет отдельные молекулы вещества.
03Металлическая и ионная решётки различаются носителями заряда. Это различие объясняет их проводимость и механические свойства.
04Свойства зависят не только от состава, но и от структуры. Алмаз и графит показывают это для одного элемента.
05Проводимость нельзя предсказывать только по твёрдому состоянию. Металлы, ионные кристаллы и графит устроены по-разному.
06Одно химическое обозначение может соответствовать разным структурам. Для свойств требуется знать конкретную форму вещества.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 16. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 16. Типы кристаллических структур.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e