Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Твердые вещества и их строение в зависимости от типа кристаллической решетки

Вторник, 23 Июль, 08:07, www.sciencedebate2008.com
Твердые вещества состоят из прочно связанных между собой атомов, молекул и ионов. Свойства твердых тел зависят от прочности химических связей внутри их. Большинство твердых веществ имеют кристаллическую структуру. Их частицы — молекулы, атомы или ионы — расположены в строгом порядке. Такая регулярная структура называется пространственной, или кристаллической, решеткой. Тип кристиаллической решетки твердых веществ Ионная структура Молекулярная структура твердых веществ Атомная структура Металлическая структура твердых веществ Проводимость графита — редкий пример проводника неметалла Интересные опыты с диоксидом углерода или твердым льдом Тип кристиаллической решетки твердых веществ Тип решетки зависит от того, какие частицы находятся в узлах решетки. Существует 4 основных типа пространственных решеток — ионная, молекулярная, атомная и металлическая. Частицы в кристаллических решетках не подвижны, или постоянно совершают колебательные движения. С повышением температуры энергия колебаний частиц твердого вещества увеличивается, и когда она превышает энергию межмолекулярного притяжения, кристаллическая решетка разрушается — происходит плавление. Ионная структура Вещества с ионной структурой, например хлорид натрия, обычно имеют довольно высокие температуры плавления. Это свойство вытекает из сильного взаимодействия между противоположно заряженными ионами решетки. В тоже время ионные вещества достаточно хрупкие. Силой, приложенной кристаллу извне, можно сместить слои ионов, так что одинаково заряженные ионы окажутся друг напротив друга. Они начнут отталкиваться, слои раздвигаться, и кристаллическая решетка в этом месте разрушится. Растворы и расплавы таких соединений хорошо проводят электрический ток. kristallicheskaya-reshetka-khlorida-natriya.jpg На рисунке пространственная модель кубической решетки кристалла хлорида натрия. Здесь показаны относительные размеры двух типов ионов и их расположение в пространстве. Молекулярная структура твердых веществ В узлах атомной решетки находятся атомы. Молекулы состоят из атомов, связанных прочной ковалентной связью. Например, молекулы йода состоит из двух атомов, связанных одинаковой ковалентной связью. Связи между молекулами и твердых веществ не столь прочны. Молекула йода I2. Твердый йод состоит из молекул йода, связанных в регулярную кристаллическую решетку. Каждая молекула йода состоит из 2 прочно связанных между собой атомов йода. kristallicheskaya-reshetka-tvordogo-yoda.jpg Йод в твердом состоянии достаточно мягкий элемент, поскольку связи между его молекулами слаб. kak-vyglyadit-tverdyy-yon.jpg Твердые вещества с молекулярной структурой плавятся, как правило, при низких температурах. При плавлении ковалентные связи не рвутся, разрушаются только связи между слабо взаимодействующими друг с другом молекулами. Атомная структура Свободный углерод известен в двух модификациях — алмаз и графит. И алмаз и графит состоит только из атомов углерода, однако эти два вещества имеют совершенно разные структуры. В графите атом углерода соединен с 3 другими атомами короткими прочными ковалентными связями. 4-ый электрон остается свободным, что обусловливает электропроводность графита. Шестиугольные кольца образуют плоские слои. Связи между слоями довольно слабые, и слои могут скользить один относительно другого. Именно поэтому графит используют как твердый смазочный материал. В алмазе каждый атом углерода соединен прочными ковалентными связями с 4 другими атомами. Миллиарды атомов связаны в трехмерную кристаллическую решетку необычной прочности, что делает алмаз самым твердым из известных веществ. stroyeniye-kristallicheskikh-reshetok-almaza-i-grafita.jpg Несомненно, алмаз встречается намного реже, чем графит, и гораздо ценнее его. И алмаз и графит состоят только из атомов углерода, однако эти 2 вещества имеют совершенно разные структуры, и следовательно, совершенно разные своства. На рисунке показана структура кристаллической решетки алмаза. stroyeniye-atomov-povarennoy-soli.jpg Кристаллы из поваренной соли состоят из ионов натрия и хлорид ионов. На рисунке атомы показаны в виде шариков. Шарики условно разнесены, чтобы усло была видна трехмерная структура кристалла. Карандашный грифель сделан из графита. Слабые силы притяжения между слоями атомов углерода позволяют слоям скользить относительно друг-друга, вот поэтому на бумаге и остается графитовый след. Металлическая структура твердых веществ В узлах веществ с металлической решеткой находятся положительные ионы и атомы металлов, а между узлами — электроны. Атомы плотно упакованы слоями, причем атомы одного слоя приходятся на углубление соседнего слоя. Взаимодействия между атомами в такой структуре довольно сильны, и большинство металлов имеют высокие температуры плавления. Множество электронов могут свободно перемещаться по всему кристаллу металла, и поэтому называются свободными электронами. Свободные электроны имеют отрицательный заряд и притягивают катионы металлов, в результате чего кристаллическая решетка металлов является устойчивой. Свободные электроны могут свободно переносить теплоту и электричество, поэтому они являются причиной главных физических свойств, отличающих металлы от неметаллов, — высокой электро- и теплопроводности. В отличие от ионных веществ металлы являются пластичными и ковкими — слои металлов могут скользить друг относительно друга, не разрушая при этом пространственную решетку. Атомы металла в твердом состоянии плотно упакованы. Внешние электроны свободно передвигаются и равномерно распределены между всеми атомами. Единое электронное облако прочно связывает атомы друг с другом. При прохождении электрического тока через металл суммарный поток электронов имеет определенное направление — от отрицательного полюса к положительному. Проводимость графита — редкий пример проводника неметалла Электрический ток — это направленный поток заряженных частиц. Такими заряженными частицами могут быть ионы или электроны, способные свободно передвигаться. В некоторых случаях способность материала проводить или не проводить электрический ток позволяет судить о его структуре. Графит — редкий пример проводника — неметалла. На практике его используют в качестве токопроводящих «щеток» в электроинструменте. Графит проводит ток, поскольку каждый атом углерода в его структуре соединен ковалентно только с 3 другими атомами. Таким образом, 1 (4-ы) электрон у каждого атома остается относительно свободным, принимая участия в образовании связи, «размазанной» по всему слою атомов. Такая связь называется делокализованной. Она является источников электронов, способных свободно передвигаться по слоям графита проводить электрический ток. Интересное видео, в котором наглядно показана не только проводимость графита, но и образование электрической дуги между графитовыми стержнями. Когда вещества с ионными связями (соли) расплавлены или растворены в воде, кристаллическая решетка разрушается, ионы становятся свободными и могут проводить электричество. Это явление помогло в свое время ученым понять, что ионные вещества состоят из заряженных частиц. Интересные опыты с диоксидом углерода или твердым льдом На видео проведен эксперимент, в котором 90 сухого льда высыпают в надувной бассейн. При -78,5 0С твердый диоксид углерода (сухой лед) превращается в углекислый газ, минуя жидкое состояние. Если бросить сухой лед в воду, он начнет испаряться. Смесь сухого льда и воды используют для сценических эффектов (густой туман). WUOYva8lSRw
Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)