Een stof met een atomair kristalrooster is dat wel. Ionisch kristalrooster

13.10.2019

Terug vooruit

Aandacht! Diavoorbeelden zijn uitsluitend voor informatieve doeleinden en vertegenwoordigen mogelijk niet alle kenmerken van de presentatie. Als u geïnteresseerd bent in dit werk, download dan de volledige versie.

Lestype: Gecombineerd.

Het hoofddoel van de les: Leerlingen specifieke ideeën geven over amorfe en kristallijne stoffen, soorten kristalroosters, om de relatie tussen de structuur en eigenschappen van stoffen vast te stellen.

Lesdoelstellingen.

Educatief: concepten vormen over de kristallijne en amorfe toestand van vaste stoffen, studenten vertrouwd maken met verschillende soorten kristalroosters, de afhankelijkheid vaststellen van de fysische eigenschappen van een kristal van de aard van de chemische binding in het kristal en het type kristal rooster, om studenten basisideeën te geven over de invloed van de aard van chemische bindingen en soorten kristalroosters op de eigenschappen van materie, om studenten een idee te geven van de wet van constantheid van samenstelling.

Educatief: blijf het wereldbeeld van studenten vormen, overweeg de wederzijdse invloed van de componenten van geheel-structurele deeltjes van stoffen, waardoor nieuwe eigenschappen verschijnen, ontwikkel het vermogen om hun educatieve werk te organiseren en volg de regels van werken in een ploeg.

Ontwikkelingsgericht: ontwikkel de cognitieve interesse van schoolkinderen met behulp van probleemsituaties; het vermogen van leerlingen verbeteren om de oorzaak-en-gevolg-afhankelijkheid van de fysische eigenschappen van stoffen van chemische bindingen en het type kristalrooster vast te stellen, om het type kristalrooster te voorspellen op basis van de fysische eigenschappen van de stof.

Uitrusting: Periodiek systeem van D.I. Mendelejev, verzameling "Metalen", niet-metalen: zwavel, grafiet, rode fosfor, zuurstof; Presentatie “Kristalroosters”, modellen van verschillende typen kristalroosters (keukenzout, diamant en grafiet, kooldioxide en jodium, metalen), monsters van kunststoffen en daaruit vervaardigde producten, glas, plasticine, harsen, was, kauwgom, chocolade , computer, multimedia-installatie, video-experiment “Sublimatie van benzoëzuur”.

Tijdens de lessen

1. Organisatorisch moment.

De docent heet de leerlingen welkom en noteert de afwezigen.

Vervolgens vertelt hij het onderwerp van de les en het doel van de les. De leerlingen schrijven het onderwerp van de les op in hun notitieboekje. (Dia 1, 2).

2. Huiswerk controleren

(2 leerlingen aan het bord: Bepaal het type chemische binding voor stoffen met de formules:

1) NaCl, C02, I2; 2) Na, NaOH, H 2 S (schrijf het antwoord op het bord en neem het mee in de enquête).

3. Analyse van de situatie.

Leraar: Wat studeert scheikunde? Antwoord: Scheikunde is de wetenschap van stoffen, hun eigenschappen en transformaties van stoffen.

Leraar: Wat is een stof? Antwoord: Materie is waar het fysieke lichaam van gemaakt is. (Dia 3).

Leraar: Welke toestanden van materie ken jij?

Antwoord: Er zijn drie aggregatietoestanden: vast, vloeibaar en gasvormig. (Dia 4).

Leraar: Geef voorbeelden van stoffen die bij verschillende temperaturen in alle drie de aggregatietoestanden kunnen voorkomen.

Antwoord: water. Bij normale omstandigheden water bevindt zich in vloeibare toestand, wanneer de temperatuur onder de 0,0 C daalt, verandert water in een vaste toestand - ijs, en wanneer de temperatuur stijgt tot 100 0 C krijgen we waterdamp (gasvormige toestand).

Leraar (aanvulling): Elke stof kan in vaste, vloeibare en gasvormige vorm worden verkregen. Naast water zijn dit metalen die zich onder normale omstandigheden in vaste toestand bevinden, bij verhitting beginnen ze zachter te worden en bij een bepaalde temperatuur (t pl) in vloeibare toestand te veranderen - ze smelten. Bij verdere verwarming, tot het kookpunt, beginnen de metalen te verdampen, d.w.z. in een gasvormige toestand terechtkomen. Elk gas kan worden omgezet in een vloeibare en vaste toestand door de temperatuur te verlagen: bijvoorbeeld zuurstof, dat bij een temperatuur (-194 0 C) verandert in een blauwe vloeistof, en bij een temperatuur (-218,8 0 C) stolt tot een sneeuwachtige massa bestaande uit kristallen van blauwe kleur. Vandaag gaan we in de klas kijken naar de vaste toestand van materie.

Leraar: Noem welke vaste stoffen er op jouw tafels liggen.

Antwoord: Metalen, plasticine, keukenzout: NaCl, grafiet.

Leraar: Wat denk je ervan? Welke van deze stoffen is in overmaat?

Antwoord: Plasticine.

Leraar: Waarom?

Er worden aannames gedaan. Als leerlingen het moeilijk vinden, komen ze met de hulp van de leraar tot de conclusie dat plasticine, in tegenstelling tot metalen en natriumchloride, geen bepaald smeltpunt heeft - het (plasticine) wordt geleidelijk zachter en verandert in een vloeibare toestand. Dat is bijvoorbeeld chocolade die in de mond smelt, of kauwgom, maar ook glas, plastic, harsen, was (bij de uitleg laat de leraar de klasmonsters van deze stoffen zien). Dergelijke stoffen worden amorf genoemd. (dia 5), en metalen en natriumchloride zijn kristallijn. (Dia 6).

Er worden dus twee soorten vaste stoffen onderscheiden : amorf en kristallijn. (dia7).

1) Amorfe stoffen hebben geen specifiek smeltpunt en de rangschikking van deeltjes daarin is niet strikt geordend.

Kristallijne stoffen hebben een strikt gedefinieerd smeltpunt en, belangrijker nog, gekarakteriseerd juiste locatie deeltjes waaruit ze zijn opgebouwd: atomen, moleculen en ionen. Deze deeltjes bevinden zich op strikt gedefinieerde punten in de ruimte, en als deze knooppunten met elkaar verbonden zijn door rechte lijnen, wordt een ruimtelijk frame gevormd - kristallen cel.

Vraagt de leraar problematische kwesties

Hoe kan het bestaan van vaste stoffen met zulke verschillende eigenschappen worden verklaard?

2) Waarom kristallijne stoffen bij een botsing splitsen ze zich in bepaalde vlakken, maar amorfe stoffen hebben deze eigenschap niet?

Luister naar de antwoorden van de leerlingen en leid ze naar conclusie:

De eigenschappen van stoffen in de vaste toestand zijn afhankelijk van het type kristalrooster (vooral van de deeltjes die zich in de knooppunten bevinden), die op hun beurt worden bepaald door het type chemische binding in een bepaalde stof.

Huiswerk controleren:

1) NaCl – ionische binding,

CO 2 – covalente polaire binding

I 2 – covalente niet-polaire binding

2) Na – metaalbinding

NaOH - ionische binding tussen Na + ion - (O en H covalent)

H 2 S - covalent polair

Frontaal onderzoek.

Welke binding wordt ionisch genoemd?
Wat voor soort binding wordt covalent genoemd?
Welke binding wordt een polaire covalente binding genoemd? niet-polair?
Hoe wordt elektronegativiteit genoemd?

Conclusie: Er is een logische volgorde, de relatie tussen verschijnselen in de natuur: Structuur van het atoom -> EO -> Soorten chemische bindingen -> Type kristalrooster -> Eigenschappen van stoffen . (dia 10).

Leraar: Afhankelijk van het type deeltjes en de aard van de verbinding ertussen, maken ze onderscheid vier soorten kristalroosters: ionisch, moleculair, atomair en metallisch. (Dia 11).

De resultaten worden weergegeven in de volgende tabel: een voorbeeldtafel op de bureaus van de leerlingen. (zie bijlage 1). (Dia 12).

Ionische kristalroosters

Leraar: Wat denk je ervan? Voor stoffen met welk type chemische binding zal dit type rooster kenmerkend zijn?

Antwoord: Stoffen met ionische chemische bindingen zullen worden gekenmerkt door een ionenrooster.

Leraar: Welke deeltjes zullen zich op de roosterknooppunten bevinden?

Antwoord: Jona.

Leraar: Welke deeltjes worden ionen genoemd?

Antwoord: Ionen zijn deeltjes die een positieve of negatieve lading hebben.

Leraar: Wat zijn de samenstellingen van ionen?

Antwoord: Eenvoudig en complex.

Demonstratie - model van natriumchloride (NaCl) kristalrooster.

Uitleg van de leerkracht: Op de knooppunten van het natriumchloride-kristalrooster bevinden zich natrium- en chloorionen.

In NaCl-kristallen zijn er geen individuele natriumchloridemoleculen. Het hele kristal moet worden beschouwd als een gigantisch macromolecuul dat bestaat uit een gelijk aantal Na + en Cl - ionen, Na n Cl n, waarbij n – groot aantal.

De bindingen tussen ionen in zo’n kristal zijn erg sterk. Daarom hebben stoffen met een ionenrooster een relatief hoge hardheid. Ze zijn vuurvast, niet-vluchtig en kwetsbaar. Melts leiden ze elektriciteit(Waarom?), gemakkelijk op te lossen in water.

Ionische verbindingen zijn binaire verbindingen van metalen (I A en II A), zouten en alkaliën.

Atoomkristalroosters

Demonstratie van kristalroosters van diamant en grafiet.

De leerlingen hebben grafietmonsters op tafel liggen.

Leraar: Welke deeltjes zullen zich op de knooppunten van het atomaire kristalrooster bevinden?

Antwoord: Op de knooppunten van het atomaire kristalrooster bevinden zich individuele atomen.

Leraar: Welke chemische binding zal er tussen atomen ontstaan?

Antwoord: Covalente chemische binding.

Uitleg van de leraar.

Op de plaatsen van atoomkristalroosters bevinden zich inderdaad individuele atomen die met elkaar zijn verbonden door covalente bindingen. Omdat atomen, net als ionen, verschillend in de ruimte kunnen worden gerangschikt, worden kristallen met verschillende vormen gevormd.

Atoomkristalrooster van diamant

Er zijn geen moleculen in deze roosters. Het hele kristal moet worden beschouwd als een gigantisch molecuul. Een voorbeeld van stoffen met dit type kristalroosters zijn allotrope modificaties van koolstof: diamant, grafiet; evenals boor, silicium, rode fosfor, germanium. Vraag: Wat zijn deze stoffen in samenstelling? Antwoord: Eenvoudig van samenstelling.

Atoomkristalroosters hebben niet alleen eenvoudige, maar ook complexe. Bijvoorbeeld aluminiumoxide, siliciumoxide. Al deze stoffen hebben zeer hoge temperaturen smeltpunt (voor diamant boven 3500 0 C), sterk en hard, niet-vluchtig, vrijwel onoplosbaar in vloeistoffen.

Metalen kristalroosters

Leraar: Jongens, jullie hebben een verzameling metalen op jullie tafels, laten we deze monsters eens bekijken.

Vraag: Welke chemische binding is kenmerkend voor metalen?

Antwoord: Metaal. Binding in metalen tussen positieve ionen via gedeelde elektronen.

Vraag: Wat zijn de meest voorkomende fysieke eigenschappen Zijn ze typisch voor metalen?

Antwoord: Glans, elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, ductiliteit.

Vraag: Leg uit wat de reden is dat zoveel verschillende stoffen dezelfde fysische eigenschappen hebben?

Antwoord: Metalen hebben één enkele structuur.

Demonstratie van modellen van metalen kristalroosters.

Uitleg van de leraar.

Stoffen met metalen binding hebben metalen kristalroosters

Op de plaatsen van dergelijke roosters bevinden zich atomen en positieve ionen van metalen, en valentie-elektronen bewegen vrij in het volume van het kristal. De elektronen trekken elektrostatisch positieve metaalionen aan. Dit verklaart de stabiliteit van het rooster.

Moleculaire kristalroosters

De leraar demonstreert en benoemt de stoffen: jodium, zwavel.

Vraag: Wat hebben deze stoffen met elkaar gemeen?

Antwoord: Deze stoffen zijn niet-metalen. Eenvoudig van samenstelling.

Vraag: Wat is de chemische binding binnen moleculen?

Antwoord: De chemische binding binnen moleculen is covalent niet-polair.

Vraag: Welke fysieke eigenschappen zijn kenmerkend voor hen?

Antwoord: Vluchtig, smeltbaar, enigszins oplosbaar in water.

Leraar: Laten we de eigenschappen van metalen en niet-metalen vergelijken. De leerlingen antwoorden dat de eigenschappen fundamenteel verschillend zijn.

Vraag: Waarom zijn de eigenschappen van niet-metalen heel anders dan de eigenschappen van metalen?

Antwoord: Metalen hebben metaalbindingen, terwijl niet-metalen covalente, niet-polaire bindingen hebben.

Leraar: Daarom is het type rooster anders. Moleculair.

Vraag: Welke deeltjes bevinden zich op roosterpunten?

Antwoord: Moleculen.

Demonstratie van kristalroosters van kooldioxide en jodium.

Uitleg van de leraar.

Moleculair kristalrooster

Zoals we zien kunnen niet alleen vaste stoffen een moleculair kristalrooster hebben. eenvoudig stoffen: edelgassen, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, witte fosfor P 4, maar ook complex: vast water, vast waterstofchloride en waterstofsulfide. De meeste vaste organische verbindingen hebben moleculaire kristalroosters (naftaleen, glucose, suiker).

De roosterplaatsen bevatten niet-polaire of polaire moleculen. Ondanks het feit dat de atomen in de moleculen met elkaar verbonden zijn door sterke covalente bindingen, werken zwakke intermoleculaire krachten tussen de moleculen onderling.

Conclusie: De stoffen zijn kwetsbaar, hebben een lage hardheid, een laag smeltpunt, zijn vluchtig en kunnen sublimeren.

Vraag : Welk proces wordt sublimatie of sublimatie genoemd?

Antwoord : De overgang van een stof van een vaste aggregatietoestand rechtstreeks naar een gasvormige toestand, waarbij de vloeibare toestand wordt omzeild, wordt genoemd sublimatie of sublimatie.

Demonstratie van het experiment: sublimatie van benzoëzuur (video-experiment).

Werken met een ingevulde tabel.

Bijlage 1. (Dia 17)

Kristalroosters, type binding en eigenschappen van stoffen

Grilltype	Soorten deeltjes op roosterlocaties	Type verbinding tussen deeltjes	Voorbeelden van stoffen	Fysische eigenschappen van stoffen
Ionisch	Ionen	Ionisch – sterke band	Zouten, halogeniden (IA, IIA), oxiden en hydroxiden van typische metalen	Vast, sterk, niet-vluchtig, bros, vuurvast, veel oplosbaar in water, smeltingen geleiden elektrische stroom
Nucleair	Atomen	1. Covalent niet-polair - de binding is erg sterk 2. Covalent polair - de binding is erg sterk	Simpele stoffen A: diamant(C), grafiet(C), boor(B), silicium(Si). Complexe stoffen: aluminiumoxide (Al 2 O 3), siliciumoxide (IY)-SiO 2	Zeer hard, zeer vuurvast, duurzaam, niet-vluchtig, onoplosbaar in water
Moleculair	Moleculen	Tussen moleculen zijn er zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten, maar binnen de moleculen is er een sterke covalente binding	Vaste stoffen onder bijzondere omstandigheden die onder normale omstandigheden gassen of vloeistoffen zijn (O 2 , H 2 , Cl 2 , N 2 , Br 2 , H20, CO2, HCI); zwavel, witte fosfor, jodium; organisch materiaal	Breekbaar, vluchtig, smeltbaar, in staat tot sublimatie, heeft een lage hardheid
Metaal	Atoom-ionen	Metaal met verschillende sterktes	Metalen en legeringen	Buigzaam, glanzend, taai, thermisch en elektrisch geleidend

Vraag: Welk type kristalrooster van de hierboven besproken soorten wordt niet aangetroffen in eenvoudige stoffen?

Antwoord: Ionische kristalroosters.

Vraag: Welke kristalroosters zijn kenmerkend voor eenvoudige stoffen?

Antwoord: Voor eenvoudige stoffen - metalen - een metalen kristalrooster; voor niet-metalen - atomair of moleculair.

Werken met het periodiek systeem van D.I.Mendelejev.

Vraag: Waar bevinden zich de metalen elementen in het periodiek systeem en waarom? Niet-metalen elementen en waarom?

Antwoord: Als je een diagonaal tekent van boor naar astatine, dan zullen er in de linker benedenhoek van deze diagonaal metalen elementen zijn, omdat op het laatste energieniveau bevatten ze één tot drie elektronen. Dit zijn elementen I A, II A, III A (behalve boor), evenals tin en lood, antimoon en alle elementen van secundaire subgroepen.

Niet-metalen elementen bevinden zich in de rechterbovenhoek van deze diagonaal, omdat op het laatste energieniveau bevatten ze vier tot acht elektronen. Dit zijn de elementen IY A, Y A, YI A, YII A, YIII A en boor.

Leraar: Laten we niet-metalen elementen vinden die dat wel hebben eenvoudige stoffen hebben een atomair kristalrooster (Antwoord: C, B, Si) en moleculair ( Antwoord: N, S, O , halogenen en edelgassen ).

Leraar: Formuleer een conclusie over hoe je het type kristalrooster van een eenvoudige substantie kunt bepalen, afhankelijk van de positie van de elementen in het periodiek systeem van D.I. Mendelejev.

Antwoord: Voor metaalelementen die zich in I A, II A, IIIA bevinden (behalve boor), evenals tin en lood, en alle elementen van secundaire subgroepen in een eenvoudige substantie, is het type rooster metaal.

Voor de niet-metalen elementen IY A en boor in een eenvoudige substantie is het kristalrooster atomair; en de elementen YA, YI A, YII A, YIII A hebben in eenvoudige stoffen een moleculair kristalrooster.

We werken verder met de ingevulde tabel.

Leraar: Kijk goed naar de tafel. Welk patroon is waar te nemen?

We luisteren aandachtig naar de antwoorden van de leerlingen en trekken dan samen met de klas de volgende conclusie:

Er is het volgende patroon: als de structuur van stoffen bekend is, kunnen hun eigenschappen worden voorspeld, of omgekeerd: als de eigenschappen van stoffen bekend zijn, kan de structuur worden bepaald. (Dia 18).

Leraar: Kijk goed naar de tafel. Welke andere classificatie van stoffen kunt u voorstellen?

Als de leerlingen het lastig vinden, legt de docent dat uit stoffen kunnen worden onderverdeeld in stoffen met een moleculaire en niet-moleculaire structuur. (Dia 19).

Stoffen met een moleculaire structuur zijn opgebouwd uit moleculen.

Stoffen met een niet-moleculaire structuur bestaan uit atomen en ionen.

Wet van constantheid van compositie

Leraar: Vandaag zullen we kennis maken met een van de basiswetten van de scheikunde. Dit is de wet van de constantheid van de samenstelling, ontdekt door de Franse chemicus J.L. Proust. De wet is alleen geldig voor stoffen met een moleculaire structuur. Momenteel luidt de wet als volgt: “Moleculaire chemische verbindingen hebben, ongeacht de bereidingswijze, een constante samenstelling en eigenschappen.” Maar voor stoffen met een niet-moleculaire structuur is deze wet niet altijd waar.

Theoretisch en praktische betekenis De wet is dat op basis daarvan de samenstelling van stoffen kan worden uitgedrukt met behulp van chemische formules (voor veel stoffen met een niet-moleculaire structuur chemische formule toont de samenstelling van niet een werkelijk bestaand, maar een voorwaardelijk molecuul).

Conclusie: De chemische formule van een stof bevat veel informatie.(Dia 21)

Bijvoorbeeld SO3:

1. De specifieke stof is zwaveldioxide, of zwaveloxide (YI).

2.Type stof - complex; klasse - oxide.

3. Kwalitatieve samenstelling - bestaat uit twee elementen: zwavel en zuurstof.

4. Kwantitatieve samenstelling - het molecuul bestaat uit 1 zwavelatoom en 3 zuurstofatomen.

5. Relatief molecuulgewicht - M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.

6. Molaire massa- M(SO 3) = 80 g/mol.

7. Veel andere informatie.

Consolidatie en toepassing van opgedane kennis

(Dia 22, 23).

Boter-kaas-en-eierenspel: streep stoffen door die verticaal, horizontaal, diagonaal hetzelfde kristalrooster hebben.

Reflectie.

De leraar stelt de vraag: "Jongens, wat hebben jullie voor nieuws geleerd in de klas?"

De les samenvattend

Leraar: Jongens, laten we de belangrijkste resultaten van onze les samenvatten - beantwoord de vragen.

1. Welke classificaties van stoffen heb je geleerd?

2. Hoe begrijp je de term kristalrooster?

3. Welke soorten kristalroosters ken je nu?

4. Welke regelmatigheden in de structuur en eigenschappen van stoffen heb je geleerd?

5. In welke aggregatietoestand hebben stoffen kristalroosters?

6. Welke basiswetten van de scheikunde heb je in de klas geleerd?

Huiswerk: §22, aantekeningen.

1. Stel de formules op van de stoffen: calciumchloride, siliciumoxide (IY), stikstof, waterstofsulfide.

Bepaal het type kristalrooster en probeer te voorspellen wat de smeltpunten van deze stoffen moeten zijn.

2. Creatieve taak -> verzin vragen voor de paragraaf.

De leraar bedankt je voor de les. Geeft cijfers aan studenten.

Zoals we al weten, kan een stof in drie aggregatietoestanden bestaan: gasvormig, moeilijk En vloeistof. Zuurstof, die zich onder normale omstandigheden in gasvormige toestand bevindt, wordt bij een temperatuur van -194 ° C omgezet in een blauwachtige vloeistof en bij een temperatuur van -218,8 ° C verandert het in een sneeuwachtige massa met blauwe kristallen.

Het temperatuurbereik voor het bestaan van een stof in vaste toestand wordt bepaald door de kook- en smeltpunten. Vaste stoffen zijn dat kristallijn En amorf.

U amorfe stoffen er is geen vast smeltpunt - bij verhitting worden ze geleidelijk zachter en veranderen ze in een vloeibare toestand. In deze staat worden bijvoorbeeld verschillende harsen en plasticine aangetroffen.

Kristallijne stoffen Ze onderscheiden zich door de regelmatige rangschikking van de deeltjes waaruit ze bestaan: atomen, moleculen en ionen, op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten door rechte lijnen met elkaar worden verbonden, ontstaat er een ruimtelijk raamwerk, dit wordt een kristalrooster genoemd. De punten waarop kristaldeeltjes zich bevinden, worden genoemd rooster knooppunten.

De knooppunten van het rooster dat we ons voorstellen kunnen ionen, atomen en moleculen bevatten. Deze deeltjes voeren oscillerende bewegingen uit. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt ook het bereik van deze oscillaties toe, wat leidt tot thermische uitzetting van lichamen.

Afhankelijk van het type deeltjes dat zich op de knooppunten van het kristalrooster bevindt en de aard van de verbinding daartussen, worden vier soorten kristalroosters onderscheiden: ionisch, atomair, moleculair En metaal.

Ionisch Dit worden kristalroosters genoemd waarin ionen zich op de knooppunten bevinden. Ze worden gevormd door stoffen met ionische bindingen, die zowel eenvoudige ionen Na+, Cl- als complexe SO24-, OH- kunnen binden. Ionische kristalroosters hebben dus zouten, sommige oxiden en hydroxylen van metalen, d.w.z. die stoffen waarin een ionische chemische binding bestaat. Beschouw een natriumchloridekristal; het bestaat uit positief afwisselende Na+ en negatieve CL- ionen, samen vormen ze een kubusvormig rooster. De bindingen tussen ionen in zo’n kristal zijn uiterst stabiel. Hierdoor hebben stoffen met een ionenrooster een relatief hoge sterkte en hardheid; ze zijn vuurvast en niet-vluchtig.

Atoom Kristalroosters zijn die kristalroosters waarvan de knooppunten individuele atomen bevatten. In dergelijke roosters zijn atomen met elkaar verbonden door zeer sterke covalente bindingen. Diamant is bijvoorbeeld een van de allotrope modificaties van koolstof.

Stoffen met een atomair kristalrooster komen in de natuur niet veel voor. Deze omvatten kristallijn boor, silicium en germanium, maar ook complexe stoffen, bijvoorbeeld die welke silicium (IV) oxide bevatten - SiO 2: silica, kwarts, zand, bergkristal.

De overgrote meerderheid van stoffen met een atomair kristalrooster heeft zeer hoge smeltpunten (voor diamant overschrijdt het 3500 ° C), dergelijke stoffen zijn sterk en hard, vrijwel onoplosbaar.

Moleculair Dit worden kristalroosters genoemd waarin moleculen zich op de knooppunten bevinden. Chemische bindingen in deze moleculen kunnen ze zowel polair (HCl, H 2 0) als niet-polair (N 2, O 3) zijn. En hoewel de atomen in de moleculen met elkaar verbonden zijn door zeer sterke covalente bindingen, werken zwakke krachten van intermoleculaire aantrekkingskracht tussen de moleculen onderling. Dat is de reden waarom stoffen met moleculaire kristalroosters worden gekenmerkt door een lage hardheid, een laag smeltpunt en vluchtigheid.

Voorbeelden van dergelijke stoffen zijn vast water - ijs, vast koolmonoxide (IV) - "droogijs", vast waterstofchloride en waterstofsulfide, vaste eenvoudige stoffen gevormd door één - (edelgassen), twee - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), drie - (O 3), vier - (P 4), achtatomige (S 8) moleculen. De overgrote meerderheid van vaste organische verbindingen heeft moleculaire kristalroosters (naftaleen, glucose, suiker).

website, bij het geheel of gedeeltelijk kopiëren van materiaal is een link naar de bron vereist.

Vaste kristallen kunnen worden gezien als driedimensionale structuren waarin dezelfde structuur duidelijk in alle richtingen wordt herhaald. De geometrisch correcte vorm van kristallen is te danken aan hun strikt regelmatige interne structuur. Als de aantrekkingscentra van ionen of moleculen in een kristal worden weergegeven als punten, krijgen we een driedimensionale regelmatige verdeling van dergelijke punten, wat een kristalrooster wordt genoemd, en de punten zelf zijn knooppunten van het kristalrooster. De specifieke externe vorm van kristallen is een gevolg van hun interne structuur, die specifiek verband houdt met het kristalrooster.

Een kristalrooster is een denkbeeldig geometrisch beeld voor het analyseren van de structuur van kristallen, wat een volumetrisch-ruimtelijke netwerkstructuur is in de knooppunten waarvan atomen, ionen of moleculen van een stof zich bevinden.

Om het kristalrooster te karakteriseren, worden de volgende parameters gebruikt:

kristal rooster E cr [KJ/mol] is de energie die vrijkomt bij de vorming van 1 mol kristal uit microdeeltjes (atomen, moleculen, ionen) die zich in een gasvormige toestand bevinden en op een zodanige afstand van elkaar gescheiden zijn dat de mogelijkheid interactie is uitgesloten.
Roosterconstante d is de kleinste afstand tussen de middelpunten van twee deeltjes op aangrenzende plaatsen van het kristalrooster verbonden door .
Coördinatiegetal- het aantal nabijgelegen deeltjes die het centrale deeltje in de ruimte omringen en daarmee combineren via een chemische binding.

De basis van het kristalrooster is de eenheidscel, die een oneindig aantal keren in het kristal wordt herhaald.

De eenheidscel is de kleinste structurele eenheid van een kristalrooster, die alle eigenschappen van zijn symmetrie vertoont.

In vereenvoudigde bewoordingen kan een eenheidscel worden gedefinieerd als een klein deel van een kristalrooster, dat nog steeds zichtbaar is kenmerken haar kristallen. De kenmerken van een eenheidscel worden beschreven aan de hand van drie Brevet-regels:

de symmetrie van de eenheidscel moet overeenkomen met de symmetrie van het kristalrooster;
de eenheidscel moet hebben maximaal aantal identieke ribben A,B, Met en gelijke hoeken daartussen A, B, G. ;
op voorwaarde dat aan de eerste twee regels wordt voldaan, moet de eenheidscel een minimaal volume in beslag nemen.

Om de vorm van kristallen te beschrijven wordt een systeem van drie kristallografische assen gebruikt een, b, c, die verschillen van gewone coördinaatassen doordat het segmenten zijn van een bepaalde lengte, waarbij de hoeken waartussen a, b, g recht of indirect kunnen zijn.

Kristalstructuurmodel: a) kristalrooster met een gemarkeerde eenheidscel; b) eenheidscel met aanduidingen van facethoeken

De vorm van een kristal wordt bestudeerd door de wetenschap van de geometrische kristallografie, waarvan een van de belangrijkste bepalingen de wet van constantheid van facethoeken is: voor alle kristallen van een bepaalde substantie blijven de hoeken tussen de overeenkomstige vlakken altijd hetzelfde.

Als je een groot aantal elementaire cellen neemt en een bepaald volume daarmee strak tegen elkaar vult, waarbij de parallelliteit van de vlakken en randen behouden blijft, dan wordt een enkel kristal met een ideale structuur gevormd. Maar in de praktijk zijn er meestal polykristallen waarin binnen bepaalde grenzen regelmatige structuren bestaan, waarlangs de oriëntatie van de regelmaat scherp verandert.

Afhankelijk van de verhouding van de lengtes van de randen a, b, c en de hoeken a, b, g tussen de vlakken van de eenheidscel worden zeven systemen onderscheiden: de zogenaamde kristalsyngonieën. Een elementaire cel kan echter ook zo worden geconstrueerd dat deze extra knooppunten heeft die zich binnen het volume of op alle vlakken bevinden - dergelijke roosters worden respectievelijk lichaamsgecentreerd en vlakgecentreerd genoemd. Als de extra knooppunten zich slechts op twee tegenoverliggende vlakken bevinden (boven en onder), dan is het een rooster met het basiscentrum. Rekening houdend met de mogelijkheid van extra knooppunten, zijn er in totaal 14 soorten kristalroosters.

De externe vorm en kenmerken van de interne structuur van kristallen worden bepaald door het principe van dichte ‘pakking’: de meest stabiele, en daarom meest waarschijnlijke, structuur zal degene zijn die overeenkomt met de dichtste rangschikking van deeltjes in het kristal en in waarin de kleinste vrije ruimte overblijft.

Soorten kristalroosters

Afhankelijk van de aard van de deeltjes in de knooppunten van het kristalrooster, evenals van de aard van de chemische bindingen daartussen, zijn er vier hoofdtypen kristalroosters.

Ionische roosters

Ionische roosters zijn opgebouwd uit verschillende ionen die zich op roosterlocaties bevinden en verbonden zijn door krachten van elektrostatische aantrekkingskracht. Daarom moet de structuur van het ionische kristalrooster de elektrische neutraliteit ervan garanderen. Ionen kunnen eenvoudig (Na +, Cl -) of complex (NH 4 +, NO 3 -) zijn. Vanwege de onverzadiging en niet-directionaliteit van ionische bindingen worden ionische kristallen gekenmerkt door grote coördinatiegetallen. In NaCl-kristallen zijn de coördinatiegetallen van Na + en Cl - ionen dus 6, en zijn Cs + en Cl - ionen in een CsCl-kristal 8, omdat één Cs + ion omgeven is door acht Cl - ionen, en elke Cl - ion is omgeven door respectievelijk acht Cs-ionen. Ionische kristalroosters worden gevormd door een groot aantal zouten, oxiden en basen.

Voorbeelden van ionische kristalroosters: a) NaCl; b) CsCl

Stoffen met ionische kristalroosters hebben een relatief hoge hardheid, ze zijn behoorlijk vuurvast en niet-vluchtig. in tegenstelling tot Ionische bestanddelen zeer kwetsbaar, daarom brengt zelfs een kleine verschuiving in het kristalrooster gelijkgeladen ionen dichter bij elkaar; afstoting daartussen leidt tot het verbreken van ionische bindingen en, als gevolg daarvan, tot het verschijnen van scheuren in het kristal of de ionen ervan. verwoesting. In de vaste toestand zijn stoffen met een ionisch kristalrooster diëlektrica en geleiden ze geen elektrische stroom. Wanneer ze echter worden gesmolten of opgelost in polaire oplosmiddelen, wordt de geometrisch correcte oriëntatie van de ionen ten opzichte van elkaar verstoord, worden chemische bindingen eerst verzwakt en vervolgens vernietigd, en daarom veranderen ook de eigenschappen. Als gevolg hiervan beginnen zowel smeltingen van ionische kristallen als hun oplossingen elektrische stroom te geleiden.

Atoomroosters

Deze roosters zijn opgebouwd uit atomen die met elkaar verbonden zijn. Ze zijn op hun beurt onderverdeeld in drie typen: frame-, gelaagde en kettingstructuren.

Frameconstructie heeft bijvoorbeeld diamant - een van de hardste stoffen. Dankzij sp 3-hybridisatie van het koolstofatoom wordt een driedimensionaal rooster opgebouwd, dat uitsluitend bestaat uit koolstofatomen verbonden door covalente niet-polaire bindingen, waarvan de assen zich onder dezelfde bindingshoeken bevinden (109,5 o).

Kaderstructuur van het atomaire kristalrooster van diamant

Gelaagde structuren kunnen worden beschouwd als enorme tweedimensionale moleculen. Gelaagde structuren worden gekenmerkt door covalente bindingen binnen elke laag en zwakke van der Waals-interacties tussen aangrenzende lagen.

Gelaagde structuren van atoomkristalroosters: a) CuCl2; b) PbO. Elementaire cellen worden op de modellen gemarkeerd met behulp van de contouren van parallellepipedums

Een klassiek voorbeeld van een stof met een gelaagde structuur is grafiet, waarbij elk koolstofatoom zich in een staat van sp 2-hybridisatie bevindt en drie covalente s-bindingen vormt met drie andere C-atomen in één vlak. De vierde valentie-elektronen van elk koolstofatoom zijn niet-gehybridiseerd, waardoor zeer zwakke Van der Waals-bindingen tussen lagen bestaan. Daarom beginnen de afzonderlijke lagen, zelfs als er maar een kleine kracht wordt uitgeoefend, gemakkelijk langs elkaar te glijden. Dit verklaart bijvoorbeeld het schrijfvermogen van grafiet. In tegenstelling tot diamant geleidt grafiet elektriciteit goed: bij blootstelling aan elektrisch veld niet-gelokaliseerde elektronen kunnen langs het vlak van de lagen bewegen, en omgekeerd geleidt grafiet in de loodrechte richting bijna geen elektrische stroom.

Gelaagde structuur van het atomaire kristalrooster van grafiet

Ketenstructuren kenmerkend voor bijvoorbeeld zwaveloxide (SO 3) n, cinnaber HgS, berylliumchloride BeCl 2, evenals vele amorfe polymeren en sommige silicaatmaterialen zoals asbest.

Ketenstructuur van het atomaire kristalrooster van HgS: a) zijprojectie b) frontale projectie

Er zijn relatief weinig stoffen met de atomaire structuur van kristalroosters. Dit zijn in de regel eenvoudige stoffen gevormd door elementen van de IIIA- en IVA-subgroepen (Si, Ge, B, C). Vaak hebben verbindingen van twee verschillende niet-metalen dat wel atomaire roosters bijvoorbeeld enkele polymorfen van kwarts (siliciumoxide SiO 2) en carborundum (siliciumcarbide SiC).

Alle atomaire kristallen onderscheiden zich door hoge sterkte, hardheid, vuurvastheid en onoplosbaarheid in vrijwel elk oplosmiddel. Deze eigenschappen zijn te danken aan de sterkte van de covalente binding. Stoffen met een atomair kristalrooster hebben een breed scala aan elektrische geleidbaarheid, van isolatoren en halfgeleiders tot elektronische geleiders.

Atoomkristalroosters van enkele polymorfe modificaties van carborundum - siliciumcarbide SiC

Metalen roosters

Deze kristalroosters bevatten metaalatomen en ionen op hun knooppunten, waartussen de elektronen (elektronengas) die ze allemaal gemeen hebben vrij bewegen en een metaalbinding vormen. Een bijzonderheid van metaalkristalroosters zijn hun grote coördinatiegetallen (8-12), die duiden op een aanzienlijke pakkingsdichtheid van metaalatomen. Dit wordt verklaard door het feit dat de ‘kernen’ van atomen, verstoken van externe elektronen, zich in de ruimte bevinden als ballen met dezelfde straal. Voor metalen worden meestal drie soorten kristalroosters aangetroffen: kubisch in het vlak gecentreerd met een coördinatiegetal van 12, kubisch in het lichaam gecentreerd met een coördinatiegetal van 8, en zeshoekig, dicht opeengepakt met een coördinatiegetal van 12.

De bijzondere eigenschappen van metaalbindingen en metalen roosters bepalen dit de belangrijkste eigenschappen metalen, zoals hoge smeltpunten, elektrische en thermische geleidbaarheid, kneedbaarheid, ductiliteit, hardheid.

Metaalkristalroosters: a) op het lichaam gecentreerd kubisch (Fe, V, Nb, Cr) b) op het oppervlak gecentreerd kubisch (Al, Ni, Ag, Cu, Au) c) zeshoekig (Ti, Zn, Mg, Cd)

Moleculaire roosters

Moleculaire kristalroosters bevatten moleculen op hun knooppunten die met elkaar verbonden zijn door zwakke intermoleculaire krachten – van der Waals of waterstofbruggen. IJs bestaat bijvoorbeeld uit watermoleculen die door waterstofbruggen in een kristalrooster worden vastgehouden. Hetzelfde type omvat kristalroosters van veel stoffen die naar de vaste toestand worden overgebracht, bijvoorbeeld: eenvoudige stoffen H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, halogenen (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ), “droogijs” CO 2, alle edelgassen en de meeste organische verbindingen.

Moleculaire kristalroosters: a) jodium I2; b) ijs H2O

Omdat de krachten van intermoleculaire interactie zwakker zijn dan die van covalente of metallische bindingen, hebben moleculaire kristallen weinig hardheid; Ze zijn smeltbaar en vluchtig, onoplosbaar in en vertonen geen elektrische geleidbaarheid.

Vaste stoffen hebben meestal een kristallijne structuur. Het wordt gekenmerkt door de juiste rangschikking van deeltjes op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten mentaal met elkaar verbonden zijn door elkaar snijdende rechte lijnen, ontstaat er een ruimtelijk raamwerk, dat we noemen kristal rooster.

De punten waarop deeltjes zich bevinden, worden genoemd knooppunten van kristalroosters. De knooppunten van een denkbeeldig rooster kunnen ionen, atomen of moleculen bevatten. Ze maken oscillerende bewegingen. Bij toenemende temperatuur neemt de amplitude van oscillaties toe, wat zich manifesteert in thermische expansie tel.

Afhankelijk van het type deeltjes en de aard van de verbinding daartussen worden vier soorten kristalroosters onderscheiden: ionisch, atomair, moleculair en metallisch.

Kristalroosters bestaande uit ionen worden ionisch genoemd. Ze worden gevormd door stoffen met ionische bindingen. Een voorbeeld is een natriumchloridekristal, waarin, zoals reeds opgemerkt, elk natriumion omgeven is door zes chloride-ionen en elk chloride-ion door zes natriumionen. Deze opstelling komt overeen met de dichtste pakking als de ionen worden weergegeven als bollen die zich in het kristal bevinden. Heel vaak worden kristalroosters afgebeeld zoals weergegeven in figuur 2, waarbij alleen de relatieve posities van de deeltjes worden aangegeven, maar niet hun afmetingen.

Het aantal dichtstbijzijnde naburige deeltjes dat dicht bij een bepaald deeltje in een kristal of in een individueel molecuul ligt, wordt genoemd coördinatiegetal.

In het natriumchloriderooster zijn de coördinatiegetallen van beide ionen 6. In een natriumchloridekristal is het dus onmogelijk om individuele zoutmoleculen te isoleren. Er is geen van hen. Het hele kristal moet worden beschouwd als een gigantisch macromolecuul dat bestaat uit een gelijk aantal Na + en Cl - ionen, Na n Cl n, waarbij n een groot getal is. De bindingen tussen ionen in zo’n kristal zijn erg sterk. Daarom hebben stoffen met een ionenrooster een relatief hoge hardheid. Ze zijn vuurvast en laagvliegend.

Het smelten van ionische kristallen leidt tot verstoring van de geometrisch correcte oriëntatie van de ionen ten opzichte van elkaar en een afname van de sterkte van de binding daartussen. Daarom geleiden hun smeltingen elektrische stroom. Ionische verbindingen lossen over het algemeen gemakkelijk op in vloeistoffen die uit polaire moleculen bestaan, zoals water.

Kristalroosters, in de knooppunten waarvan er individuele atomen zijn, worden atomair genoemd. De atomen in dergelijke roosters zijn met elkaar verbonden door sterke covalente bindingen. Een voorbeeld is diamant, een van de modificaties van koolstof. Diamant bestaat uit koolstofatomen, die elk gebonden zijn aan vier aangrenzende atomen. Coördinatiegetal van koolstof in diamant is 4 . In het diamantrooster zijn er, net als in het natriumchloriderooster, geen moleculen. Het hele kristal moet worden beschouwd als een gigantisch molecuul. Het atomaire kristalrooster is kenmerkend voor vast boor, silicium, germanium en verbindingen van sommige elementen met koolstof en silicium.

Kristalroosters bestaande uit moleculen (polair en niet-polair) worden moleculair genoemd.

Moleculen in dergelijke roosters zijn met elkaar verbonden door relatief zwakke intermoleculaire krachten. Daarom hebben stoffen met een moleculair rooster een lage hardheid en lage temperaturen smeltend, onoplosbaar of enigszins oplosbaar in water, geleiden hun oplossingen bijna geen elektrische stroom. Het aantal anorganische stoffen met een molecuulrooster is klein.

Voorbeelden hiervan zijn ijs, vast koolmonoxide (IV) ("droogijs"), vaste waterstofhalogeniden, vaste eenvoudige stoffen gevormd door één- (edelgassen), twee- (F 2, Cl 2, Br 2, I 2, H 2 , O 2 , N 2), drie- (O 3), vier- (P 4), acht- (S 8) atomaire moleculen. Het moleculaire kristalrooster van jodium wordt getoond in Fig. . De meeste kristallijne organische verbindingen hebben een moleculair rooster.

Moleculaire en niet-moleculaire structuur van stoffen. Structuur van de materie

IN chemische interacties Het zijn geen individuele atomen of moleculen die binnenkomen, maar stoffen. Stoffen worden geclassificeerd op basis van het type binding moleculair En niet-moleculaire structuur. Stoffen die uit moleculen bestaan, worden genoemd moleculaire stoffen. De bindingen tussen moleculen in dergelijke stoffen zijn erg zwak, veel zwakker dan tussen atomen in het molecuul, en zelfs bij relatief lage temperaturen breken ze - de stof verandert in een vloeistof en vervolgens in een gas (sublimatie van jodium). De smelt- en kookpunten van stoffen die uit moleculen bestaan, nemen toe met toenemend molecuulgewicht. NAAR moleculaire stoffen omvatten stoffen met een atomaire structuur (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), waaronder metalen en niet-metalen. Aan stoffen niet-moleculaire structuur omvatten ionische verbindingen. De meeste verbindingen van metalen met niet-metalen hebben deze structuur: alle zouten (NaCl, K 2 SO 4), sommige hydriden (LiH) en oxiden (CaO, MgO, FeO), basen (NaOH, KOH). Ionische (niet-moleculaire) stoffen hebben hoge smelt- en kookpunten.

Vaste stoffen: amorf en kristallijn

Vaste stoffen zijn onderverdeeld in kristallijn en amorf.

Amorfe stoffen ze hebben geen duidelijk smeltpunt - bij verhitting worden ze geleidelijk zachter en veranderen ze in een vloeibare toestand. Plasticine en verschillende harsen bevinden zich bijvoorbeeld in een amorfe toestand.

Kristallijne stoffen gekenmerkt door de juiste rangschikking van de deeltjes waaruit ze bestaan: atomen, moleculen en ionen - op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten door rechte lijnen met elkaar zijn verbonden, ontstaat er een ruimtelijk raamwerk, een zogenaamde kristalrooster. De punten waarop kristaldeeltjes zich bevinden, worden roosterknopen genoemd. Afhankelijk van het type deeltjes dat zich op de knooppunten van het kristalrooster bevindt en de aard van de verbinding daartussen, worden vier soorten kristalroosters onderscheiden: ionisch, atomair, moleculair en metallisch.

Kristalroosters worden ionisch genoemd, op de knooppunten waarvan er ionen zijn. Ze worden gevormd door stoffen met ionische bindingen, die zowel eenvoudige ionen Na+, Cl -, als complexe SO 4 2-, OH - kunnen binden. Bijgevolg hebben zouten en sommige oxiden en hydroxiden van metalen ionische kristalroosters. Een natriumchloridekristal is bijvoorbeeld opgebouwd uit afwisselend positieve Na + en negatieve Cl - ionen, waardoor een kubusvormig rooster ontstaat. De bindingen tussen ionen in zo’n kristal zijn zeer stabiel. Daarom worden stoffen met een ionenrooster gekenmerkt door een relatief hoge hardheid en sterkte, ze zijn vuurvast en niet-vluchtig.

Kristallijn rooster - a) en amorf rooster - b).

Atoomkristalroosters

Atoom worden kristalroosters genoemd, in de knooppunten waarvan er individuele atomen zijn. In zulke roosters zijn de atomen met elkaar verbonden zeer sterke covalente bindingen. Een voorbeeld van stoffen met dit soort kristalroosters is diamant, een van de allotrope modificaties van koolstof. De meeste stoffen met een atomair kristalrooster hebben zeer hoge smeltpunten (voor diamant is dit bijvoorbeeld meer dan 3500 ° C), ze zijn sterk en hard en vrijwel onoplosbaar.

Moleculaire kristalroosters

Moleculair zogenaamde kristalroosters, in de knooppunten waarvan moleculen zich bevinden. Chemische bindingen in deze moleculen kunnen zowel polair (HCl, H 2 O) als niet-polair (N 2, O 2) zijn. Ondanks het feit dat de atomen in de moleculen met elkaar verbonden zijn door zeer sterke covalente bindingen, zwakke krachten van intermoleculaire aantrekkingskracht werken tussen de moleculen zelf. Daarom hebben stoffen met moleculaire kristalroosters een lage hardheid, lage smeltpunten en zijn ze vluchtig. De meeste vaste organische verbindingen hebben moleculaire kristalroosters (naftaleen, glucose, suiker).

Moleculair kristalrooster (kooldioxide)

Metalen kristalroosters

Stoffen met metalen binding hebben metalen kristalroosters. Op de knooppunten van dergelijke roosters zijn er atomen en ionen(hetzij atomen, hetzij ionen, waarin metaalatomen gemakkelijk transformeren en hun buitenste elektronen opgeven “aan normaal gebruik"). Deze interne structuur van metalen bepaalt hun karakteristieke fysieke eigenschappen: kneedbaarheid, ductiliteit, elektrische en thermische geleidbaarheid, karakteristieke metaalglans.