Een stof die een atomair kristalrooster heeft is. Ionisch kristalrooster

13.10.2019

Terug vooruit

Aandacht! Het diavoorbeeld is alleen voor informatieve doeleinden en geeft mogelijk niet de volledige omvang van de presentatie weer. Als u geïnteresseerd bent in dit werk, download dan de volledige versie.

Lestype: Gecombineerd.

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

Les doelstellingen.

Educatief: concepten vormen over de kristallijne en amorfe toestand van vaste stoffen, studenten kennis laten maken met verschillende soorten kristalroosters, de afhankelijkheid van de fysieke eigenschappen van een kristal vaststellen 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 eigenschappen van materie, om studenten een idee te geven van de wet van constantheid van compositie.

Educatief: de vorming van het wereldbeeld van studenten voortzetten, rekening houden met de wederzijdse invloed van de componenten van het geheel - de structurele deeltjes van stoffen, waardoor nieuwe eigenschappen verschijnen, het vermogen cultiveren om hun educatieve werk te organiseren, volg de regels van het werken in een team.

Ontwikkelen: het ontwikkelen van de cognitieve interesse van scholieren aan de hand van probleemsituaties; de vaardigheden van leerlingen verbeteren om de oorzaak-en-gevolgafhankelijkheid van de fysische eigenschappen van stoffen op de chemische binding en het type kristalrooster vast te stellen, het type kristalrooster te voorspellen op basis van de fysische eigenschappen van de stof.

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

Tijdens de lessen

1. Organisatorisch moment.

De leraar begroet de leerlingen, corrigeert de afwezigen.

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

2. Huiswerk nakijken

(2 studenten 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 het overzicht).

3. Analyse van de situatie.

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

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

Leraar: Welke geaggregeerde toestanden van stoffen ken je?

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

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

Antwoord: Water. Bij normale omstandigheden water is in vloeibare toestand, wanneer de temperatuur onder 0 0 C daalt, verandert het 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 worden verkregen in vaste, vloeibare en gasvormige vorm. Naast water zijn dit metalen die zich onder normale omstandigheden in een vaste toestand bevinden, bij verhitting beginnen ze zacht te worden en bij een bepaalde temperatuur (t pl) veranderen ze in een vloeibare toestand - ze smelten. Bij verdere verwarming, tot het kookpunt, beginnen de metalen te verdampen, d.w.z. in een gasvormige toestand komen. 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 zullen we in de les kijken naar de vaste toestand van materie.

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

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

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

Antwoord: plasticine.

Leraar: Waarom?

Er worden aannames gedaan. Als de studenten het moeilijk vinden, komen ze met de hulp van de leraar tot de conclusie dat plasticine, in tegenstelling tot metalen en natriumchloride, geen specifiek smeltpunt heeft - het (plasticine) wordt geleidelijk zachter en wordt vloeibaar. Dit is bijvoorbeeld chocolade die in de mond smelt, of kauwgom, maar ook glas, plastic, harsen, was (bij 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 zijn dus twee soorten vaste stoffen: : amorf en kristallijn. (dia 7).

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, worden gekenmerkt door: 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 zijn verbonden door rechte lijnen, wordt een ruimtelijk kader gevormd - kristal cel.

De leraar vraagt problematische problemen

Hoe het bestaan van vaste stoffen met zulke verschillende eigenschappen te verklaren?

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

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

De eigenschappen van stoffen in vaste toestand hangen af van het type kristalrooster (voornamelijk van welke deeltjes zich in de knooppunten bevinden), dat op zijn beurt wordt bepaald door het type chemische binding in een bepaalde stof.

Huiswerk nakijken:

1) NaCl - ionische binding,

CO 2 - covalente polaire binding

I 2 - covalente niet-polaire binding

2) Na - metaalbinding

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

H 2 S - covalent polair

voorste peiling.

Welke binding wordt ionisch genoemd?
Welke binding wordt covalent genoemd?
Wat is een polaire covalente binding? niet-polair?
Wat wordt elektronegativiteit genoemd?

Conclusie: Er is een logische volgorde, de relatie van verschijnselen in de natuur: De 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 daartussen, onderscheiden ze vier soorten kristalroosters: ionisch, moleculair, atomair en metallisch. (Dia 11).

De resultaten zijn opgemaakt in onderstaande tabel, een voorbeeldtabel voor de leerlingen op het bureau. (zie bijlage 1). (Dia 12).

Ionische kristalroosters

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

Antwoord: Voor stoffen met een ionische chemische binding zal een ionenrooster kenmerkend zijn.

Leraar: Welke deeltjes zullen op de roosterknooppunten zijn?

Antwoord: Jona.

Leraar: Welke deeltjes worden ionen genoemd?

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

Leraar: Wat is de samenstelling van ionen?

Antwoord: Eenvoudig en complex.

De demo is een kristalroostermodel van natriumchloride (NaCl).

Uitleg van de leraar: Op de knopen van het kristalrooster van natriumchloride bevinden zich natrium- en chloorionen.

Er zijn geen individuele moleculen natriumchloride in NaCl-kristallen. 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 is groot aantal.

De bindingen tussen ionen in zo'n kristal zijn erg sterk. Stoffen met een ionenrooster hebben daardoor een relatief hoge hardheid. Ze zijn vuurvast, niet-vluchtig, broos. Hun smelten worden uitgevoerd elektriciteit(Waarom?), Gemakkelijk oplosbaar in water.

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

Atomaire kristalroosters

Demonstratie van kristalroosters van diamant en grafiet.

De leerlingen hebben monsters van grafiet op tafel.

Leraar: Welke deeltjes zullen zich in de knopen van het atomaire kristalrooster bevinden?

Antwoord: Individuele atomen bevinden zich op de knopen van het atomaire kristalrooster.

Leraar: Wat voor soort chemische binding tussen atomen zal optreden?

Antwoord: Covalente chemische binding.

De uitleg van de leraar.

Inderdaad, in de knopen van atomaire kristalroosters zijn er individuele atomen verbonden door covalente bindingen. Omdat atomen, net als ionen, anders 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 zijn niet alleen eenvoudig, maar ook complex. Bijvoorbeeld aluminiumoxide, siliciumoxide. Al deze stoffen zijn erg hoge temperaturen smeltend (diamant heeft meer dan 3500 0 C), sterk en hard, niet-vluchtig, praktisch onoplosbaar in vloeistoffen.

Metalen kristalroosters

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

Vraag: Wat is de chemische bindingskarakteristiek van metalen?

Antwoord: metaal. Communicatie in metalen tussen positieve ionen door middel van gesocialiseerde elektronen.

Vraag: Wat zijn de algemene? fysieke eigenschappen kenmerkend voor metalen?

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

Vraag: Leg uit waarom zoveel verschillende stoffen dezelfde fysische eigenschappen hebben?

Antwoord: Metalen hebben een enkele structuur.

Demonstratie van modellen van kristalroosters van metalen.

De uitleg van de leraar.

Stoffen met metalen binding hebben metalen kristalroosters

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

Moleculaire kristalroosters

De docent demonstreert en benoemt stoffen: jodium, zwavel.

Vraag: Wat hebben deze stoffen gemeen?

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

Vraag: Wat is de chemische binding binnen moleculen?

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

Vraag: Wat zijn hun fysieke eigenschappen?

Antwoord: Vluchtig, smeltbaar, slecht oplosbaar in water.

Leraar: Laten we de eigenschappen van metalen en niet-metalen vergelijken. Studenten antwoorden dat de eigenschappen fundamenteel anders zijn.

Vraag: Waarom zijn de eigenschappen van niet-metalen zo verschillend van die van metalen?

Antwoord: Metalen hebben een metaalbinding, terwijl niet-metalen een niet-polaire covalente binding hebben.

Leraar: Daarom is het type rooster anders. Moleculair.

Vraag: Welke deeltjes bevinden zich op de roosterplaatsen?

Antwoord: Moleculen.

Demonstratie van de kristalroosters van koolstofdioxide en jodium.

De uitleg van de leraar.

Moleculair kristalrooster

Zoals je kunt zien, kan het moleculaire kristalrooster niet alleen vast zijn, maar 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 zijn gebonden door sterke covalente bindingen, werken zwakke krachten van intermoleculaire interactie tussen de moleculen zelf.

Uitgang: Stoffen zijn kwetsbaar, hebben een lage hardheid, laag smeltpunt, vluchtig, in staat tot sublimatie.

Vraag : Welk proces wordt sublimatie of sublimatie genoemd?

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

Demonstratie van ervaring: sublimatie van benzoëzuur (video-ervaring).

Werk met de ingevulde tabel.

Bijlage 1. (Dia 17)

Kristalroosters, soort binding en eigenschappen van stoffen

Roostertype:	Soorten deeltjes op roosterplaatsen	Type verbinding tussen deeltjes	Voorbeelden van stoffen	Fysische eigenschappen van stoffen
Ionisch	ionen	Ionisch - sterke binding	Zouten, halogeniden (IA,IIA), oxiden en hydroxiden van typische metalen	Stevig, sterk, niet-vluchtig, broos, vuurvast, veel oplosbaar in water, smelten geleiden elektriciteit;
atoom	atomen	1. Covalent niet-polair - de binding is erg sterk 2. Covalent polair - de binding is erg sterk	Eenvoudige stoffen maar: diamant (C), grafiet (C), boor (B), silicium (Si). Samengestelde stoffen: aluminiumoxide (Al 2 O 3), siliciumoxide (IY)-SiO 2	Zeer hard, zeer vuurvast, sterk, niet-vluchtig, onoplosbaar in water
moleculair	moleculen	Tussen moleculen zijn er zwakke krachten van intermoleculaire aantrekkingskracht, maar binnen de moleculen is er een sterke covalente binding	Vaste stoffen onder speciale omstandigheden die, onder normale omstandigheden, gassen of vloeistoffen zijn (O 2, H 2, Cl 2, N 2, Br 2, H20, C02, HC1); zwavel, witte fosfor, jodium; organisch materiaal	Breekbaar, vluchtig, smeltbaar, in staat tot sublimatie, hebben een kleine hardheid
metaal	atoom ionen	Metaal van verschillende sterkte	Metalen en legeringen	Kneedbaar, hebben glans, taaiheid, warmte en elektrische geleiding;

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

Antwoord: Ionische kristalroosters.

Vraag: Welke kristalroosters zijn typerend voor eenvoudige stoffen?

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

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

Vraag: Waar zijn de metalen elementen in het periodiek systeem en waarom? Elementen zijn niet-metalen en waarom?

Antwoord: Als je een diagonaal tekent van boor naar astatine, dan zullen er in de linkerbenedenhoek van deze diagonaal metalen elementen zijn, omdat. op het laatste energieniveau bevatten ze één tot drie elektronen. Dit zijn de 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 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 zoeken die... eenvoudige stoffen een atomair kristalrooster hebben (Antwoord: C, B, Si) en moleculair ( Antwoord: N, S, O , halogenen en edelgassen ).

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

Antwoord: Voor metalen elementen in I A, II A, IIIA (behalve boor), evenals tin en lood, en alle elementen van secundaire subgroepen in een eenvoudige substantie, is het roostertype metallisch.

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

We werken verder met de ingevulde tabel.

Docent: Kijk goed naar de tafel. Welk patroon wordt waargenomen?

We luisteren aandachtig naar de antwoorden van de leerlingen, waarna we samen met de klas concluderen:

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

Docent: Kijk goed naar de tafel. Welke andere indeling van stoffen kunt u voorstellen?

Als de leerlingen het moeilijk vinden, legt de leraar uit dat Stoffen kunnen worden onderverdeeld in moleculaire en niet-moleculaire stoffen. (Dia 19).

Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen.

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

Wet van constantheid van compositie

Docent: Vandaag maken we kennis met een van de basiswetten van de scheikunde. Dit is de wet van de constantheid van de samenstelling, die werd 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.

theoretische en praktische waarde 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 echt, maar een conditioneel molecuul).

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

Bijvoorbeeld SO 3:

1. Een specifieke stof is zwavelgas of zwaveloxide (YI).

2. Soort 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) \u003d 32 + 3 * 16 \u003d 80.

6. Molaire massa- M (SO 3) \u003d 80 g / mol.

7. Veel andere informatie.

Consolidatie en toepassing van opgedane kennis

(Dia 22, 23).

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

Reflectie.

De leraar stelt de vraag: “Jongens, wat hebben jullie voor nieuws geleerd in de les?”.

De les samenvatten

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

1. Welke classificaties van stoffen heb je geleerd?

2. Hoe versta je de term kristalrooster.

3. Welke soorten kristalroosters ken je nu?

4. Over welk structuurpatroon en eigenschappen van stoffen heb je geleerd?

5. In welke staat van aggregatie hebben stoffen kristalroosters?

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

Huiswerk: §22, samenvatting.

1. Maak formules van stoffen: calciumchloride, siliciumoxide (IY), stikstof, waterstofsulfide.

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

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

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

Zoals we al weten, kan materie in drie aggregatietoestanden bestaan: gasvormig, solide En vloeistof. Zuurstof, die zich onder normale omstandigheden in een 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 besneeuwde massa met blauwe kristallen.

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

Bij amorfe stoffen er is geen vast smeltpunt - bij verhitting worden ze geleidelijk zachter en vloeibaarder. In deze staat zijn er bijvoorbeeld verschillende harsen, plasticine.

Kristallijne stoffen verschillen in de regelmatige rangschikking van de deeltjes waaruit ze zijn samengesteld: atomen, moleculen en ionen, op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten worden verbonden door rechte lijnen, ontstaat er een ruimtelijk kader, dit wordt een kristalrooster genoemd. De punten waar de kristaldeeltjes zich bevinden heten rooster knooppunten.

Op de knooppunten van het rooster dat we ons voorstellen, kunnen er ionen, atomen en moleculen zijn. Deze deeltjes oscilleren. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt ook de omvang van deze fluctuaties toe, wat leidt tot thermische uitzetting van de lichamen.

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

Ionisch dergelijke kristalroosters genoemd, op de knooppunten waarvan ionen zich bevinden. Ze worden gevormd door stoffen met een ionische binding, die geassocieerd kunnen worden met zowel eenvoudige ionen Na+, Cl- als complexe SO24-, OH-. Ionische kristalroosters hebben dus zouten, sommige oxiden en hydroxylen van metalen, d.w.z. die stoffen waarin zich een ionische chemische binding bevindt. Laten we een kristal van natriumchloride beschouwen, het bestaat uit positief afwisselende Na+ en negatieve CL- ionen, samen vormen ze een rooster in de vorm van een kubus. De bindingen tussen ionen in zo'n kristal zijn extreem stabiel. Hierdoor hebben stoffen met een ionenrooster een relatief hoge sterkte en hardheid, zijn ze vuurvast en niet vluchtig.

nucleair kristalroosters worden dergelijke kristalroosters genoemd, op de knooppunten waarvan er individuele atomen zijn. In dergelijke roosters zijn atomen onderling 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, evenals complexe stoffen, bijvoorbeeld die welke siliciumoxide (IV) - SiO2 bevatten: silica, kwarts, zand, bergkristal.

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

moleculair dergelijke kristalroosters genoemd, op de knooppunten waarvan zich moleculen bevinden. chemische bindingen in deze moleculen kunnen ze ook zowel polair (HCl, H 2 0) als niet-polair (N 2, O 3) zijn. En hoewel de atomen in de moleculen zijn verbonden door zeer sterke covalente bindingen, werken er zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten tussen de moleculen zelf. Daarom worden stoffen met moleculaire kristalroosters gekenmerkt door een lage hardheid, 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), acht-atomaire (S 8) moleculen. De overgrote meerderheid van vaste organische verbindingen heeft moleculaire kristalroosters (naftaleen, glucose, suiker).

site, bij volledige of gedeeltelijke kopie van het 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, ionen of moleculen in een kristal worden weergegeven als punten, dan krijgen we een driedimensionale regelmatige verdeling van dergelijke punten, die het kristalrooster wordt genoemd, en de punten zelf zijn de knopen van het kristalrooster. Een bepaalde uitwendige vorm van kristallen is een gevolg van hun inwendige structuur, die juist samenhangt met het kristalrooster.

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

De volgende parameters worden gebruikt om het kristalrooster te karakteriseren:

kristalrooster E cr [KJ / mol] is de energie die vrijkomt bij de vorming van 1 mol van een kristal uit microdeeltjes (atomen, moleculen, ionen) die zich in gasvormige toestand bevinden en op een zodanige afstand van elkaar zijn gescheiden dat de mogelijkheid van hun interactie is uitgesloten.
Kristalroosterconstante d is de kleinste afstand tussen de middelpunten van twee deeltjes in aangrenzende knopen van het kristalrooster verbonden door .
coördinatiegetal is het aantal dichtstbijzijnde deeltjes dat het centrale deeltje in de ruimte omringt en ermee is gecombineerd door een chemische binding.

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

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

Vereenvoudigd kan de eenheidscel worden gedefinieerd als een klein deel van het kristalrooster, dat nog steeds onthult: eigenschappen haar kristallen. De kenmerken van een elementaire cel worden beschreven aan de hand van drie Breve-regels:

de symmetrie van de eenheidscel moet overeenkomen met de symmetrie van het kristalrooster;
elementaire cel moet hebben maximaal aantal identieke ribben maar,B, van en gelijke hoeken ertussen een, B, G. ;
met inachtneming van de eerste twee regels moet een elementaire cel een minimaal volume innemen.

Om de vorm van kristallen te beschrijven, wordt een systeem van drie kristallografische assen gebruikt een, b, c, die van de gebruikelijke coördinaatassen verschillen doordat het segmenten zijn van een bepaalde lengte, waarvan de hoeken a, b, g zowel direct als indirect kunnen zijn.

Kristalstructuurmodel: a) kristalrooster met een geselecteerde eenheidscel; b) eenheidscel met notatie van facethoeken

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

Als we een groot aantal elementaire cellen nemen en een bepaald volume ermee dicht tegen elkaar vullen, terwijl we de parallelliteit van vlakken en randen behouden, wordt een enkel kristal met een ideale structuur gevormd. Maar in de praktijk komen polykristallen het vaakst voor, waarin binnen bepaalde grenzen regelmatige structuren bestaan, waarlangs de oriëntatie van de regelmaat drastisch 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 syngonieën van kristallen. Een elementaire cel kan echter ook zo worden geconstrueerd dat deze extra knopen heeft die in het volume of op al zijn vlakken worden geplaatst - dergelijke roosters worden respectievelijk lichaamsgecentreerd en gezichtsgecentreerd genoemd. Als extra knopen zich alleen op twee tegenover elkaar liggende vlakken bevinden (boven en onder), dan is dit een basisgecentreerd rooster. Rekening houdend met de mogelijkheid van extra knooppunten, zijn er slechts 14 soorten kristalroosters.

De uitwendige vorm en kenmerken van de inwendige structuur van kristallen worden bepaald door het principe van dichte "pakking": de meest stabiele en daarom de meest waarschijnlijke structuur zal degene zijn die overeenkomt met de dichtste rangschikking van deeltjes in het kristal en waarin de kleinste vrije ruimte blijft.

Soorten kristalroosters

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

Ionische roosters

Ionische roosters zijn opgebouwd uit ionen met verschillende namen die zich op roosterplaatsen bevinden en zijn gebonden door elektrostatische aantrekkingskrachten. Daarom moet de structuur van het ionische kristalrooster zijn elektrische neutraliteit garanderen. Ionen kunnen eenvoudig (Na +, Cl -) of complex (NH 4 +, NO 3 -) zijn. Vanwege de onverzadiging en niet-gerichtheid van de ionische binding, worden ionische kristallen gekenmerkt door grote coördinatiegetallen. Dus in NaCl-kristallen zijn de coördinatiegetallen van Na + en Cl - -ionen 6, en van Cs + en Cl -ionen - in een CsCl-kristal - 8, aangezien één Cs + -ion wordt omringd 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 vrij vuurvast, niet-vluchtig. in tegenstelling tot Ionische bestanddelen zijn erg kwetsbaar, dus zelfs een kleine verschuiving in het kristalrooster brengt 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 zijn verwoesting. In de vaste toestand zijn stoffen met een ionisch kristalrooster diëlektrica en geleiden ze geen elektriciteit. Tijdens het smelten of oplossen in polaire oplosmiddelen wordt echter de geometrisch correcte oriëntatie van ionen ten opzichte van elkaar geschonden, eerst verzwakt en vervolgens worden chemische bindingen vernietigd, zodat ook de eigenschappen veranderen. Als gevolg hiervan beginnen zowel smelten 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 de sp 3 hybridisatie van het koolstofatoom wordt een driedimensionaal rooster gebouwd dat uitsluitend bestaat uit koolstofatomen die zijn verbonden door covalente niet-polaire bindingen waarvan de assen zich onder dezelfde bindingshoeken (109,5 o) bevinden.

Skeletstructuur van het atomaire kristalrooster van diamant

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

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

Een klassiek voorbeeld van een stof met een gelaagde structuur is grafiet, waarin 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. zijn niet gehybridiseerd; zeer zwakke van der Waals-bindingen tussen de lagen. Daarom beginnen de afzonderlijke lagen gemakkelijk langs elkaar te schuiven, zelfs bij een kleine inspanning. Dit verklaart bijvoorbeeld de eigenschap van grafiet om te schrijven. In tegenstelling tot diamant geleidt grafiet elektriciteit goed: onder invloed van elektrisch veld niet-gelokaliseerde elektronen kunnen langs het vlak van de lagen bewegen, en omgekeerd geleidt grafiet bijna geen elektrische stroom in de loodrechte richting.

Gelaagde structuur van het atomaire kristalrooster van grafiet

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

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

Er zijn relatief weinig stoffen met een 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: atoomroosters, bijvoorbeeld enkele polymorfe modificaties van kwarts (siliciumoxide SiO 2) en carborundum (siliciumcarbide SiC).

Alle atomaire kristallen worden gekenmerkt door hoge sterkte, hardheid, vuurvastheid en onoplosbaarheid in bijna elk oplosmiddel. Dergelijke eigenschappen zijn te wijten 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.

Atomaire kristalroosters van enkele polymorfe modificaties van carborundum - siliciumcarbide SiC

Metalen roosters

Deze kristalroosters bevatten metaalatomen en ionen op de knooppunten, waartussen de gemeenschappelijke elektronen (elektronengas) vrij bewegen, die een metaalbinding vormen. Een kenmerk van de kristalroosters van metalen ligt in grote coördinatiegetallen (8-12), die wijzen op een aanzienlijke pakkingsdichtheid van metaalatomen. Dit wordt verklaard door het feit dat de "skeletten" van atomen, verstoken van externe elektronen, in de ruimte worden geplaatst als ballen met dezelfde straal. Voor metalen komen drie soorten kristalroosters het meest voor: op het gezicht gecentreerd kubisch met een coördinatiegetal van 12, op het lichaam gecentreerd kubisch met een coördinatiegetal van 8 en zeshoekig, dicht opeengepakt met een coördinatiegetal van 12.

De bijzondere eigenschappen van metallische verlijming en metalen roosters veroorzaken de belangrijkste eigenschappen metalen, zoals hoge smeltpunten, elektrische en thermische geleidbaarheid, vervormbaarheid, vervormbaarheid, hardheid.

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

Moleculaire roosters

Moleculaire kristalroosters bevatten moleculen op de knopen, onderling verbonden door zwakke intermoleculaire krachten - van der Waals of waterstofbruggen. IJs bestaat bijvoorbeeld uit watermoleculen die door waterstofbruggen in een kristalrooster worden vastgehouden. De kristalroosters van veel stoffen die in vaste toestand worden omgezet, behoren tot hetzelfde type, 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 de krachten van een covalente of metallische binding, hebben moleculaire kristallen weinig hardheid; ze zijn smeltbaar en vluchtig, onoplosbaar in en vertonen geen elektrische geleidbaarheid.

Vaste stoffen hebben in de regel een kristallijne structuur. Het wordt gekenmerkt door de juiste rangschikking van deeltjes op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten mentaal verbonden zijn door elkaar snijdende rechte lijnen, wordt een ruimtelijk frame gevormd, dat kristalrooster.

De punten waar de deeltjes worden geplaatst heten rooster knooppunten. De knopen van een denkbeeldig rooster kunnen ionen, atomen of moleculen bevatten. Ze maken oscillerende bewegingen. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de trillingsamplitude 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 is omgeven 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 ballen die in een kristal zijn geplaatst. Heel vaak worden kristalroosters afgebeeld zoals getoond in Fig, waar alleen de onderlinge rangschikking van deeltjes wordt aangegeven, maar niet hun grootte.

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

In het natriumchloriderooster zijn de coördinatiegetallen van beide ionen gelijk aan 6. Dus in een natriumchloridekristal is het onmogelijk om afzonderlijke zoutmoleculen te isoleren. Ze zijn niet hier. 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 aantal is. De bindingen tussen ionen in zo'n kristal zijn erg sterk. Stoffen met een ionenrooster hebben daardoor een relatief hoge hardheid. Ze zijn vuurvast en hebben een lage vluchtigheid.

Het smelten van ionische kristallen leidt tot een schending 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 smelten elektrische stroom. Ionische verbindingen zijn in de regel goed oplosbaar in vloeistoffen die uit polaire moleculen bestaan, zoals water.

Kristalroosters, op de knooppunten waarvan er individuele atomen zijn, worden atomair genoemd. Atomen in dergelijke roosters zijn onderling verbonden door sterke covalente bindingen. Een voorbeeld is diamant, een van de modificaties van koolstof. Een diamant is opgebouwd uit koolstofatomen, elk gebonden aan vier aangrenzende atomen. Het coördinatiegetal van koolstof in diamant is 4 . In het rooster van diamant, zoals in het rooster van natriumchloride, zijn er 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 bepaalde elementen met koolstof en silicium.

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

Moleculen in dergelijke roosters zijn onderling verbonden door relatief zwakke intermoleculaire krachten. Daarom hebben stoffen met een moleculair rooster een lage hardheid en lage temperaturen smeltend, onoplosbaar of slecht oplosbaar in water, geleiden hun oplossingen bijna geen elektrische stroom. Het aantal anorganische stoffen met een moleculair rooster 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. De structuur van materie

IN chemische interacties er komen geen individuele atomen of moleculen binnen, maar stoffen. Stoffen worden onderscheiden door het type binding moleculair En niet-moleculaire structuur. Stoffen die zijn opgebouwd uit moleculen heten moleculaire stoffen. De bindingen tussen moleculen in dergelijke stoffen zijn erg zwak, veel zwakker dan tussen atomen in een molecuul, en al bij relatief lage temperaturen breken ze - de stof verandert in een vloeistof en vervolgens in een gas (jodiumsublimatie). Het smelt- en kookpunt 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. naar stoffen niet-moleculaire structuur bevatten 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 hoge smelt- en kookpunten hebben.

Vaste stoffen: amorf en kristallijn

Vaste stoffen zijn onderverdeeld in: kristallijn en amorf.

amorfe stoffen hebben geen duidelijk smeltpunt - bij verhitting worden ze geleidelijk zachter en vloeibaar. In de amorfe toestand bevinden zich bijvoorbeeld plasticine en verschillende harsen.

Kristallijne stoffen worden gekenmerkt door de juiste rangschikking van de deeltjes waaruit ze zijn samengesteld: atomen, moleculen en ionen - op strikt gedefinieerde punten in de ruimte. Wanneer deze punten worden verbonden door rechte lijnen, wordt een ruimtelijk frame gevormd, het kristalrooster genoemd. De punten waarop kristaldeeltjes zich bevinden, worden roosterknooppunten genoemd. Afhankelijk van het type deeltjes dat zich op de knopen 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 plaatsen waarvan er ionen zijn. Ze worden gevormd door stoffen met een ionische binding, die geassocieerd kunnen worden met zowel eenvoudige ionen Na +, Cl -, als complexe SO 4 2-, OH -. Bijgevolg hebben zouten, sommige oxiden en hydroxiden van metalen ionische kristalroosters. Een natriumchloridekristal is bijvoorbeeld opgebouwd uit afwisselende positieve Na + en negatieve Cl - -ionen, waardoor een kubusvormig rooster wordt gevormd. 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.

Kristalrooster - a) en amorf rooster - b).

Atomaire kristalroosters

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

Moleculaire kristalroosters

moleculair kristalroosters genoemd, op de knooppunten waarvan zich moleculen 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 atomen in moleculen zijn gebonden door zeer sterke covalente bindingen, zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten 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 knopen van dergelijke roosters zijn atomen en ionen(ofwel atomen, dan ionen, waarin metaalatomen gemakkelijk veranderen, waardoor hun buitenste elektronen "aan" normaal gebruik"). Een dergelijke interne structuur van metalen bepaalt hun karakteristieke fysieke eigenschappen: kneedbaarheid, plasticiteit, elektrische en thermische geleidbaarheid en een karakteristieke metaalglans.