Основы химии
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
валентные связи многовалентных атомов в их соединениях имеют вполне определенную пространственную ориентацию. Та же ориентация атомов сохраняется и в кристаллической решетке. Таким образом, атомный кристалл можно рассматривать как гигантскую молекулу, все атомы которой связаны ковалентно.
Типичной атомной решеткой является решетка алмаза, состоящей из атомов углерода. Углерод 4-х валентен и его валентные электронные облака ориентированы в пространстве так что образуют между собой углы 109028. Каждый атом углерода находится в центре тетраэдра, вершины которого заняты другими четырьмя атомами углерода (рис.5.3.)
Рис. 5.3. Элемент кристаллической
решетки алмаза.
Такая тетраэдрическая структура, которая показана на рис.5.3. распространена по всему кристаллу. Ковалентные силы, действующие в атомных решетках очень велики и по этому такие решетки отличаются большой компактностью. Вещества с атомными решетками близкими к решетке алмаза имеют высокую твердость, высокую температуру плавления и малую летучесть.
Решетки типа алмаза имеет не только углерод, а и другие элементы четвертой группы кремний, германий, серая модификация олова и ряд бинарных соединений, например, сульфиды (ZnS, CdS и др.)
б) Ионные решетки. Ионная решетка характеризуется наличием в узлах пространственной решетки отдельных ионов.
Ионные решетки образуются правильным чередованием противоположно заряженных ионов, связанных между собой электростатическими силами притяжения разноименных зарядов. (см. рис.5.2. б).
Каждый ион, входящий в решетку, находится в совершенно одинаковом отношении ко всем непосредственно окружающим его ионам противоположного знака. Молекулы ионных соединений в результате образования кристаллической решетки теряют свою индивидуальность, весь кристалл ионного соединения представляет собой единую макрочастицу.
Действующие в ионных структурах кулоновские силы обуславливают прочную связь между частицами. Поэтому для ионных кристаллов и температура плавления и твердость значительны. В качестве примера рассмотрим кристаллическую решетку хлорида натрия.
Рис.5.4. Кристаллическая решетка
хлорида натрия. ионы Na+, ионы Cl.
d
Узлы решетки заняты ионами Na+ и Cl, причем каждый ион Na+ окружен 6-тью ионами Cl, а каждый ион Cl окружен 6-тью ионами Na+. (рис.5.4.)
Как видно из рис.5.4., в кристалле NaCl каждый ион Na+ находится в центре октаэдра, шесть вершин которого заняты ионами хлора, так же и ион Cl окружен октаэдром из шести ионов Na+.
Ионы удерживаются в решетке электростатическими силами. Расстояние между центрами ионов Na+ и Cl d=2,814 А0.
По ионному принципу построены решетки почти всех солей многих оксидов и других соединений (MgO, PbS, CdS и др.).
Решетки такого типа, как у NaCl имеют все галогениды щелочных металлов (за исключением бромида и иодида цезия). Решетки типа NaCl отличаются друг от друга только межионными расстояниями d. В отличие NaCl, решетка CsJ объемоцентрированный куб. В таком кристалле каждый ион окружен 8-мью ионами противоположного знака.
Для количественной характеристики окружения используют понятие “координационное число” (кч). Координационным числом данного атома (иона) называют число ближайших соседей в решетке без учета природы связи между ними. Так координационное число ионов Na+ в решетке NaCl равно 6. Аналогично координационное число ионов Cl равно тоже 6. В решетке CsJ координационное число ионов Cs+ и J равно 8.
Важной характеристикой кристаллической решетки является энергия решетки. Энергией кристаллической решетки (Екр.) называют работу, которую необходимо затратить на разрушение решетки и удаление ее составных частей на расстояние, при котором прекращается взаимодействие частиц. Ее относят к одному молю вещества и выражают в кДж/моль.
Энергию кристаллической решетки численно можно получить по формуле Борна.
Екр =К 3 r/М ; кДж/моль.
здесь М молекулярная масса твердого вещества; r плотность; К коэффициент.
Коэффициент К изменяется с изменением типа решетки. (Для решеток типа NaCl К=545, для решеток типа CsCl К=512, для решеток соединений типа ABr K>1500.)
Так [NaCl]n =[Na+]n + [Cl]n; Екр =773 кДж/моль.
в). Молекулярные решетки. Молекулярные решетки образуются молекулами. Связь между молекулами осуществляется поляризационными вандервальсовыми силами. (рис.5.2. в).
Так как вандервальсовы силы значительно слабее, чем электростатические или ковалентные, то и соединения с молекулярными кристаллическими решетками менее твердые, характеризуются малой прочностью, более летучи и имеют сравнительно низкие температуры плавления.
Отсутствие свободных ионов в кристаллах с молекулярными решетками объясняет малую растворимость в воде и очень малую электропроводность. Типичными представителями веществ с молекулярной решеткой являются многочисленные органические вещества.
По молекулярному типу построены решетки “замороженных” инертных газов. Все инертные газы (за исключением гелия), кристаллизуются в гранецентрированные кубические молекулярные решетки, а гелий в плотную гексагональную упаковку.
Кроме инертных газов молекулярные кристаллы при затвердевании образуют и такие органические вещества, как H2, N2, O2, P4, S8, H2O, NH3, HCl, SO2, SiF4 и др.
г). Металлические решетки. Металлическая решетка характерна для всех металлов в их твердом и жидком агрегатном состояниях. В узлах металлической решетки могут ?/p>