Кристаллические решётки
Кристаллическая решётка — упорядоченное расположение частиц в кристалле. Тип частиц в узлах и характер связи между ними определяют твёрдость, температуру плавления, растворимость, электропроводность и другие свойства вещества.
Что называют кристаллической решёткой
В кристаллическом веществе частицы расположены закономерно и периодически. Воображаемые точки, в которых находятся частицы, называют узлами кристаллической решётки. Частицами могут быть атомы, молекулы или ионы.
Кристаллическая решётка — это периодически повторяющееся расположение частиц в пространстве, при котором каждая частица занимает определённое положение относительно соседних частиц.
Четыре основных типа решёток
| Тип решётки | Частицы в узлах | Связь между частицами | Основные свойства |
|---|---|---|---|
| Атомная | Атомы | Прочные ковалентные связи | Очень твёрдые, тугоплавкие; обычно не проводят ток |
| Молекулярная | Молекулы | Слабые межмолекулярные взаимодействия | Низкие температуры плавления и кипения; часто летучи |
| Ионная | Катионы и анионы | Электростатическое притяжение | Твёрдые, хрупкие, тугоплавкие; проводят ток в расплавах и растворах |
| Металлическая | Атомы и положительные ионные остовы | Притяжение между ионными остовами и общими электронами | Пластичные, ковкие, хорошо проводят тепло и электрический ток |
Атомная решётка
В атомной кристаллической решётке в узлах находятся атомы, соединённые прочными ковалентными связями в единую пространственную сеть. Примеры: алмаз, графит, кремний, кварц \(\mathrm{SiO_2}\).
Молекулярная решётка
В молекулярной кристаллической решётке в узлах находятся молекулы. Внутри молекулы атомы связаны прочными ковалентными связями, но сами молекулы взаимодействуют значительно слабее. Примеры: лёд \(\mathrm{H_2O}\), сухой лёд \(\mathrm{CO_2}\), йод \(\mathrm{I_2}\).
Наличие ковалентных связей внутри молекул не означает, что решётка атомная. Если вещество состоит из отдельных молекул, его кристаллическая решётка молекулярная.
Ионная решётка
В ионной кристаллической решётке в узлах находятся катионы и анионы. Ионные кристаллы твёрдые и хрупкие. В твёрдом состоянии ионы закреплены и ток не проводят; в расплаве или водном растворе ионы подвижны, поэтому появляется электропроводность.
Металлическая решётка
В металлической кристаллической решётке положительные ионные остовы расположены упорядоченно, а валентные электроны делокализованы. Свободные электроны обеспечивают высокую электрическую и тепловую проводимость, а смещение слоёв объясняет пластичность и ковкость металлов.
Какое вещество имеет молекулярную кристаллическую решётку?
Как свойства связаны с типом решётки
Для экзамена полезно рассуждать по цепочке: частицы → взаимодействие → подвижность частиц → свойства. Чем сильнее взаимодействие между частицами, тем больше энергии обычно требуется для разрушения решётки и тем выше температура плавления.
| Свойство | Атомная | Молекулярная | Ионная | Металлическая |
|---|---|---|---|---|
| Твёрдость | Очень высокая | Низкая или средняя | Высокая | Разная |
| Хрупкость | Часто высокая | Часто высокая | Высокая | Обычно низкая |
| Электропроводность твёрдого вещества | Обычно нет | Нет | Нет | Да |
| Электропроводность расплава | Обычно нет | Обычно нет | Да | Да |
| Пластичность | Обычно нет | Нет | Нет | Да |
Алгоритм определения типа решётки
- Определите, из каких частиц состоит вещество: атомов, молекул, ионов или металлических частиц.
- Проверьте, есть ли отдельные молекулы.
- Если вещество состоит из катионов и анионов, решётка ионная.
- Если это металл или металлический сплав, обычно рассматривают металлическую решётку.
- Сопоставьте свойства с выводом: твёрдость, хрупкость, проводимость и температура плавления должны не противоречить выбранному типу.
Определите тип кристаллической решётки и электропроводность твёрдого хлорида калия KCl и его расплава.
Ионные вещества проводят электрический ток в расплавах и растворах, но обычно не проводят его в твёрдом состоянии.
Координационное число и дефекты
Число ближайших частиц, окружающих выбранную частицу в кристалле, называют координационным числом. В реальных кристаллах встречаются дефекты кристаллической решётки, которые могут изменять прочность, проводимость, окраску и растворимость вещества.
Кристаллическая решётка описывает расположение частиц, а химическая связь — взаимодействие между ними.
Quick-test
Главное
- В узлах атомной решётки находятся атомы, молекулярной — молекулы, ионной — катионы и анионы, металлической — атомы или ионные остовы металла.
- Атомные и ионные кристаллы обычно твёрдые и тугоплавкие; молекулярные обычно мягкие и легкоплавкие.
- Ионные кристаллы проводят ток только в расплавах и растворах, а металлы проводят ток в твёрдом состоянии.
- Свойства вещества объясняются частицами, силой связи, подвижностью частиц и особенностями строения.
- Для решения задач используйте цепочку: частицы → связь → подвижность → свойства.