Сравнение типов кристаллических решёток
Тип кристаллической решётки показывает, какие частицы находятся в узлах кристалла и как они связаны между собой. Чтобы распознать решётку, действуйте по алгоритму: определите частицы, установите тип связи, проверьте свойства и сопоставьте их с формулой вещества.
1. Что называют кристаллической решёткой
Кристаллическая решётка — это упорядоченное расположение частиц в пространстве, повторяющееся во всём объёме кристалла. Частицы в узлах решётки могут быть атомами, ионами или молекулами. Между ними действуют разные силы, поэтому вещества с разными решётками имеют разные температуры плавления, твёрдость, растворимость и электропроводность.
Тип кристаллической решётки определяют по частицам в её узлах и по характеру связи между ними. В школьном курсе выделяют атомную, ионную, молекулярную и металлическую решётки.
| Тип решётки | Частицы в узлах | Связи между частицами |
|---|---|---|
| Атомная | Атомы | Прочные ковалентные связи |
| Ионная | Положительные и отрицательные ионы | Электростатическое притяжение |
| Молекулярная | Молекулы | Межмолекулярные взаимодействия |
| Металлическая | Атомы и положительные ионы металла; общие электроны | Металлическая связь |
2. Свойства четырёх типов решёток
Свойства кристалла объясняются не только наличием частиц, но и прочностью связей между ними. Чем сильнее связи и чем труднее разрушить структуру, тем обычно выше температура плавления и твёрдость.
| Тип | Основные свойства | Примеры |
|---|---|---|
| Атомная | Очень твёрдые, тугоплавкие; обычно не проводят ток; не растворяются в воде | алмаз C, кремний Si, кварц SiO_2 |
| Ионная | Твёрдые, хрупкие, тугоплавкие; в твёрдом состоянии ток не проводят, расплавы и растворы проводят | NaCl, KBr, MgO |
| Молекулярная | Мягкие или хрупкие, легкоплавкие; летучие; ток обычно не проводят | I_2, лёд H_2O, CO_2, S_8 |
| Металлическая | Пластичные, ковкие, имеют металлический блеск; хорошо проводят тепло и электрический ток | Fe, Cu, Al |
В ионной решётке ток проводят только подвижные ионы: в расплаве или водном растворе. В металлической решётке ток возможен в твёрдом металле благодаря свободным электронам. В атомной и молекулярной решётках свободных заряженных частиц обычно нет.
Физические свойства кристаллических веществ помогают подтвердить вывод, но не всегда позволяют сделать его единственным способом. Например, графит имеет атомную решётку и проводит ток по слоям, а некоторые молекулярные вещества могут вступать в реакции с водой, не образуя проводящий раствор.
Анизотропия — зависимость свойств от направления внутри кристалла. Она особенно характерна для многих кристаллических веществ и рассматривается подробнее на странице Анизотропия кристаллов. Не путайте кристаллы с аморфными веществами: у аморфных тел нет дальнего порядка расположения частиц.
Какое утверждение верно для кристаллического хлорида натрия?
3. Алгоритм определения по формуле и описанию
Используйте последовательность из четырёх шагов. Она особенно полезна, если в условии нет прямого названия решётки.
- Определите природу вещества: простое вещество или соединение; металл, неметалл или вещество из ионов.
- Предположите частицы в узлах. Для соли это ионы, для отдельного металла — частицы металлической структуры, для летучего соединения неметаллов — обычно молекулы.
- Свяжите частицы с типом связи: ионная, ковалентная, металлическая или межмолекулярное взаимодействие.
- Проверьте свойства: твёрдость, хрупкость, температуру плавления, электропроводность и растворимость. Если признаки противоречат друг другу, ищите исключение или уточнение в условии.
Формула бинарной соли из металла и неметалла обычно указывает на ионную решётку: \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{CaF_2}\). Формула простого металла — на металлическую решётку: \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{Cu}\). Формула вещества-неметалла, существующего в виде отдельных молекул, обычно указывает на молекулярную решётку: \(\mathrm{I_2}\), \(\mathrm{P_4}\), \(\mathrm{S_8}\).
Однако формула сама по себе не всегда достаточна. Углерод может образовывать алмаз с атомной решёткой и графит с атомной слоистой структурой. Вода в твёрдом состоянии образует молекулярную решётку, хотя между молекулами действуют водородные связи. Подробнее о них — на странице Водородная связь.
4. Разобранный пример
Определите тип кристаллической решётки вещества X, если X — твёрдое хрупкое вещество, имеет высокую температуру плавления, в твёрдом состоянии не проводит ток, а расплав проводит. Формула X — \(\mathrm{MgO}\).
Показать решение Решение
5. Как не перепутать решётки
| Если в условии сказано | Наиболее вероятный вывод | Что проверить |
|---|---|---|
| Очень твёрдое и тугоплавкое, ток не проводит | Атомная | Нет ли слоистой структуры или особого исключения |
| Хрупкое, тугоплавкое, расплав проводит ток | Ионная | Есть ли металл и неметалл в составе |
| Легкоплавкое, летучее, состоит из молекул | Молекулярная | Не является ли вещество металлом или атомным кристаллом |
| Ковкое, пластичное, проводит ток в твёрдом состоянии | Металлическая | Является ли простым веществом-металлом |
1. Считать, что любое вещество с высокой температурой плавления имеет атомную решётку: так могут вести себя ионные кристаллы. 2. Делать вывод «раствор проводит ток — значит решётка ионная»: раствор может проводить ток из-за реакции вещества с водой. 3. Называть молекулярной решётку вещества только потому, что в формуле есть неметаллы: \(\mathrm{SiO_2}\) имеет атомную решётку. 4. Забывать агрегатное состояние: твёрдый и расплавленный электролит проводят ток по-разному.
Связь решётки с температурой плавления и растворимостью разбирается подробнее на страницах Температура плавления и тип решётки и Растворимость и тип кристаллической решётки. Для задач на состав вещества полезна страница Состав вещества по типу кристаллической решётки, а классификация конкретных веществ — на странице Кристаллическая решётка вещества.
Быстрая проверка
Главное
- Атомная решётка: атомы и прочные ковалентные связи; твёрдость и тугоплавкость.
- Ионная решётка: катионы и анионы; хрупкость, высокая температура плавления, проводимость расплавов и растворов.
- Молекулярная решётка: молекулы; обычно низкие температуры плавления и отсутствие электропроводности.
- Металлическая решётка: частицы металла и свободные электроны; ковкость, пластичность и хорошая проводимость.
- Решение начинайте с частиц и связей, а свойства используйте для проверки, учитывая исключения.