ЗАЛЕЖНІСТЬ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РЕЧОВИН ВІД ЇХНЬОЇ БУДОВИ

Хімія

11 клас

ЧОМУ В РЕЧОВИН ВЛАСТИВОСТІ ТАКІ РІЗНІ?

• Тверді речовини бувають різноманітні за своїми властивостями. І крихкі, і дуже міцні, і пластичні, можуть проводити електричний струм і не проводити, мати високі tº плавлення і навпаки – низькі.
• У речовин у кристалічному стані складові частинки мають упорядковане просторове розташування. Розміщення частинок у твердому тілі зображується у вигляді ґраток у вузлах, яких містяться певні структурні частинки з'єднані уявними лініями. Це так звані кристалічні ґратки.

​

МЕТА :

ознайомитися з залежністю фізичних властивостей речовин від типів кристалічних ґраток.

​

ПЛАН

• 1. Атомна кристалічна ґратка.
• 2. Молекулярна кристалічна ґратка.
• 3. Йонна кристалічна ґратка.
• 4. Металічна ґратка.

​

АТОМНА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Атомними називають кристалічні ґратки, у вузлах яких містяться окремі атоми, зв'язані ковалентними зв'язками. Такий тип ґратки має алмаз — одна з алотропних видозмін Карбону. До речовин з атомною кристалічною ґраткою належать графіт, силіцій, бор, германій, а також складні речовини, наприклад, карборунд SiC, кремнезем, кварц, гірський кришталь, пісок, до складу яких входить силіцій(IV) оксид SiO2.  Таким речовинам притаманні висока міцність і твердість. Так, алмаз є найтвердішою природною речовиною. У речовин з атомною кристалічною ґраткою дуже високі температури плавлення і кипіння. Наприклад, температура плавлення кремнезему — 1728 °С, а у графіту вона ще вище — 4000 °С. Атомні кристали практично нерозчинні у воді.

АТОМНА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Кристалічна ґратка — модель для опису внутрішньої будови речовини, що являє собою геометрично правильне розміщення частинок, властиве речовині в кристалічному стані. 
• Ковалентні зв’язки між атомами є рівноцінними та дуже міцними.
• Такі кристалічні ґратки мають лише деякі речовини у твердому стані алмаз (С),  силіцій (Si) , бор (В), пісок (SiO2), кремнезем (SiC), червоний фосфор, графіт (С) та ін. 
• Наприклад, схематична ґратка алмазу (найтвердіша природна речовина з температурою плавлення 3500 °С):

​

​

​

​

​

​

• Зв’язок між типом кристалічної ґратки та фізичними властивостями речовини:
• • якщо відома будова речовини, то можна прогнозувати її властивості (наприклад,  чим міцніший хімічний зв'язок, що утримує частинки у вузлах кристалічних ґраток, тим міцніші кристали, тим твердіша речовина, тим вищі її температури плавлення і кипіння). 
• • навпаки, якщо відомі властивості речовини, то можна визначити її будову.

​

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН З АТОМНОЮ КРИСТАЛІЧНОЮ ҐРАТКОЮ:

• властива велика твердість (усі зв’язки решітки є рівноцінними та міцними);
• мають дуже високі температури плавлення і кипіння;
• нелеткі, тому не мають запаху;
• не проводять елекричний струм, або бувають напівпровідниками (бо нема вільних електронів);
• практично не розчиняються в жодних розчинниках. 

​

МОЛЕКУЛЯРНА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Молекулярними  називають ґратки, у вузлах яких містяться молекули, зв'язані слабкою міжмолекулярною взаємодією.
• Тому молекулярні кристали мають невелику міцність і твердість, низькі температури плавлення і кипіння. Багато молекулярних речовин при кімнатній температурі є рідинами і газами. Такі речовини — леткі. Наприклад, кристалічні йод і твердий карбон(IV) оксид («сухий лід») випаровуються, не переходячи у рідкий стан. Деякі молекулярні речовини мають запах. Такий тип ґратки мають прості речовини у твердому агрегатному стані: благородні гази з одноатомними молекулами  (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а також неметали з двох— і багатоатомними молекулами (H2,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).
• Молекулярну кристалічну ґратку мають також речовини з ковалентними полярними зв'язками: вода — лід, твердий амоніак, кислоти, оксиди неметалів. Більшість органічних сполук теж являють собою молекулярні кристали (нафталін, цукор, глюкоза).

​

МОЛЕКУЛЯРНА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Кристалічна ґратка — модель для опису внутрішньої будови речовини, що являє собою геометрично правильне розміщення частинок, властиве речовині в кристалічному стані. 
• У вузлах молекулярних кристалічних ґраток містяться молекули як неполярні, так і полярні.
• Частинки сполучені між собою дуже слабкими силами міжмолекулярного тяжіння.                                          
• Речовини з молекулярними кристалічними ґратками дуже поширені: йод (I2), нафтален, бром (Br2), вода (H2O), цукор, лід (H2O), спирт, хлор (Cl2), амоніак (NH,), метан (СН4)
• Наприклад, схематична ґратка йоду (кристали не дуже тверді, плавляться при температурі 30 °С):

​

​

​

​

​

​

​

​

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН З МОЛЕКУЛЯРНОЮ КРИСТАЛІЧНОЮ ҐРАТКОЮ:

• невелика твердість (слабкі сили міжмолекулярного тяжіння);
• легкоплавкі речовини;
• леткі (здатність швидко випаровуватись), тому майже всі мають запах;
• не проводять електричний струм;
• мають різну розчинність у воді. 

​

ЙОННА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Йонними називають ґратки, у вузлах яких містяться йони.
•  Їх утворюють речовини з йонним зв'язком — солі, луги, оксиди активних металів. У вузлах таких ґраток розташовуються позитивно і негативно заряджені йони, зв'язані між собою електростатичною взаємодією.
•  Зв'язки між йонами у таких кристалах є міцними. Тому йонні речовини є твердими, тугоплавкими, нелеткими. Такі речовини добре розчиняються у воді.

​

ЙОННА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Кристалічна ґратка — модель для опису внутрішньої будови речовини, що являє собою геометрично правильне розміщення частинок, властиве речовині в кристалічному стані. 
• У вузлах йонних кристалічних ґраток містяться йони, причому навколо позитивного йона розташовані негативні, а навколо негативного – позитивні. Частинки сполучені між собою досить сильним йонним зв'язком, бо протилежні частинки притягуються.           
• Речовини з йонними кристалічними ґратками дуже поширені: кухонна сіль (NaCl), інші солі, луги, оксиди металів, гідроксиди та ін.
• Наприклад, схематична ґратка кухонної солі (кристали тверді, плавляться при температурі 801 °С):

​

​

​

​

​

​

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН З ЙОННОЮ КРИСТАЛІЧНОЮ ҐРАТКОЮ:

•  за звичайної температури майже усі досить тверді, крихкі (сильний зв'язок між протилежно зарядженими частинками);
• температура плавлення досить висока;
• нелеткі, тому не мають запаху;
• йонні сполуки в цілому нейтральні, не проводять електричний струм, проте розчини таких речовин проводять елекричний струм;
• мають різну розчинність. 

​

МЕТАЛІЧНА КРИСТАЛІЧНА ҐРАТКА

• Металічними називають ґратки, які складаються з позитивних йонів, атомів металу і вільних електронів. Їх утворюють речовини з металічним зв'язком. У вузлах металічної ґратки містяться атоми і йони. Такі кристалічні ґратки є характерними для простих речовин металів і сплавів.
•  Температури плавлення металів можуть бути різними (від –37 °С у ртуті до двох-трьох тисяч градусів). Але всі метали мають характерний металічний блиск,  ковкість, пластичність, добре проводять електричний струм і тепло.

​

ЯКЩО ВІДОМА БУДОВА РЕЧОВИНИ, ТО МОЖНА ПЕРЕДБАЧИТИ ЇЇ ВЛАСТИВОСТІ.

• Спробуємо визначити, які приблизно температури плавлення у натрій фториду, гідроген фториду і фтору.

​

• У натрій фториду — йонна кристалічна ґратка. Отже, його температура плавлення буде високою. Гідроген фторид і фтор мають молекулярні кристалічні ґратки. Тому їх температури плавлення будуть невисокими. Молекули гідроген фториду є полярними, а фтору — неполярними. Отже, міжмолекулярна взаємодія у гідроген фториду буде сильнішою, і його температура плавлення буде вищою у порівнянні з флуором.

�Експериментальні дані підтверджують ці припущення: температури плавлення NaF, HF і F2 складають відповідно 995 °С, –83 °С,  –220 °С.

​

ВИСНОВОК

• Більшість твердих речовин має кристалічну будову, яка характеризується чітким розташуванням частинок.
• Залежно від природи частинок, розташованих у вузлах, і характеру зв'язку між ними, розрізняють чотири типи кристалічних ґраток:  йонну,  металічну, атомну

і молекулярну.

​

​