Кристаллическая решетка представляет собой внутреннюю структуру кристалла, определяющая порядок взаимного расположения атомов, ионов или молекул. Точки остова решетки называются узлами, а частицы удерживаются химическими связями.
Примеры:
- алмаз (углеродная решетка)
- поваренная соль (NaCl)
Что такое кристаллическая решетка
Как известно, все вещества состоят из частиц — атомов, которые могут располагаться хаотично или в определенном порядке. У аморфных веществ частицы расположены беспорядочно, а у кристаллических они образуют определенную структуру. Эта структура называется кристаллической решеткой. Она определяет такие характеристики вещества, как твердость, хрупкость, температура кипения и/или плавления, пластичность, растворимость, электропроводность и т. д.
Кристаллическая решетка — это внутренняя структура кристалла, порядок взаимного расположения атомов, ионов или молекул. Точки, в которых находятся эти частицы, называются узлами решетки.
Частицы удерживаются на своих местах благодаря химическим связям между ними. В зависимости от того, какой вид связи удерживает атомы или ионы данного вещества, в химии выделяют основные типы кристаллических решеток:
атомная (ковалентные связи),
молекулярная (ковалентные связи и притяжение между молекулами),
металлическая (металлические связи),
ионная (ионные связи).
Атомная кристаллическая решетка
Согласно своему названию, атомная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой расположены атомы. Они взаимодействуют с помощью ковалентных связей, то есть один атом отдает другому свободный электрон или же электроны из разных атомов образуют общую пару. В кристаллах с атомной решеткой частицы прочно связаны, что обуславливает ряд физических характеристик.
Свойства веществ с атомной решеткой:
прочность,
твердость,
неспособность к растворению в воде,
высокая температура кипения и плавления.
К примеру, атомную кристаллическую решетку имеет алмаз — самый твердый минерал в мире.
Другие примеры: германий Ge, кремний Si, нитрид бора BN, карборунд SiC.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
-
Подготовься к ЕГЭ на высокие баллы.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Решай задания в бесплатном тренажёре ЕГЭ.
Молекулярная кристаллическая решетка
Как и в предыдущей группе, в этой находятся вещества с ковалентными связями между атомами. Но физические характеристики этих веществ совершенно иные — они легко плавятся, превращаются в жидкость, растворяются в воде. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь кристаллы строятся не из атомов, а из молекул.
Молекулярная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой находятся не атомы, а молекулы.
Внутри молекул атомы имеют прочные ковалентные связи, но сами молекулы связаны между собой слабо. Поэтому кристаллы таких веществ непрочные и легко распадаются.
Молекулярная кристаллическая решетка характерна для воды. При комнатной температуре это жидкость, но стоит нагреть ее до температуры кипения (которая сравнительно низка), как она тут же начинает превращаться в пар, т. е. переходит в газообразное состояние.
Некоторые молекулярные вещества — например, сухой лед CO2, способны преобразоваться в газ сразу из твердого состояния, минуя жидкое (данный процесс называется возгонкой).
Свойства молекулярных веществ:
небольшая твердость;
низкая прочность;
легкоплавкость;
летучесть;
у некоторых — наличие запаха.
Кристаллическая решетка представляет собой периодическую структуру, определяющую расположение атомов, ионов или молекул особыми способами. Разные типы кристаллических решеток имеют свои свойства, зависящие от природы связи между частицами. Для более детального понимания этой темы советуем прочитать нашу статью «Примеры ионной связи».
Помимо воды к веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся аммиак NH3, гелий He, радон Rn, йод I, азот N2 и другие. Все благородные газы — молекулярные вещества. Также к этой группе принадлежит и большинство органических соединений (например, сахар).
Ионная кристаллическая решетка
Как известно, при ионной химической связи один атом отдает другому ионы и приобретает положительный заряд, в то время как принимающий атом заряжается отрицательно. В итоге появляются разноименно заряженные ионы, из которых и состоит структура кристалла.
Ионная решетка — это кристаллическая структура, в узловых точках которой находятся ионы, связанные взаимным притяжением.
Ионную кристаллическую решетку имеют практически все соли, типичным представителем можно считать поваренную соль NaCl. О ней стоит вспомнить, если нужно перечислить физические характеристики этой группы. Также ионную решетку имеют щелочи и оксиды активных металлов.
Свойства веществ с ионной структурой:
твердость;
хрупкость;
тугоплавкость;
нелетучесть;
электропроводность;
способность растворяться в воде.
Примеры веществ с ионной кристаллической решеткой: оксид кальция CaO, оксид магния MgO, хлорид аммония NH4Cl, хлорид магния MgCl2, оксид лития Li2O и другие.
Металлическая кристаллическая решетка
Для начала вспомним, как проходит металлическая химическая связь. В молекуле металла свободные отрицательно заряженные электроны перемещаются от одного иона к другому и соединяются с некоторыми из них, а после отрываются и мигрируют дальше. В результате получается кристалл, в котором ионы превращаются в атомы и наоборот.
Металлическая кристаллическая решетка — это структура, которая состоит из ионов и атомов металла, а между ними свободно передвигаются электроны. Как несложно догадаться, она характерна лишь для металлов и сплавов.
Свободные электроны, мигрирующие между узлами решетки, образуют электронное облако, которое под воздействием электротока приходит в направленное движение. Это объясняет такое свойство металлов, как электрическая проводимость.
В химии типичным примером вещества, которое имеет металлическую кристаллическую решетку, считается медь. Она очень ковкая, пластичная, имеет высокую тепло- и электропроводность. Впрочем, все металлы ярко демонстрируют эти характеристики, поэтому назвать физические свойства данной группы несложно.
Свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:
характерный блеск;
хорошая ковкость;
высокая теплопроводность;
электропроводность.
При этом температура плавления веществ может существенно различаться. Например, у ртути это −38,9°С, а у бериллия целых +1287°С.
Подведем итог: о характеристиках разных типов кристаллических решеток расскажет таблица.
Тип решетки |
Частицы в узлах решетки |
Тип связи между частицами |
Примеры веществ |
Физические свойства веществ |
|---|---|---|---|---|
| Атомная | Атомы | Ковалентная связь | Твердые неметаллы: графит, кремний, бор, германий и другие. | При обычных условиях прочные и твердые, тугоплавкие, нерастворимые в воде, нелетучие. |
| Молекулярная | Молекулы | Силы притяжения между молекулами | Вещества, образующие маленькие молекулы (CO2, Cl2, H2O), благородные газы, органические вещества. | При обычные условиях — газы или жидкости. Легкоплавкие, летучие, некоторые способны к возгонке. |
| Ионная | Ионы | Ионная связь | Соли, большая часть органических соединений, оксиды, щелочи. | Твердые, тугоплавкие, хрупкие, нелетучие, растворимы в воде, способны проводить электроток. |
| Металлическая | Атомы и ионы | Металлическая связь | Все металлы и сплавы. | Твердые (кроме ртути), ковкие, имеют блеск, отличаются теплопроводностью, электропроводностью. |
Строение и агрегатное состояние веществ
Выделяют три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ. Каждое из них предполагает определенное расположение частиц. Ниже мы расскажем подробнее, как связаны в химии кристаллическая решетка и агрегатное состояние вещества, а пока осветим общие закономерности.
Если частицы хаотично движутся, а расстояние между ними многократно превышает их собственные размеры — это газ. За счет большой удаленности друг от друга молекулы и атомы в таком веществе слабо взаимодействуют между собой.
Если частицы расположены все так же беспорядочно, но на небольшом расстоянии друг от друга — это жидкость. В жидком состоянии вещества его молекулы и атомы имеют более прочные связи, которые сложнее разорвать.
Если частицы собраны близко друг к другу и в определенном порядке — это твердое тело. В таком состоянии связи между ними наиболее прочны. Частицы могут двигаться только в пределах своего расположения и почти не перемещаются в пространстве.
Большинство веществ могут находиться и в твердом, и в жидком, и газообразном состоянии, а в зависимости от давления и температуры легко переходить из одного в другое. Типичный пример — вода, которая при нагревании превращается в пар, а при остывании становится твердым льдом.
Важно учитывать, что свойства вещества могут заметно меняться в зависимости от агрегатного состояния вещества.
Как определить кристаллическую решетку
Как понятно из предыдущего материала, строение вещества, его состав и физические характеристики тесно связаны. Поэтому для определения вида кристаллической решетки можно руководствоваться теми данными, которые у нас есть. Как правило, известен состав вещества, а значит, мы можем сделать вывод о химических связях внутри его молекулы, что позволит в свою очередь предположить тип решетки.
Также можно провести быстрый анализ:
если это неметалл, который при комнатной температуре представляет собой твердое тело — скорее всего он имеет атомную решетку;
если в обычных условиях это жидкость или газ либо речь об органическом веществе — предполагаем молекулярную решетку;
если это соль либо щелочь — кристаллы имеют ионную решетку;
если это металл или сплав — решетка точно будет металлической.
Вопросы для самопроверки:
Назовите виды кристаллических решеток.
Чем отличается кристаллическая решетка от химической связи?
Назовите примеры веществ с металлической кристаллической решеткой, с ионной, атомной и молекулярной.
Выберите лишнее вещество: молекулярную кристаллическую решетку имеет вода, поваренная соль, аргон, криптон.
Какое строение вещества придает ему высокую электропроводность?
Какое строение кристалла может придать веществу способность к возгонке?
