Главная / Теоретические основы / Кристаллические решетки

Кристаллические решетки и строение вещества

1. Аморфные и кристаллические вещества

Твердые вещества делятся на две большие группы в зависимости от упорядоченности внутреннего строения:

Определение

Кристаллические вещества — частицы строго упорядочены и образуют правильную пространственную кристаллическую решетку (каркас).

  • Имеют строгую постоянную температуру плавления.
  • При ударе раскалываются по определенным плоскостям (образуя ровные плоские грани).

Примеры: Алмаз, лёд, поваренная соль, все чистые металлы (железо, золото).

Определение

Аморфные вещества — частицы расположены хаотично, без геометрического порядка. По внутреннему строению они похожи на очень густые, застывшие жидкости.

  • Нет точной температуры плавления (при нагревании они постепенно размягчаются).
  • При ударе образуют неровные осколки (раковистый излом).

Примеры: Стекло, смола, янтарь, пластилин, пластмассы и резина.

Вопрос 1: Аморфные вещества

Проверка

Выберите вещество, не имеющее строго определенной температуры плавления: лед, хлорид натрия, стекло, алмаз.

Ответ: Стекло.

Пояснение: Стекло является аморфным веществом. У аморфных веществ нет строгого дальнего порядка в расположении частиц, поэтому они не имеют четкой температуры плавления, а постепенно размягчаются при нагревании.

Вопрос 2: Поиск аморфных веществ

Проверка

Из предложенного перечня выберите два аморфных вещества: графит, янтарь, кварц, полиэтилен, белый фосфор.

Ответ: Янтарь и полиэтилен.

Пояснение: Большинство полимеров (пластмассы, смолы, включая природную смолу — янтарь) имеют аморфное строение. Графит, кварц и белый фосфор — это кристаллические вещества с атомной и молекулярной решетками.

2. Типы кристаллических решёток

Физические свойства веществ (температура плавления, твердость, электропроводность) зависят от типа их кристаллической решетки.

Тип решётки Молекулярная Атомная Ионная Металлическая
Тип связи Ковалентная (внутри молекул) + Слабые межмолекулярные силы Ковалентная (очень прочная) Ионная Металлическая
В узлах решетки Молекулы Атомы Ионы (+ и -) Атомы и ионы (в "электронном газе")
Свойства • Летучие (имеют запах)
• Легкоплавкие (низкая Тпл)
• Малая твердость
• Диэлектрики (не проводят ток) 		• Очень твердые
• Тугоплавкие (очень высокая Тпл)
• Нелетучие
• Нерастворимые 		• Твердые, но хрупкие
• Тугоплавкие
• Растворы и расплавы проводят ток
• Часто растворимы в воде 		• Пластичные, ковкие
• Металлический блеск
• Высокая тепло- и электропроводность
Типичные примеры • Все газы (O2, N2, CO2)
• Жидкости (H2O, Br2)
• Твердые: I2, S8, P4 (белый), C60 (фуллерен)
• Органика (почти вся) 		• C (алмаз, графит)
• Si (кремний)
• B (бор)
• SiO2 (кремнезем, кварц, песок)
• SiC (карборунд) 		• Соли (NaCl, K2SO4, NH4Cl)
• Щелочи (NaOH, KOH)
• Оксиды металлов (CaO, CuO)
• Бинарные соединения Ме+НеМе 		• Металлы (Fe, Cu, Na, Au)
• Сплавы (бронза, сталь)
Водородная связь
Рис. 1. Кристаллические решетки простых веществ

Вопрос 1: Свойства ионных соединений

Проверка

Некоторое вещество X при обычных условиях представляет собой твердый диэлектрик. При растворении в воде образуется раствор, отлично проводящий электрический ток. Какую кристаллическую решетку имеет вещество X?

Ответ: Ионную.

Пояснение: Это типичное описание соли или щелочи. В твердом состоянии ионы прочно закреплены в узлах ионной кристаллической решетки (ток не проводят), а при растворении они становятся подвижными и образуют электролит.

Вопрос 2: Молекулярная решетка

Проверка

Выберите два вещества, которые при обычных условиях имеют молекулярную кристаллическую решетку: $SiO_2$, $I_2$, $SiC$, $P_4$, $Al_2O_3$.

Ответ: $I_2$ (йод) и $P_4$ (белый фосфор).

Пояснение: Молекулярную решетку в твердом состоянии имеют большинство простых веществ-неметаллов (включая галогены и фосфор). Оксид кремния ($SiO_2$) и карбид кремния ($SiC$) имеют атомную решетку, а оксид алюминия — ионную.

3. Молекулярное и немолекулярное строение

В зависимости от типа химической связи и кристаллической решетки, все вещества можно разделить на две группы по строению.

1. Вещества молекулярного строения

Состоят из молекул. Внутри молекул связи очень прочные (ковалентные), но между самими молекулами действуют слабые межмолекулярные силы.

Основные свойства

  • Легкоплавкие: низкие температуры плавления и кипения.
  • Летучие: часто имеют характерный запах.
  • Диэлектрики: слабая электропроводность.
  • Агрегатное состояние (студ. усл.): к ним относятся все газы и жидкости (кроме ртути), а также некоторые твердые вещества.

Примеры веществ

  • Газы: H2, O2, Cl2, N2, CO2, NH3
  • Жидкости: H2O, H2SO4 (безводная), Бром (Br2)
  • Твердые вещества: Йод (I2), Сера (S8), Белый фосфор (P4), Глюкоза, Сахароза

2. Вещества немолекулярного строения

Не содержат молекул. Атомы или ионы связаны в единый бесконечный каркас (кристаллическую решетку).

Основные свойства

  • Тугоплавкие: высокие температуры плавления.
  • Твердые: высокая твердость и механическая прочность.
  • Нелетучие: не имеют запаха.

Типы связей и решеток

  • Ионная решетка: Соли (NaCl), Щелочи (NaOH), Оксиды металлов (CaO).
  • Металлическая решетка: Все металлы и сплавы.
  • Атомная решетка (ковалентная): Алмаз (C), Графит (C), Кремний (Si), Кварц (SiO2), Карбид кремния (SiC).

Особые случаи и исключения для ЕГЭ

Оксиды металлов

Обычно оксиды металлов имеют ионную решетку (CaO, CuO), но оксиды металлов в высоких степенях окисления (+5, +6, +7) являются кислотными оксидами и имеют молекулярную решетку!

Примеры: CrO3 (оксид хрома VI), Mn2O7 (оксид марганца VII).

Органические соли

Органические вещества обычно имеют молекулярную решетку. Но соли органических кислот, аминокислот и аминов имеют ионную решетку.

Примеры: CH3COONa (ацетат натрия), C6H5ONa (фенолят натрия), [CH3NH3]Cl (хлорид метиламмония).

Аллотропные модификации

Один и тот же химический элемент может образовывать совершенно разные кристаллические решетки:

  • Углерод: Алмаз, графит — атомная. Фуллерен — молекулярная (C60).
  • Фосфор: Красный, черный — атомная. Белый — молекулярная (P4).

Вопрос 1: Атомные исключения

Проверка

Выберите из перечня все вещества, имеющие атомную кристаллическую решетку: графит, белый фосфор, красный фосфор, угарный газ, карборунд.

Ответ: Графит, красный (и черный) фосфор, карборунд ($SiC$).

Пояснение: Белый фосфор состоит из дискретных молекул $P_4$ (молекулярная решетка), в то время как другие аллотропные модификации фосфора имеют полимерное строение (атомная решетка). Карборунд и графит — классические представители атомной решетки из ЕГЭ.

Вопрос 2: Сложные случаи с ионами

Проверка

Какой тип кристаллической решетки характерен для хлорида метиламмония ($[CH_3NH_3]Cl$) и сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$)?

Ответ: Оба соединения имеют ионную кристаллическую решетку.

Пояснение: Несмотря на отсутствие атомов типичных металлов, в обоих случаях присутствуют сложные катионы (метиламмония и аммония) и анионы (хлорид и сульфат). Наличие ионной связи между ними всегда определяет ионную кристаллическую решетку.

Пройди тест по теме

Проверь свои знания по кристаллическим решеткам. Задания формата ЕГЭ.

Начать тест →