結晶格子の化学ワークシート。 イオン結晶格子。 イオン型の結晶格子を持つ物質の性質

化学相互作用を起こすのは個々の原子や分子ではなく、物質です。

私たちの仕事は物質の構造を知ることです。

低温ああ、物質にとって安定な固体状態は安定です。

自然界で最も硬い物質はダイヤモンドです。 彼はすべての宝石の王とみなされており、 貴重な石。 そしてその名前自体はギリシャ語で「不滅」を意味します。 ダイヤモンドは昔から奇跡の石として崇められてきました。 ダイヤモンドを身に着けている人は胃の病気を知らず、毒の影響を受けず、老年まで記憶力と陽気な気分を保ち、王室の好意を享受できると信じられていました。

切断、研磨などの宝飾加工を施したダイヤモンドをダイヤモンドと呼びます。

熱振動の結果として溶融すると、粒子の秩序は破壊され、移動可能になりますが、化学結合の性質は破壊されません。 したがって、固体状態と液体状態の間には基本的な違いはありません。

液体は流動性(つまり、容器の形をとる能力)を獲得します。

液晶

液晶は 19 世紀末に発見されましたが、研究が進められてきたのはここ 20 ~ 25 年です。 多くの表示デバイス 現代のテクノロジー、たとえばいくつかの デジタル腕時計、ミニコンピュータ、液晶で動作します。

一般に、「液晶」という言葉は「ホットアイス」と同じくらい珍しいように聞こえます。 しかし、実際には氷も熱くなります。 10,000気圧以上の圧力で。 水の氷は 200 ℃を超える温度で溶けます。「液晶」の組み合わせの特殊性は、液体状態が構造の移動性を示し、結晶が厳密な秩序を意味することです。

物質が細長い形状または層状の形状をし、非対称構造を有する多原子分子で構成されている場合、それが溶融すると、これらの分子は相互に対して特定の方向に配向します (それらの長軸は平行です)。 この場合、分子はそれ自体に平行に自由に移動できます。 このシステムは液体特有の流動性の特性を獲得します。 同時に、この系は秩序構造を保持しており、それが結晶の特徴的な特性を決定します。

このような構造の高い可動性により、非常に弱い影響(熱、電気など)を通じて構造を制御することが可能になります。 非常に少ないエネルギー消費で、光学的特性を含む物質の特性を意図的に変更する技術であり、これが現代の技術で使用されています。

結晶格子の種類

あらゆる化学物質が生成される 多数の互いにつながっている同一の粒子。

気温が低いときは、 熱の動き難しい、粒子は空間内で厳密に配向され、形状が変化する 結晶格子.

結晶セル - これ 空間内に粒子が幾何学的に正しく配置された構造。

結晶格子自体では、ノードとノード間スペースが区別されます。

同じ物質でも条件によっては(p, t、...)さまざまな結晶形態 (つまり、異なる結晶格子を持っています)、つまり特性が異なる同素体修飾で存在します。

たとえば、炭素にはグラファイト、ダイヤモンド、カービン、ロンズデライトの 4 つの変形が知られています。

結晶性炭素の 4 番目の品種である「ロンズデライト」はほとんど知られていません。 隕石から発見され、人工的に得られたもので、その構造は現在も研究中です。

すす、コークス、 木炭アモルファスカーボンポリマーとして分類されます。 しかし、これらも結晶質であることがわかってきました。

ちなみに、煤の中には「ミラーカーボン」と呼ばれる、黒く光る粒子が見つかった。 ミラーカーボンは化学的に不活性で、耐熱性があり、ガスや液体を通さず、表面が滑らかで、生体組織と完全に適合します。

グラファイトという名前は、イタリア語の「graffito」(私は書きます、私は描きます)に由来しています。 グラファイトは弱い金属光沢のある濃い灰色の結晶で、層状の格子を持っています。 グラファイト結晶内の原子の個々の層は、互いに比較的弱く結合しているため、簡単に互いに分離されます。

結晶格子の種類

イオン性の

金属

結晶格子の節にあるもの、構造単位

イオン

原子

分子

原子と陽イオン


ノードの粒子間の化学結合の種類

イオン性の

共有結合: 極性および非極性

金属

結晶粒子間の相互作用力

静電気

論理的な

共有結合性

分子間-

新しい

静電気

論理的な

結晶格子による物性

・イオン間の引力が強く、

· Tpl. (耐火性)、

・水に溶けやすい、

· 溶けた溶液は電流を流し、

不揮発性(無臭)

・原子間の共有結合が大きく、

· Tpl. そしてTキップはとても、

・水に溶けない、

· 溶融物は電流を通さない

・分子間の引力が小さく、

· Tpl. ↓、

水に溶けるものもありますが、

・揮発性の臭気がある

· 相互作用力が大きく、

· Tpl. 、

高い熱伝導性と電気伝導性

通常の状態における物質の集合状態

難しい

難しい

難しい、

ガス状の

液体

難しい、

液体(N g)

ほとんどの塩、アルカリ、典型的な金属酸化物

C(ダイヤモンド、グラファイト)、Si、Ge、B、SiO2、CaC2、

SiC(カーボランダム)、BN、Fe3C、TaC(tpl.=3800℃)

赤と黒のリン。 一部の金属の酸化物。

すべての気体、液体、ほとんどの非金属: 不活性ガス、ハロゲン、H 2、N 2、O 2、O 3、P 4 (白色)、S 8。 非金属の水素化合物、非金属の酸化物:H 2 O、

CO2「ドライアイス」。 過半数 有機化合物.

金属、合金


冷却時の結晶成長速度が遅い場合は、ガラス状態 (アモルファス) が形成されます。

  1. 周期表における元素の位置とその単体の結晶格子との関係。

周期表における元素の位置と、それに対応する元素の結晶格子との間には密接な関係があります。

グループ

VIII

P

e

R

そして

d

H2

N2

O2

F2

P4

S8

Cl2

BR2

I 2

タイプ

結晶格子

金属

原子

分子

残りの元素の単体は金属の結晶格子を持っています。

固定

講義資料を読んで、次の質問にノートに書いて答えてください。

  1. 結晶格子とは何ですか?
  2. どのような種類の結晶格子が存在しますか?
  3. 計画に従って各種類の結晶格子を特徴づけます: 結晶格子のノードにあるもの、構造単位 → ノードの粒子間の化学結合の種類 → 結晶の粒子間の相互作用力 → 結晶による物理的性質格子 → 通常の状態における物質の集合状態 → 例

このトピックに関するタスクを完了します。

  1. 日常生活でよく使われる次の物質はどのような結晶格子をしていますか?水、 酢酸(CH 3 COOH)、砂糖 (C 12 H 22 O 11)、カリウム肥料 (KCl)、川砂 (SiO 2) - 融点 1710 ℃、アンモニア (NH 3)、食塩? 一般的な結論を導き出します。物質のどのような性質によって、その結晶格子の種類を決定できるでしょうか?
  2. 指定された物質の式を使用して: SiC、CS 2、NaBr、C 2 H 2 - 各化合物の結晶格子のタイプ (イオン、分子) を決定し、これに基づいて 4 つの物質それぞれの物理的特性を記述します。 。
  3. トレーナーNo.1。 「結晶格子」
  4. トレーナーその2。 「テストタスク」
  5. テスト(自己管理):

1) 原則として分子結晶格子を持つ物質:

a)。 耐火性があり、水によく溶ける
b)。 可融性および揮発性
Ⅴ)。 固体で導電性がある
G)。 熱伝導性とプラスチック

2)「分子」という概念 適用できない物質の構造単位に関連して:

a)。 水

b)。 酸素

Ⅴ)。 ダイヤモンド

G)。 オゾン

3) 原子結晶格子の特徴は次のとおりです。

a)。 アルミニウムとグラファイト

b)。 硫黄とヨウ素

Ⅴ)。 酸化ケイ素と塩化ナトリウム

G)。 ダイヤモンドとホウ素

4) 物質が水によく溶け、融点が高く、導電性がある場合、その結晶格子は次のようになります。

A)。 分子

b)。 原子

Ⅴ)。 イオン性の

G)。 金属

通常の状態では気体ですが、-194℃の温度で液体になります。 青色, -218.8℃の温度で固まって、青い結晶からなる雪のような塊になります。

このセクションでは、化学結合の特性が固体の特性にどのような影響を与えるかを見ていきます。 物質が固体状態で存在する温度範囲は、その沸点と融点によって決まります。 固体は結晶と非晶質に分けられます。
非晶質物質には明確な融点がありません。加熱すると、徐々に軟化して流体状態になります。 アモルファス状態では、例えば粘土や各種樹脂が挙げられます。

結晶性物質の特徴 正しい位置それらを構成する粒子、つまり原子、分子、イオン。 - 空間内の厳密に定義された点で。 これらの点を直線で結ぶと、結晶格子と呼ばれる空間的な枠組みが形成されます。 結晶粒子が配置されている点を格子と呼びます。

仮想格子のノードには、イオン、原子、分子が含まれる場合があります。 これらの粒子は振動運動を行います。 温度が上昇すると、これらの振動の範囲が拡大し、一般に物体の熱膨張につながります。

結晶格子の節点に位置する粒子の種類とそれらの間の結合の性質に応じて、結晶格子はイオン、原子、分子、金属の 4 種類に分類されます (表 6)。

表 6 に示されていない残りの元素の単体は金属格子を持っています。

イオン結晶格子は、そのノードにイオンが含まれている結晶格子です。 これらは、単純な Na+、Cl- イオンと複雑な SO 2-4、OH- イオンの両方に結合できるイオン結合を持つ物質によって形成されます。 したがって、イオン結晶格子には、金属の塩、一部の酸化物および水酸化物、つまりイオン化学結合が存在する物質が含まれます。 たとえば、塩化ナトリウムの結晶は、正の Na+ イオンと負の Cl- イオンが交互に存在することで構築され、立方体形の格子を形成します。 このような結晶内のイオン間の結合は非常に安定しています。 したがって、イオンふるいを備えた物質は比較的高い硬度と強度を持ち、耐火性で不揮発性です。

原子格子は結晶格子に注ぎ込まれ、そのノードには個々の原子が存在します。 このような格子では、原子は非常に強い共有結合によって互いに接続されています。 このタイプの結晶格子を持つ物質の例としては、炭素の同素体修飾の 1 つであるダイヤモンドが挙げられます。

原子結晶格子を持つ物質の数はそれほど多くありません。 これらには、結晶質のホウ素、シリコン、ゲルマニウムのほか、酸化ケイ素 (IV) - SlO2 を含む複合物質 (シリカ、石英、砂、水晶) が含まれます。

原子結晶格子を持つほとんどの物質は、 高温溶ける(たとえば、ダイヤモンドの場合は3500℃を超えます)と、それらは強くて硬く、実質的に不溶性です。

分子とは、分子がノードに位置する結晶格子です。 これらの分子内の化学結合は、極性または非極性の場合があります。 分子内の原子は非常に強い共有結合によって接続されているにもかかわらず、分子同士の間には弱い分子引力が作用します。 したがって、分子結晶格子を持つ物質は硬度が低く、融点が低く、揮発性です。

分子結晶格子を持つ物質の例としては、固体の水 - 氷、固体の一酸化炭素 (IV) - 「ドライアイス」、固体の塩化水素および硫化水素、固体 単体物質、1- (希ガス)、2-、3- (O3)、4- (P4) が形成されました。 8つの原子からなる分子。 ほとんどの固体有機化合物は分子結晶格子を持っています (ナフタレン、グルコース、砂糖)。
金属結合を持つ物質は金属の結晶格子を持ちます。 このような格子の位置には、原子とイオン (金属原子が容易に変化して、外部の電子を共用するために放棄する原子またはイオン) があります。 これ 内部構造金属はその特性を決定します 物理的特性:展性、可塑性、電気および熱伝導性、特有の金属光沢。

分子構造を持つ物質の場合、フランスの化学者 J. L. プルースト (1799-1803) が発見した組成不変の法則が有効です。 現在、この法則は次のように定式化されています。「分子化合物は、その製造方法に関係なく、一定の組成と特性を持っています。 プルーストの法則は、化学の基本法則の 1 つです。 ただし、イオンなどの非分子構造を持つ物質の場合、この法則は必ずしも当てはまりません。

1. 物質の固体、液体、気体の状態。

2. 固体: 非晶質および結晶質。

3. 結晶格子: 原子、イオン、金属、分子。

4. 組成不変の法則。

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ほとんどの物質は、条件に応じて、固体、液体、気体の 3 つの凝集状態のいずれかになる能力を特徴としています。

たとえば、水 常圧 0~100℃の温度範囲では液体であり、100℃を超える温度では気体状態でのみ存在でき、0℃未満の温度では固体です。
固体状態の物質は、非晶質と結晶質に分けられます。

アモルファス物質の特徴は、明確な融点がないことです。温度が上昇するにつれて、その流動性は徐々に増加します。 非晶質物質には、ワックス、パラフィン、ほとんどのプラスチック、ガラスなどの化合物が含まれます。

それでも、結晶性物質には特定の融点があります。 結晶構造を持つ物質は、特定の温度に達すると、徐々にではなく急激に固体から液体状態に変化します。 結晶性物質の例には、食卓塩、砂糖、氷などがあります。

非晶質固体と結晶質固体の物理的特性の違いは、主にそのような物質の構造的特徴によるものです。 アモルファス状態と結晶状態の物質の違いは何ですか。次の図から最も簡単に理解できます。

ご覧のとおり、非晶質物質では結晶質とは異なり、粒子の配列に秩序がありません。 結晶質物質内で、互いに近い 2 つの原子を頭の中で直線で結んだ場合、同じ粒子が厳密に定義された間隔でこの直線上に存在することがわかります。

したがって、結晶物質の場合、結晶格子などの概念について話すことができます。

結晶格子 結晶を形成する粒子が存在する空間内の点を接続する空間フレームワークと呼ばれます。

結晶を形成する粒子が位置する空間上の点は、と呼ばれます。 結晶格子ノード .

どの粒子が結晶格子の節点に位置するかに応じて、次のように区別されます。 分子、原子、イオン そして 金属結晶格子 .

ノード内 分子結晶格子
分子格子の例としての氷の結晶格子

内部の原子が強い共有結合によって接続されている分子がありますが、分子自体は弱い分子間力によって互いに近くに保持されています。 このような弱い分子間相互作用のため、分子格子をもつ結晶は壊れやすいのです。 このような物質は、融点と沸点が大幅に低いという点で他のタイプの構造を持つ物質とは異なります。 電気、さまざまな溶媒に溶ける場合と溶けない場合があります。 このような化合物の溶液は、化合物の種類に応じて、電流を伝導する場合と伝導しない場合があります。 分子結晶格子を持つ化合物には、多くの単純物質 - 非金属 (硬化した H 2、O 2、Cl 2、斜方晶系硫黄 S 8、白リン P 4) と、多くの複雑な物質 - 非金属の水素化合物が含まれます。酸、非金属酸化物、ほとんど 有機物。 物質が気体または液体の状態にある場合、分子結晶格子について話すのは不適切であることに注意してください。構造の分子タイプという用語を使用する方が正確です。

原子格子の例としてのダイヤモンド結晶格子
ノード内 原子結晶格子

原子があります。 さらに、そのような結晶格子のすべてのノードは、強力な共有結合を介して「結合」され、単結晶になります。 実際、そのような結晶は 1 つの巨大な分子です。 その構造上の特徴により、原子結晶格子を持つすべての物質は固体であり、融点が高く、化学的に不活性で、水にも有機溶媒にも溶けず、その溶融物は電流を通しません。 原子タイプの構造を持つ物質には、単体のホウ素 B、炭素 C (ダイヤモンドとグラファイト)、シリコン Si、および複合物質の二酸化ケイ素 SiO 2 (石英)、炭化ケイ素 SiC、窒化ホウ素 BN が含まれることを覚えておく必要があります。

を有する物質については、 イオン結晶格子

格子サイトには、イオン結合を通じて互いに接続されたイオンが含まれています。
イオン結合が非常に強いため、イオン格子を持つ物質は比較的高い硬度と耐火性を持ちます。 ほとんどの場合、それらは水に溶け、その溶液は溶融物と同様に電流を伝導します。
イオン結晶格子を持つ物質には、金属塩およびアンモニウム塩 (NH 4 +)、塩基、金属酸化物が含まれます。 物質のイオン構造を示す確かな兆候は、その組成中に典型的な金属と非金属の両方の原子が存在することです。

イオン格子の例としての塩化ナトリウムの結晶格子

遊離金属、例えばナトリウム Na、鉄 Fe、マグネシウム Mg などの結晶で観察されます。 金属結晶格子の場合、そのノードには陽イオンと金属原子が含まれており、それらの間を電子が移動します。 この場合、移動する電子が定期的にカチオンに付着し、その電荷が中和され、その代わりに個々の中性金属原子が電子の一部を「放出」し、今度はカチオンに変わります。 実際、「自由」電子は個々の原子に属しているのではなく、結晶全体に属しています。

このような構造的特徴は、金属が熱と電流をよく伝導し、多くの場合高い延性 (展性) を有するという事実につながります。
金属の溶解温度のばらつきは非常に大きいです。 たとえば、水銀の融点は約マイナス 39 °C (通常の状態では液体)、タングステンの融点は 3422 °C です。 通常の状態では、水銀を除くすべての金属は固体であることに注意してください。

ほとんどの固体には、 結晶質特徴的な構造 厳密に定義された粒子の配置。 粒子を従来の線で接続すると、と呼ばれる空間フレームワークが得られます。 結晶格子。 結晶粒子が位置する点を格子節と呼びます。 仮想格子のノードには、原子、イオン、または分子が含まれる場合があります。

ノードに位置する粒子の性質とそれらの間の結合の性質に応じて、イオン、金属、原子、分子の 4 種類の結晶格子が区別されます。

イオン性 は格子と呼ばれ、そのノードにイオンが存在します。

それらはイオン結合を持つ物質によって形成されます。 このような格子のノードには、静電相互作用によって互いに接続された正イオンと負イオンが存在します。

イオン結晶格子には塩、アルカリ、 酸化物 活性金属 。 イオンは単純なものでも複雑なものでもかまいません。 例えば、塩化ナトリウムの格子サイトには単純なナトリウムイオンNaと塩素Cl - が存在し、硫酸カリウムの格子サイトには単純なカリウムイオンKと複合硫酸イオンS O 4 2 - が交互に存在します。

このような結晶内のイオン間の結合は強いです。 したがって、イオン性物質は固体、難燃性、不揮発性です。 このような物質は良いです 水に溶ける.

塩化ナトリウムの結晶格子

塩化ナトリウムの結晶

金属 格子と呼ばれるもので、陽イオン、金属原子、自由電子から構成されます。

それらは金属結合を持つ物質によって形成されます。 金属格子のノードには、原子とイオン (原子またはイオンのいずれか。原子は容易に変化して、共通の使用のために外側の電子を放棄します) があります。

このような結晶格子は、金属や合金の単体に特有のものです。

金属の融点は異なる場合があります(水銀の \(–37\) °C から 2 ~ 3,000 度まで)。 しかし、すべての金属には特性があります メタリックな輝き、展性、延性、 電気をよく通すそして暖かさ。

金属結晶格子

ハードウェア

原子格子は結晶格子と呼ばれ、そのノードには共有結合によって接続された個々の原子があります。

ダイヤモンドにはこのタイプの格子があり、炭素の同素体修飾の 1 つです。 原子結晶格子を持つ物質には以下のものがあります。 グラファイト、シリコン、ホウ素、ゲルマニウム、カーボランダム SiC などの複雑な物質だけでなく、 シリカ、石英、水晶、砂、これには酸化ケイ素 (\(IV\)) Si O 2 が含まれます。

このような物質には特徴があります 高強度そして硬さ。 したがって、ダイヤモンドは最も硬い天然物質です。 原子結晶格子を持つ物質は非常に優れた性質を持っています。 高い融点そして沸騰する。たとえば、シリカの融点は \(1728\) °C ですが、グラファイトの融点はより高い \(4000\) °C です。 原子結晶は実質的に不溶性です。

ダイヤモンド結晶格子

ダイヤモンド

分子 は格子と呼ばれ、その節点には弱い分子間相互作用によって結合された分子があります。

分子内の原子は非常に強い共有結合によって接続されているにもかかわらず、分子同士の間には弱い分子間引力が作用します。 したがって、分子結晶は 強度が低いそして硬さ、 低融点そして沸騰する。 多くの分子物質は室温で液体または気体です。 このような物質は揮発性です。 たとえば、結晶性ヨウ素と固体一酸化炭素 (\(IV\)) (「ドライアイス」) は、液体状態にならずに蒸発します。 一部の分子物質には、 匂い 。

このタイプの格子には、単原子分子を​​含む希ガス (He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn) などの固体凝集状態の単体物質が含まれます。 )、および 2 つの非金属と同様に、 多原子分子 (H 2 、O 2 、N 2 、Cl 2 、I 2 、O 3 、P 4 、S 8)。

分子結晶格子を持っています極性共有結合を持つ物質: 水 - 氷、固体アンモニア、酸、 非金属酸化物。 過半数 有機化合物分子結晶(ナフタレン、砂糖、グルコース)でもあります。

化学は素晴らしい科学です。 一見平凡に見えるものの中に、信じられないほど多くのことが見つかります。

私たちを取り囲むあらゆる物質は、気体、液体、液体など、さまざまな集合状態で存在します。 固体。 科学者たちは4番目のプラズマも特定しました。 特定の温度では、物質はある状態から別の状態に変化します。 たとえば、水は 100 度を超えると液体から蒸気に変わります。 0度以下の温度では、次の集合構造である氷に変化します。

物質世界全体には、相互接続された同一の粒子の塊が含まれています。 これらの最小の要素は空間内に厳密に並べられ、いわゆる空間フレームを形成します。

意味

結晶格子は、粒子が空間内で幾何学的に厳密な順序で立っている固体物質の特殊な構造です。 その中にはノード、つまり原子、イオン、分子、およびノー​​ド間空間などの要素が配置されている場所を見つけることができます。

固体高温と低温の範囲に応じて、結晶質または非晶質になります。それらは特定の融点がないことを特徴としています。 露出時 高温それらは柔らかくなり、徐々に変化します。 液体状。 これらの種類の物質には、樹脂、粘土が含まれます。

この点に関しては、いくつかのタイプに分類できます。

  • 原子;
  • イオン性;
  • 分子;
  • 金属。

しかし、異なる温度では、1 つの物質が次のような性質を持つ可能性があります。 さまざまな形など、多彩な特性を発揮します。 この現象は同素体修飾と呼ばれます。

原子の種類

このタイプでは、ノードには共有結合によって接続された特定の物質の原子が含まれています。 このタイプの結合は、隣接する 2 つの原子からの一対の電子によって形成されます。 このおかげで、それらは均等かつ厳密な順序で接続されます。

原子結晶格子を持つ物質は、強度と高い融点という特性によって特徴付けられます。 このタイプの結合は、ダイヤモンド、シリコン、ホウ素に存在します。.

イオン型

逆に荷電したイオンは、物質の物理的特性を特徴付ける電磁場を生成するノードに位置します。 これらには、導電性、耐火性、密度、硬度が含まれます。 食塩と硝酸カリウムは、イオン結晶格子の存在を特徴としています。

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分子の種類

このタイプのノードでは、ファンデルワールス力によって互いに結合されたイオンが存在します。 分子間結合が弱いため、氷、二酸化炭素、パラフィンなどの物質は、可塑性、電気伝導性、熱伝導性を特徴としています。

メタルタイプ

その構造は分子構造に似ていますが、それでもより強い結合を持っています。 このタイプの違いは、ノードに正に帯電したカチオンが含まれていることです。 格子間空間にある電子空間、電場の形成に参加します。 彼らには名前もあります 電気ガス.

単純な金属と合金は、金属格子タイプによって特徴付けられます。 それらは、金属光沢、可塑性、熱伝導性および電気伝導性の存在によって特徴付けられます。 異なる温度で溶ける可能性があります。