ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

На уроке будут рассмотрены типы кристаллических решеток, типы агрегатных состояний вещества и твердые тела с кристаллической структурой. Вводится понятие полиморфизма и аллотропии.

 Зависимость агрегатного состояния от дальнего и ближнего порядка расположения

В зависимости от давления и температуры, все вещества могут существовать в различных агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном или в виде плазмы. При низких температурах и высоком давлении все вещества существуют в твёрдом агрегатном состоянии. Твердое и жидкое состояние вещества называют конденсированным.

В твердых телах частицы располагаются компактно, в определенном порядке. В зависимости от степени упорядоченности частиц в твердых телах определяют 2 фазовых состояния: кристаллическое и аморфное. Если частицы располагаются таким образом, что между соседними частицами есть некоторая упорядоченность в расположении, а именно: постоянное расстояние и углы между ними, такое явление называют наличие ближнего порядка в расположении. Рис.(аморфное вещество)

Рис. 1. Наличие ближнего и дальнего порядка в расположении частиц

Если же частицы расположены таким образом, что упорядоченность наблюдается и между ближайшими соседями, и на гораздо больших расстояниях, это называют наличие дальнего порядка. Рис. (кристаллическое вещество)

Примеры аморфных веществ

Аморфное тело (от греч А – не, morfe – форма) – бесформенные вещества. В них существует только ближний порядок и нет дальнего порядка.

Примеры аморфных тел приведены на рис. 2.

Рис. 2. Аморфные тела

Это воск, стекло, пластилин, смола, шоколад.

Свойства аморфных веществ

Имеют только ближний порядок (как в жидкостях).

Твердое агрегатное состояние при нормальных условиях.

Нет четкой температуры плавления. Плавятся в интервале температур.

Кристаллические вещества

В кристаллическом теле существует и ближний, и дальний порядок. Если мысленно соединить точки, обозначающие линии, получится пространственный каркас, который называется кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы – ионы, атомы или молекулы – называют узлами кристаллической решетки (рис. 3). Частицы не жестко фиксированы в узлах, они могут немного колебаться, не убегая из этих точек. В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, выделяют её типы (табл. 1).

Рис. 3. Кристаллическая решетка

Зависимость свойств от типа кристаллической решетки

Физические свойства веществ с различными типами кристаллических решеток

Табл.1. Физические свойства веществ

Существует несколько подтипов кристаллических решеток, различающихся расположением атомов в пространстве.

В веществах с атомной, ионной, металлической кристаллической решетками нет молекул – это немолекулярные вещества.Молекулярные вещества – с молекулярной кристаллической решеткой.

Полиморфизм

Полиморфизм - это явление, при котором сложные вещества одинакового состава имеют разные кристаллические решетки.

Например, пирит и марказит. Их формула – FeS2.Но они и выглядят по-разному, и обладают различными физическими свойствами. Аналогично, различными физическими свойствами обладают минералы состава CaCO3: арагонит, мрамор, исландский шпат, мел.

Аллотропия, текучесть аморфных тел

Явление существования химических элементов в виде нескольких простых веществ называется аллотропией, а вещества – аллотропными модификациями. Это объясняется различным составом вещества или различием в их кристаллической решетке. Кислород и озон – аллотропные модификации химического элемента кислорода. Углерод образует графит, алмаз, фуллерен, карбин. Расположение атомов в их кристаллических решетках разное, и поэтому они проявляют разные свойства. У фосфора аллотропные вещества – красный, белый и черный фосфор. Аллотропия характерна и для металлов. Например, железо может существовать в виде α, β, δ, γ.

Текучесть аморфных веществ

Одним из свойств, по которым отличаются аморфные тела от жидких, является их текучесть. Если положить кусочек смолы на нагретую поверхность, то он постепенно растечется по этой поверхности.

Вязкость – это способность сопротивляться перемещению одних частей тела относительно других для жидкостей и газов: чем она выше, тем сложнее изменить форму тела. Оконные стекла – это типичные аморфные вещества. Теоретически они должны постепенно стекать вниз. Но вязкость стекла высокая, и его деформацией можно пренебречь. Вязкость стекла примерно в 1000 раз выше вязкости смолы. За год деформация стекла составляет 0,001%. За 1000 лет деформация стекла составляет 1%.

Подведение итога урока

На уроке рассмотрены типы кристаллических решеток, типы агрегатных состояний вещества, твердые тела с кристаллической структурой. Введено понятие полиморфизма и аллотропии. Объяснялась зависимость физических и химических свойств от разных типов кристаллических решеток в веществе.