איזה סוג של סריג קריסטל יש לסוכר? סריג קריסטל

כפי שאנו כבר יודעים, חומר יכול להתקיים בשלושה מצבי צבירה: גזי, קָשֶׁהו נוֹזֵל. חמצן, שבתנאים רגילים נמצא במצב גזי, בטמפרטורה של -194 מעלות צלזיוס הופך לנוזל כחלחל, ובטמפרטורה של -218.8 מעלות צלזיוס הוא הופך למסה דמוית שלג עם גבישים כחולים.

טווח הטמפרטורות לקיומו של חומר במצב מוצק נקבע לפי נקודות הרתיחה וההתכה. מוצקים הם גְבִישִׁיו גָלוּם.

U חומרים אמורפייםאין נקודת התכה קבועה - בחימום הם מתרככים בהדרגה והופכים למצב נוזלי. במצב זה, למשל, נמצאים שרפים ופלסטלינה שונים.

חומרים גבישייםהם נבדלים על ידי הסידור הקבוע של החלקיקים מהם הם מורכבים: אטומים, מולקולות ויונים, בנקודות מוגדרות בהחלט בחלל. כאשר נקודות אלו מחוברות בקווים ישרים, נוצרת מסגרת מרחבית, היא נקראת סריג קריסטל. הנקודות בהן ממוקמים חלקיקי גביש נקראות צמתים סריג.

הצמתים של הסריג שאנו מדמיינים יכולים להכיל יונים, אטומים ומולקולות. חלקיקים אלו מבצעים תנועות תנודות. כאשר הטמפרטורה עולה, גם טווח התנודות הללו גדל, מה שמוביל להתרחבות תרמית של גופים.

בהתאם לסוג החלקיקים הממוקמים בצמתים של סריג הגביש ואופי החיבור ביניהם, מבחינים בארבעה סוגים של סריג קריסטל: יונית, אָטוֹמִי, מולקולריתו מַתֶכֶת.

יוניתאלה נקראים סריג קריסטל שבהם יונים ממוקמים בצמתים. הם נוצרים על ידי חומרים בעלי קשרים יוניים, שיכולים לקשור גם יונים פשוטים Na+, Cl- וגם SO24-, OH- מורכבים. לפיכך, לסריגי גביש יוניים יש מלחים, כמה תחמוצות והידרוקסילים של מתכות, כלומר. אותם חומרים שבהם קיים קשר כימי יוני. שקול גביש נתרן כלורי הוא מורכב מיוני Na+ ו- CL- שליליים מתחלפים, יחד הם יוצרים סריג בצורת קובייה. הקשרים בין יונים בגביש כזה יציבים ביותר. בגלל זה, לחומרים עם סריג יוני חוזק וקשיות גבוהים יחסית, הם עקשן ולא נדיפים.

אָטוֹמִיסריג קריסטל הם אותם סריג קריסטל שהצמתים שלהם מכילים אטומים בודדים. בסריגים כאלה, אטומים מחוברים זה לזה בקשרים קוולנטיים חזקים מאוד. לדוגמה, יהלום הוא אחד מהשינויים האלוטרופיים של פחמן.

חומרים בעלי סריג גביש אטומי אינם נפוצים מאוד בטבע. אלה כוללים בורון גבישי, סיליקון וגרמניום, כמו גם חומרים מורכבים, למשל כאלה המכילים תחמוצת סיליקון (IV) - SiO 2: סיליקה, קוורץ, חול, גביש סלע.

לרובם המכריע של החומרים עם סריג גביש אטומי יש נקודות התכה גבוהות מאוד (ליהלום זה עולה על 3500 מעלות צלזיוס), חומרים כאלה הם חזקים וקשים, כמעט בלתי מסיסים.

מולקולריתאלה נקראים סריג קריסטל שבהם מולקולות ממוקמות בצמתים. קשרים כימיים במולקולות אלו יכולים להיות גם קוטביים (HCl, H 2 0) או לא קוטביים (N 2, O 3). ולמרות שהאטומים בתוך המולקולות מחוברים בקשרים קוולנטיים חזקים מאוד, כוחות חלשים של משיכה בין מולקולרית פועלים בין המולקולות עצמן. לכן חומרים בעלי סריג גביש מולקולרי מאופיינים בקשיות נמוכה, נקודת התכה נמוכה ותנודתיות.

דוגמאות לחומרים כאלה כוללים מים מוצקים - קרח, פחמן חד חמצני מוצק (IV) - "קרח יבש", מימן כלורי מוצק ומימן גופרתי, חומרים פשוטים מוצקים שנוצרו על ידי אחד - (גזים אצילים), שניים - (H 2, O 2, CL 2, N 2, I 2), שלוש - (O 3), ארבע - (P 4), מולקולות שמונה אטומיות (S 8). לרוב המוחלט של תרכובות אורגניות מוצקות יש סריג גבישי מולקולרי (נפטלין, גלוקוז, סוכר).

blog.site, בעת העתקת חומר מלא או חלקי, נדרש קישור למקור המקורי.

אחד החומרים הנפוצים ביותר שאנשים תמיד העדיפו לעבוד איתם היה מתכת. בכל תקופה ניתנה עדיפות לסוגים שונים של החומרים המדהימים הללו. לפיכך, האלף ה-IV-III לפני הספירה נחשב לתקופת הכלקוליתית, או עידן הנחושת. בהמשך הוא מוחלף בברונזה, ואז נכנס לתוקף זה שעדיין רלוונטי היום - ברזל.

היום בדרך כלל קשה לדמיין שפעם אפשר היה להסתדר בלי מוצרי מתכת, כי כמעט הכל, מחפצי בית, מכשור רפואי ועד ציוד כבד וקל, מורכב מהחומר הזה או כולל חלקים בודדים ממנו. מדוע מתכות הצליחו לצבור פופולריות כזו? בואו ננסה להבין מהן התכונות וכיצד זה טבוע במבנה שלהן.

מושג כללי של מתכות

"כימיה. כיתה ט'" הוא ספר לימוד המשמש תלמידי בית ספר. זה כאן כי מתכות נחקרות בפירוט. פרק גדול מוקדש להתחשבות בתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם, משום שהמגוון שלהם גדול ביותר.

מגיל זה מומלץ לתת לילדים מושג על אטומים אלה ותכונותיהם, מכיוון שבני נוער כבר יכולים להעריך לחלוטין את המשמעות של ידע כזה. הם רואים היטב שמגוון החפצים, המכונות ודברים אחרים סביבם מבוסס על אופי מתכתי.

מהי מתכת? מנקודת מבט של כימיה, אטומים אלה מסווגים בדרך כלל כאלה שיש להם:

• קטן ברמה החיצונית;
• להפגין תכונות שיקום חזקות;
• בעלי רדיוס אטומי גדול;
• כחומרים פשוטים, יש להם מספר תכונות פיזיקליות ספציפיות.

ניתן להשיג את בסיס הידע על חומרים אלה על ידי התחשבות במבנה האטומי-גבישי של מתכות. זה מה שמסביר את כל התכונות והתכונות של תרכובות אלה.

בטבלה המחזורית, רוב הטבלה כולה מוקצה למתכות, מכיוון שהן יוצרות את כל תת הקבוצות המשניות והעיקריות מהקבוצה הראשונה עד השלישית. לכן, העליונות המספרית שלהם ברורה. הנפוצים ביותר הם:

• סִידָן;
• נַתרָן;
• טִיטָן;
• בַּרזֶל;
• מגנזיום;
• אֲלוּמִינְיוּם;
• אֶשׁלָגָן.

לכל המתכות יש מספר תכונות המאפשרות את שילובן לקבוצה אחת גדולה של חומרים. בתורו, תכונות אלה מוסברות בדיוק על ידי המבנה הגבישי של מתכות.

תכונות של מתכות

התכונות הספציפיות של החומרים המדוברים כוללים את הדברים הבאים.

1. ברק מתכתי. לכל הנציגים של חומרים פשוטים יש את זה, ורובם זהים רק מעטים (זהב, נחושת, סגסוגות) שונים.
2. גמישות וגמישות - היכולת לעוות ולהתאושש די בקלות. זה בא לידי ביטוי בדרגות שונות בנציגים שונים.
3. מוליכות חשמלית ותרמית הם אחד המאפיינים העיקריים הקובעים את אזורי היישום של המתכת וסגסוגותיה.

המבנה הגבישי של מתכות וסגסוגות מסביר את הסיבה לכל אחת מהתכונות המצוינות ומדבר על חומרתן בכל נציג ספציפי. אם אתה יודע את התכונות של מבנה כזה, אז אתה יכול להשפיע על המאפיינים של המדגם ולהתאים אותו לפרמטרים הרצויים, וזה מה שאנשים עושים במשך עשורים רבים.

מבנה גבישי אטומי של מתכות

מהו המבנה הזה, במה הוא מאופיין? השם עצמו מעיד על כך שכל המתכות הן גבישים במצב מוצק, כלומר בתנאים רגילים (פרט לכספית שהיא נוזל). מה זה קריסטל?

זוהי תמונה גרפית קונבנציונלית שנבנית על ידי הצלבת קווים דמיוניים דרך האטומים שמסדרים את הגוף. במילים אחרות, כל מתכת מורכבת מאטומים. הם ממוקמים בו לא בצורה כאוטית, אלא בצורה מאוד נכונה ועקבית. לכן, אם תשלבו מנטלית את כל החלקיקים הללו למבנה אחד, תקבלו תמונה יפה בצורת גוף גיאומטרי רגיל בעל צורה כלשהי.

זה מה שנהוג לכנות סריג הקריסטל של מתכת. הוא מורכב מאוד ובעל נפח מרחבי, לכן, לשם הפשטות, לא הכל מוצג, אלא רק חלק, תא יסודי. קבוצה של תאים כאלה, שנאספו יחד ומשתקפים ויוצרים סריג קריסטל. כימיה, פיזיקה ומטלורגיה הם מדעים החוקרים את התכונות המבניות של מבנים כאלה.

עצמו הוא קבוצה של אטומים הממוקמים במרחק מסוים אחד מהשני ומתאמים מספר קבוע בהחלט של חלקיקים אחרים סביב עצמם. הוא מאופיין בצפיפות אריזה, מרחק בין המבנים המרכיבים ומספר קואורדינציה. באופן כללי, כל הפרמטרים הללו הם מאפיינים של הגביש כולו, ולכן משקפים את התכונות שמציגה המתכת.

ישנם מספר זנים לכולם תכונה אחת משותפת - הצמתים מכילים אטומים, ובתוכם יש ענן של גז אלקטרוני, שנוצר על ידי תנועה חופשית של אלקטרונים בתוך הגביש.

סוגי סריג קריסטל

ארבע עשרה גרסאות של מבנה הסריג משולבות בדרך כלל לשלושה סוגים עיקריים. הם כדלקמן:

1. מעוקב במרכז הגוף.
2. משושה סגורה.
3. מעוקב במרכז פנים.

המבנה הגבישי של מתכות נחקר רק כאשר ניתן היה להשיג תמונות בהגדלה גבוהה. והסיווג של סוגי הסריג ניתן לראשונה על ידי המדען הצרפתי Bravais, שבשמו הם נקראים לפעמים.

סריג במרכז הגוף

המבנה של סריג הקריסטל של מתכות מסוג זה הוא המבנה הבא. זוהי קובייה עם שמונה אטומים בצמתים שלה. אחד נוסף ממוקם במרכז החלל הפנימי הפנוי של התא, מה שמסביר את השם "מרוכז בגוף".

זוהי אחת האפשרויות למבנה הפשוט ביותר של תא היחידה, ולכן הסריג כולו בכללותו. למתכות הבאות יש סוג זה:

• מוליבדן;
• ונדיום;
• כְּרוֹם;
• מַנגָן;
• ברזל אלפא;
• בטא ברזל ואחרים.

המאפיינים העיקריים של נציגים כאלה הם רמה גבוהה של גמישות וגמישות, קשיות וחוזק.

סריג במרכז פנים

מבנה הגביש של מתכות בעלות סריג מעוקב במרכז הפנים הוא המבנה הבא. זוהי קובייה הכוללת ארבעה עשר אטומים. שמונה מהם יוצרים צמתים סריג, ושישה נוספים ממוקמים, אחד על כל פנים.

יש להם מבנה דומה:

• אֲלוּמִינְיוּם;
• נִיקֵל;
• עוֹפֶרֶת;
• ברזל גמא;
• נְחוֹשֶׁת.

המאפיינים המובהקים העיקריים הם ברק של צבעים שונים, קלילות, חוזק, גמישות, עמידות מוגברת בפני קורוזיה.

סריג משושה

מבנה הגביש של מתכות עם סריג הוא כדלקמן. תא היחידה מבוסס על פריזמה משושה. ישנם 12 אטומים בצמתים שלו, שניים נוספים בבסיסים, ושלושה אטומים שוכבים בחופשיות בתוך החלל שבמרכז המבנה. בסך הכל יש שבעה עשר אטומים.

מתכות כגון:

• אלפא טיטניום;
• מגנזיום;
• אלפא קובלט;
• אָבָץ.

המאפיינים העיקריים הם רמה גבוהה של חוזק, ברק כסף חזק.

פגמים במבנה הגבישי של מתכות

עם זאת, לכל סוגי התאים הנחשבים עשויים להיות גם חסרונות טבעיים, או מה שנקרא פגמים. זה עשוי לנבוע מסיבות שונות: אטומים זרים וזיהומים במתכות, השפעות חיצוניות וכו'.

לכן, יש סיווג המשקף את הפגמים שעשויים להיות לסריגי קריסטל. כימיה כמדע חוקרת כל אחד מהם על מנת לזהות את הסיבה ושיטת החיסול כך שתכונות החומר לא ישתנו. אז, הפגמים הם כדלקמן.

1. לְזַהוֹת. הם מגיעים בשלושה סוגים עיקריים: מקומות פנויים, זיהומים או אטומים שנעקרו ממקומם. הם מובילים להידרדרות של התכונות המגנטיות של המתכת, מוליכותה החשמלית והתרמית.
2. ליניארי או נקע. יש קצה ובורג. הם פוגעים בחוזק ואיכות החומר.
3. פגמים פני השטח. משפיע על המראה והמבנה של מתכות.

נכון להיום פותחו שיטות להעלמת פגמים ולהשגת גבישים טהורים. עם זאת, לא ניתן למגר אותם לחלוטין סריג קריסטל אידיאלי לא קיים.

חשיבות הידע על המבנה הגבישי של מתכות

מהחומר הנ"ל ניכר כי ידע על המבנה והמבנה העדין מאפשר לחזות את תכונות החומר ולהשפיע עליהם. ומדע הכימיה מאפשר לך לעשות זאת. כיתה ט' של בית ספר לחינוך כללי שמה דגש בתהליך הלמידה על פיתוח אצל התלמידים הבנה ברורה של חשיבות השרשרת הלוגית הבסיסית: הרכב - מבנה - תכונות - יישום.

מידע על המבנה הגבישי של מתכות מומחש בצורה ברורה מאוד ומאפשר למורה להסביר ולהראות לילדים בבירור עד כמה חשוב להכיר את המבנה העדין כדי להשתמש נכון ומוכשר בכל המאפיינים.

נושאים של מקודד הבחינה המאוחדת:חומרים בעלי מבנה מולקולרי ולא מולקולרי. סוג סריג קריסטל. תלות של תכונות החומרים בהרכבם ובמבנהם.

תיאוריה קינטית מולקולרית

כל המולקולות מורכבות מחלקיקים זעירים הנקראים אטומים. כל האטומים שהתגלו כעת נאספים בטבלה המחזורית.

אָטוֹםהוא החלקיק הקטן ביותר, בלתי ניתן לחלוקה כימית, של חומר ששומר על תכונותיו הכימיות. אטומים מתחברים אחד עם השני קשרים כימיים. כבר הסתכלנו על א. הקפד ללמוד את התיאוריה בנושא: סוגי קשרים כימיים לפני לימוד מאמר זה!

עכשיו בואו נסתכל כיצד חלקיקים בחומר יכולים להתחבר.

בהתאם למיקומם של החלקיקים זה ביחס לזה, תכונות החומרים שהם יוצרים עשויות להשתנות מאוד. אז, אם החלקיקים ממוקמים בנפרד זה מזה רָחוֹק(המרחק בין החלקיקים גדול בהרבה מגודלם של החלקיקים עצמם), למעשה אין אינטראקציה זה עם זה, נעים בחלל בצורה כאוטי ורציף, אז אנחנו עוסקים ב גַז .

אם החלקיקים ממוקמים לִסְגוֹראחד לשני, אבל פָּרוּעַ, יותר לתקשר אחד עם השני, לבצע תנועות תנודות אינטנסיביות בעמדה אחת, אבל יכול לקפוץ לעמדה אחרת, אז זה מודל של המבנה נוזלים .

אם החלקיקים ממוקמים לִסְגוֹרזה לזה, אבל יותר בצורה מסודרת, ו לתקשר יותרבינם לבין עצמם, אך נעים רק בתוך עמדת שיווי משקל אחת, כמעט מבלי לעבור לאחרות המצב, אז אנחנו עוסקים מוּצָק .

רוב החומרים והתערובות הכימיים הידועים יכולים להתקיים במצבים מוצקים, נוזליים וגזים. הדוגמה הפשוטה ביותר היא מַיִם. בתנאים רגילים זה נוֹזֵל, ב-0 o C הוא קופא - עובר ממצב נוזלי ל קָשֶׁה, וב-100 o C זה רותח - הופך ל שלב גז– אדי מים. יתרה מכך, חומרים רבים בתנאים רגילים הם גזים, נוזלים או מוצקים. לדוגמה, אוויר - תערובת של חנקן וחמצן - הוא גז בתנאים רגילים. אבל בלחץ גבוה ובטמפרטורה נמוכה, חנקן וחמצן מתעבים ועוברים לשלב הנוזלי. חנקן נוזלי משמש באופן פעיל בתעשייה. לפעמים מבודד פְּלַסמָה, וגם גבישים נוזליים,כשלבים נפרדים.

תכונות רבות של חומרים ותערובות בודדים מוסברות סידור הדדי של חלקיקים במרחב זה ביחס לזה!

מאמר זה בוחן תכונות של מוצקים, בהתאם למבנה שלהם. תכונות פיזיקליות בסיסיות של מוצקים: נקודת התכה, מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית, חוזק מכני, משיכות וכו'.

נקודת התכה - זוהי הטמפרטורה שבה חומר עובר מהשלב המוצק לשלב הנוזלי, ולהיפך.

היא היכולת של חומר להתעוות ללא הרס.

מוליכות חשמלית היא היכולת של חומר להוליך זרם.

זרם הוא התנועה המסודרת של חלקיקים טעונים. לפיכך, זרם יכול להתבצע רק על ידי חומרים המכילים חלקיקים טעונים ניידים. בהתבסס על יכולתם להוליך זרם, חומרים מחולקים למוליכים ודיאלקטריים. מוליכים הם חומרים שיכולים להוליך זרם (כלומר מכילים חלקיקים טעונים ניידים). דיאלקטריים הם חומרים שלמעשה אינם מוליכים זרם.

בחומר מוצק ניתן לאתר חלקיקים של חומר פָּרוּעַ, או יותר מסודר O. אם חלקיקי מוצק נמצאים בחלל פָּרוּעַ, נקרא החומר גָלוּם. דוגמאות לחומרים אמורפיים - פחם, זכוכית נציץ.

אם חלקיקי חומר מוצק ממוקמים בחלל בצורה מסודרת, כלומר. יוצרים מבנים גיאומטריים תלת מימדיים חוזרים, חומר כזה נקרא גָבִישׁוהמבנה עצמו - סריג קריסטל . רוב החומרים שאנו מכירים הם גבישים. החלקיקים עצמם נמצאים ב צמתיםסריג קריסטל.

חומרים גבישיים נבדלים, במיוחד, על ידי סוג של קשר כימי בין חלקיקים בגביש - אטומי, מולקולרי, מתכתי, יוני; לפי הצורה הגיאומטרית של התא הפשוט ביותר של סריג קריסטל - מעוקב, משושה וכו'.

תלוי ב סוג של חלקיקים היוצרים סריג קריסטל , להבדיל מבנה גבישי אטומי, מולקולרי, יוני ומתכתי .

סריג קריסטל אטומי

סריג גביש אטומי נוצר כאשר הצמתים של הגביש נמצאים אטומים. האטומים מחוברים זה לזה על ידי חזקים קשרים כימיים קוולנטיים. בהתאם לכך, סריג קריסטל כזה יהיה מאוד עָמִיד, לא קל להרוס אותו. סריג גביש אטומי יכול להיווצר על ידי אטומים בעלי ערכיות גבוהה, כלומר. עם מספר רב של קשרים עם אטומים שכנים (4 או יותר). ככלל, אלה לא מתכות: חומרים פשוטים - סיליקון, בורון, פחמן (שינויים אלוטרופיים יהלום, גרפיט) ​​והתרכובות שלהם (פחמן בורון, תחמוצת סיליקון (IV) וכו'..). מכיוון שקשרים כימיים קוולנטיים מתרחשים בעיקר בין לא מתכות, אלקטרונים חופשיים(כמו חלקיקים טעונים אחרים) בחומרים בעלי סריג גביש אטומי ברוב המקרים לא. לכן, חומרים כאלה הם בדרך כלל להוליך חשמל בצורה גרועה מאוד, כלומר. הם דיאלקטריים. אלה דפוסים כלליים, שישנם מספר יוצאים מן הכלל.

תקשורת בין חלקיקים בגבישים אטומיים:.

בצמתים של הגביש עם מבנה גביש אטומי ממוקם אטומים.

מצב שלב גבישים אטומיים בתנאים רגילים: ככלל, מוצקים.

חומרים, יצירת גבישים אטומיים במצב מוצק:

1. חומרים פשוטים ערכיות גבוהה (ממוקם באמצע הטבלה המחזורית): בורון, פחמן, סיליקון וכו'.
2. חומרים מורכבים הנוצרים על ידי הלא-מתכות הללו:סיליקה (תחמוצת סיליקון, חול קוורץ) SiO 2; סיליקון קרביד (קורונדום) SiC; בורון קרביד, בורון ניטריד וכו'.

תכונות פיזיקליות של חומרים בעלי סריג גביש אטומי:

— כּוֹחַ;

- עקשנות (נקודת התכה גבוהה);

- מוליכות חשמלית נמוכה;

- מוליכות תרמית נמוכה;

- אינרטיות כימית (חומרים לא פעילים);

- אי מסיסות בממיסים.

סריג גביש מולקולרי- זהו סריג, שבצמתים שלו יש מולקולות. מחזיק מולקולות בגביש כוחות חלשים של משיכה בין מולקולרית (כוחות ואן דר ואלס, קשרי מימן או משיכה אלקטרוסטטית). בהתאם לכך, סריג קריסטל כזה, ככלל, די קל להרוס. חומרים בעלי סריג גביש מולקולרי - מתיך, שביר. ככל שכוח המשיכה בין מולקולות גדול יותר, כך נקודת ההיתוך של החומר גבוהה יותר. ככלל, טמפרטורות ההיתוך של חומרים עם סריג גביש מולקולרי אינן גבוהות מ-200-300K. לכן, בתנאים רגילים, רוב החומרים בעלי סריג גביש מולקולרי קיימים בצורה גזים או נוזלים. סריג גביש מולקולרי, ככלל, נוצר בצורה מוצקה על ידי חומצות, תחמוצות שאינן מתכות, תרכובות בינאריות אחרות של לא מתכות, חומרים פשוטים היוצרים מולקולות יציבות (חמצן O 2, חנקן N 2, מים H 2 O, וכו'), חומרים אורגניים. ככלל, מדובר בחומרים בעלי קשר קוטבי קוולנטי (לעיתים פחות לא קוטבי). כִּי אלקטרונים מעורבים בקשרים כימיים, חומרים בעלי סריג גביש מולקולרי - דיאלקטרי, לא מוליכים חום טוב.

תקשורת בין חלקיקים בגבישים מולקולריים: מ כוחות משיכה בין מולקולריים, אלקטרוסטטיים או בין מולקולריים.

בצמתים של הגביש עם מבנה גבישי מולקולרי ממוקם מולקולות.

מצב שלב גבישים מולקולריים בתנאים רגילים: גזים, נוזלים ומוצקים.

חומרים, נוצר במצב מוצק גבישים מולקולריים:

1. חומרים פשוטים לא מתכתיים היוצרים מולקולות קטנות וחזקות (O 2, N 2, H 2, S 8 וכו');
2. חומרים מורכבים (תרכובות לא מתכתיות) עם קשרים קוולנטיים קוטביים (למעט תחמוצות סיליקון ובורון, תרכובות סיליקון ופחמן) - מים H 2 O, תחמוצת גופרית SO 3 וכו'.
3. גזים אצילים מונוטומיים (הליום, ניאון, ארגון, קריפטון וכו.);
4. רוב החומרים האורגניים שאין להם קשרים יוניים — מתאן CH 4, בנזן C 6 H 6 וכו'.

תכונות פיזיקליות חומרים בעלי סריג גביש מולקולרי:

- התמזגות (נקודת התכה נמוכה):

- יכולת דחיסה גבוהה;

- גבישים מולקולריים בצורה מוצקה, כמו גם בתמיסות ונמסים, אינם מוליכים זרם;

- מצב פאזה בתנאים רגילים - גזים, נוזלים, מוצקים;

- תנודתיות גבוהה;

- קשיות נמוכה.

סריג קריסטל יוני

אם יש חלקיקים טעונים בצמתי הגביש - יונים, אנחנו יכולים לדבר על סריג קריסטל יוני . בדרך כלל, גבישים יוניים מתחלפים יונים חיוביים(קטיונים) ו יונים שליליים(אניונים), כך שהחלקיקים מוחזקים בגביש כוחות משיכה אלקטרוסטטית . בהתאם לסוג הגביש ולסוג היונים היוצרים את הגביש, חומרים כאלה יכולים להיות די עמיד ועמיד. במצב מוצק, בדרך כלל אין חלקיקים טעונים ניידים בגבישים יוניים. אך כאשר הגביש מתמוסס או נמס, היונים משתחררים ויכולים לנוע בהשפעת שדה חשמלי חיצוני. הָהֵן. רק תמיסות או נמסים מוליכים זרםגבישים יוניים. סריג הגביש היוני אופייני לחומרים עם קשר כימי יוני. דוגמאותחומרים כאלה - מלח שולחן NaCl, סידן פחמתי– CaCO 3 וכו'. סריג גביש יוני, ככלל, נוצר בשלב המוצק מלחים, בסיסים, כמו גם תחמוצות מתכות ותרכובות בינאריות של מתכות ולא מתכות.

תקשורת בין חלקיקים בגבישים יוניים: .

בצמתים של הגביש עם סריג יוני ממוקם יונים.

מצב שלב גבישים יוניים בתנאים רגילים: ככלל, מוצקים.

כימיקלים עם סריג קריסטל יוני:

1. מלחים (אורגניים ואי-אורגניים), כולל מלחי אמוניום (לְדוּגמָה, אמוניום כלוריד NH 4 Cl);
2. שטחים;
3. תחמוצות מתכת;
4. תרכובות בינאריות המכילות מתכות ולא מתכות.

תכונות פיזיקליות של חומרים בעלי מבנה גבישי יוני:

- נקודת התכה גבוהה (עקשנית);

- תמיסות והמסות של גבישים יוניים הם מוליכים זרם;

- רוב התרכובות מסיסות בממיסים קוטביים (מים);

- מצב פאזה מוצקה עבור רוב התרכובות בתנאים רגילים.

ולבסוף, מתכות מאופיינות בסוג מיוחד של מבנה מרחבי - סריג קריסטל מתכת, אשר בשל קשר כימי מתכת . אטומי מתכת מחזיקים אלקטרונים ערכיים בצורה חלשה למדי. בגביש שנוצר על ידי מתכת, התהליכים הבאים מתרחשים בו זמנית: חלק מהאטומים מוותרים על אלקטרונים והופכים ליונים בעלי מטען חיובי; אֵלֶה אלקטרונים נעים באקראי בגביש; חלק מהאלקטרונים נמשכים ליונים. תהליכים אלו מתרחשים בו זמנית וכאוטי. כָּך, מתעוררים יונים , כמו ביצירת קשר יוני, ו נוצרים אלקטרונים משותפים , כמו ביצירת קשר קוולנטי. אלקטרונים חופשיים נעים באופן אקראי ורציף לאורך כל נפח הגביש, כמו גז. לכן הם נקראים לפעמים " גז אלקטרונים " בשל נוכחותם של מספר רב של חלקיקים טעונים ניידים, מתכות להוליך זרם וחום. נקודת ההיתוך של מתכות משתנה מאוד. מתכות מתאפיינות גם כן ברק מתכתי מוזר, גמישות, כלומר היכולת לשנות צורה ללא הרס תחת לחץ מכני חזק, בגלל קשרים כימיים אינם נהרסים.

תקשורת בין חלקיקים : .

בצמתים של הגביש עם סורג מתכת ממוקם יוני מתכת ואטומים.

מצב שלב מתכות בתנאים רגילים: בדרך כלל מוצקים(יוצא מן הכלל הוא כספית, נוזל בתנאים רגילים).

כימיקלים עם סריג קריסטל מתכת - חומרים פשוטים - מתכות.

תכונות פיזיקליות של חומרים עם סריג קריסטל מתכת:

- מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה;

- גמישות וגמישות;

- ברק מתכתי;

- מתכות אינן מסיסות בדרך כלל בממסים;

- רוב המתכות הן מוצקות בתנאים רגילים.

השוואה בין מאפיינים של חומרים בעלי סריג גביש שונה

סוג סריג הקריסטל (או היעדר סריג גביש) מאפשר להעריך את התכונות הפיזיקליות הבסיסיות של חומר. כדי להשוות באופן גס את התכונות הפיזיקליות האופייניות של תרכובות עם סריג גביש שונים, זה מאוד נוח להשתמש בכימיקלים עם מאפיינים אופייניים. עבור סריג מולקולרי זה, למשל, פחמן דו חמצני, עבור סריג קריסטל אטומי - יַהֲלוֹם, למתכת - נְחוֹשֶׁת, ועבור סריג הגביש היוני - מלח שולחן, נתרן כלורי NaCl.

טבלת סיכום על מבנים של חומרים פשוטים שנוצרו על ידי יסודות כימיים מתתי הקבוצות העיקריות של הטבלה המחזורית (יסודות של תת הקבוצות הצדדיות הם מתכות, לכן, יש סריג גביש מתכתי).

הטבלה הסופית של הקשר בין תכונות החומרים והמבנה שלהם:

לפי התיאוריה האטומית-מולקולרית של בויל, כל החומרים מורכבים ממולקולות שנמצאות בתנועה מתמדת. אבל האם יש מבנה מסוים בחומרים? או שהם פשוט מורכבים ממולקולות הנעות באקראי?

למעשה, לכל החומרים שנמצאים במצב מוצק יש מבנה ברור. אטומים ומולקולות נעים, אך כוחות המשיכה והדחייה בין חלקיקים מאוזנים, ולכן אטומים ומולקולות ממוקמים בנקודה מסוימת בחלל (אך ממשיכים לעשות תנודות קטנות בהתאם לטמפרטורה). מבנים כאלה נקראים סריג קריסטל. המקומות שבהם נמצאים המולקולות, היונים או האטומים עצמם נקראים צמתים. והמרחקים בין הצמתים נקראים - תקופות של זהות. בהתאם למיקום החלקיקים בחלל, ישנם מספר סוגים:

1. אָטוֹמִי;
2. יונית;
3. מולקולרי;
4. מַתֶכֶת.

במצבים נוזליים וגזיים, לחומרים אין סריג ברור למולקולות שלהם נעות בצורה כאוטית, וזו הסיבה שאין להם צורה. לדוגמה, חמצן, כשהוא במצב גזי, הוא גז חסר צבע וריח במצב נוזלי (ב-194 מעלות) הוא תמיסה כחלחלה. כאשר הטמפרטורה יורדת ל-219 מעלות, החמצן הופך למצב מוצק והופך לאדום. סריג, בעוד שהוא הופך למסה דמוית שלג של צבע כחול.

מעניין שלחומרים אמורפיים אין מבנה ברור, וזו הסיבה שאין להם נקודות התכה ורתיחה קפדניות. בחימום, שרף ופלסטלינה מתרככים בהדרגה והופכים לנוזלים אין להם שלב מעבר ברור.

סריג קריסטל אטומי

הצמתים מכילים אטומים, כפי שהשם מרמז. חומרים אלו חזקים ועמידים מאוד, שכן נוצר קשר קוולנטי בין החלקיקים. אטומים שכנים חולקים זוג אלקטרונים זה עם זה (או, ליתר דיוק, ענני האלקטרונים שלהם שכבות זה על זה), ולכן הם מחוברים היטב זה לזה. הדוגמה הברורה ביותר היא יהלום, בעל הקשיות הגדולה ביותר בסולם Mohs. מעניין שיהלום, כמו גרפיט, מורכב מפחמימות. גרפיט הוא חומר שביר מאוד (Mohs קשיות 1), וזו דוגמה ברורה לכמה תלוי בסוג.

אזור אטומי סָרִיגמופץ בצורה גרועה בטבע, הוא כולל: קוורץ, בורון, חול, סיליקון, תחמוצת סיליקון (IV), גרמניום, גביש סלע. חומרים אלו מאופיינים בנקודת התכה גבוהה, בחוזק, ותרכובות אלו קשות מאוד ואינן מסיסות במים. בשל הקשרים החזקים מאוד בין אטומים, תרכובות כימיות אלו כמעט ולא מקיימות אינטראקציה עם אחרים ומולכות זרם בצורה גרועה מאוד.

סריג קריסטל יוני

בסוג זה, יונים ממוקמים בכל צומת. בהתאם לכך, סוג זה מאפיין חומרים בעלי קשרים יוניים, למשל: אשלגן כלורי, סידן גופרתי, נחושת כלורי, פוספט כסף, הידרוקסיד נחושת וכן הלאה. חומרים עם ערכת חיבור חלקיקים כזו כוללים;

• מֶלַח;
• מתכת הידרוקסידים;
• תחמוצות מתכת.

לנתרן כלורי יש יונים חיוביים (Na +) ושליליים (Cl -) לסירוגין. יון כלור אחד שנמצא בצומת מושך אליו שני יוני נתרן (בשל השדה האלקטרומגנטי) שנמצאים בצמתים שכנים. כך נוצרת קובייה שבה החלקיקים מחוברים זה לזה.

הסריג היוני מאופיין בחוזק, עמידות, יציבות, קשיות ואי נדיפות. חומרים מסוימים יכולים להוליך חשמל.

סריג גביש מולקולרי

הצמתים של מבנה זה מכילים מולקולות ארוזות יחד. חומרים כאלה מאופיינים בקשרים קוטביים ולא קוטביים. מעניין שללא קשר לקשר הקוולנטי ישנה משיכה חלשה מאוד בין החלקיקים (עקב כוחות ואן דר ואלס חלשים). לכן חומרים כאלה שבירים מאוד, בעלי נקודות רתיחה והתכה נמוכות, והם גם נדיפים. חומרים אלו כוללים: מים, חומרים אורגניים (סוכר, נפתלין), חד תחמוצת הפחמן (IV), מימן גופרתי, גזים אצילים, שניים (מימן, חמצן, כלור, חנקן, יוד), שלוש (אוזון), ארבע (זרחן). ), חומרים בעלי שמונה אטומים (גופרית) וכן הלאה.

אחד המאפיינים הבולטים הואזה שהמודל המבני והמרחבי נשמר בכל השלבים (הן מוצק, נוזלי וגזי).

סריג קריסטל מתכת

בשל נוכחותם של יונים בצמתים, סריג המתכת עשוי להיראות דומה לסריג יוני. למעשה, מדובר בשני דגמים שונים לחלוטין, בעלי מאפיינים שונים.

מתכת היא הרבה יותר גמישה וגמישה מאשר יונית, היא מאופיינת בחוזק, מוליכות חשמלית ותרמית גבוהה, חומרים אלו נמסים היטב ומוליכים זרם חשמלי היטב. זה מוסבר על ידי העובדה שהצמתים מכילים יוני מתכת טעונים חיובית (קטיונים), שיכולים לנוע בכל המבנה, ובכך להבטיח את זרימת האלקטרונים. החלקיקים נעים בצורה כאוטית סביב הצומת שלהם (אין להם מספיק אנרגיה לחרוג ממנו), אבל ברגע שמופיע שדה חשמלי, אלקטרונים יוצרים זרם וממהרים מהאזור החיובי לאזור השלילי.

סריג הקריסטל של המתכת אופייני למתכות, למשל: עופרת, נתרן, אשלגן, סידן, כסף, ברזל, אבץ, פלטינה וכן הלאה. בין היתר הוא מחולק למספר סוגי אריזות: משושה, מרוכזת בגוף (הכי פחות צפופה) ומרכזית פנים. האריזה הראשונה אופיינית לאבץ, קובלט, מגנזיום, השנייה לבריום, ברזל, נתרן, השלישית לנחושת, אלומיניום וסידן.

כָּך, תלוי בסוג הסריגתכונות רבות תלויות, כמו גם במבנה החומר. לדעת את הסוג, אתה יכול לחזות, למשל, מה תהיה העמידות או החוזק של אובייקט.

מבנה החומר.

לא אטומים או מולקולות בודדים נכנסים לאינטראקציות כימיות, אלא חומרים.
המשימה שלנו היא להכיר את מבנה החומר.

בטמפרטורות נמוכות, חומרים נמצאים במצב מוצק יציב.

☼ החומר הקשה ביותר בטבע הוא יהלום. הוא נחשב למלך כל אבני החן והאבנים היקרות. ופירוש שמו עצמו ביוונית הוא "בלתי ניתן להריסה". מזמן נתפסו יהלומים כאבנים מופלאות. האמינו שאדם העונד יהלומים אינו מכיר מחלות קיבה, אינו מושפע מרעל, שומר על זכרונו ומצב רוח עליז עד גיל מבוגר, ונהנה מחסד מלכותי.

☼ יהלום שעבר עיבוד תכשיטים - חיתוך, ליטוש - נקרא יהלום.

כאשר נמסים כתוצאה מרעידות תרמיות, סדר החלקיקים מופרע, הם נעשים ניידים, בעוד אופי הקשר הכימי אינו מופרע. לפיכך, אין הבדלים מהותיים בין מצבים מוצקים לנוזלים.
הנוזל מקבל נזילות (כלומר, היכולת לקבל צורה של כלי).

גבישים נוזליים.

גבישים נוזליים התגלו בסוף המאה ה-19, אך נחקרו ב-20-25 השנים האחרונות. מכשירי תצוגה רבים של טכנולוגיה מודרנית, למשל, כמה שעונים אלקטרוניים ומחשבי מיני, פועלים על גבי גבישים נוזליים.

באופן כללי, המילים "גבישים נוזליים" נשמעות לא פחות יוצאות דופן מ"קרח חם". עם זאת, במציאות, קרח יכול להיות גם חם, כי... בלחץ של יותר מ-10,000 atm. קרח מים נמס בטמפרטורות מעל 2000 C. יוצא הדופן של השילוב "גבישים נוזליים" הוא שהמצב הנוזלי מעיד על ניידות המבנה, והגביש מרמז על סדר קפדני.

אם חומר מורכב ממולקולות רב-אטומיות בעלות צורה מוארכת או למלרית ובעלות מבנה א-סימטרי, אז כשהוא נמס, מולקולות אלו מכוונות בצורה מסוימת זו לזו (הצירים הארוכים שלהן מקבילים). במקרה זה, המולקולות יכולות לנוע בחופשיות במקביל לעצמן, כלומר. המערכת רוכשת את תכונת הנזילות האופיינית לנוזל. יחד עם זאת, המערכת שומרת על מבנה מסודר, הקובע את המאפיינים האופייניים לקריסטלים.

הניידות הגבוהה של מבנה כזה מאפשרת לשלוט בו באמצעות השפעות חלשות מאוד (תרמיות, חשמליות וכו'), כלומר. לשנות בכוונה את התכונות של חומר, כולל אופטיות, עם צריכת אנרגיה מועטה מאוד, וזה מה שמשמש בטכנולוגיה מודרנית.

סוגי סריג קריסטל.

כל חומר כימי נוצר על ידי מספר רב של חלקיקים זהים המחוברים ביניהם.
בטמפרטורות נמוכות, כאשר התנועה התרמית קשה, החלקיקים מכוונים בקפדנות בחלל ויוצרים סריג קריסטל.

סריג קריסטל הוא מבנה עם סידור נכון גיאומטרית של חלקיקים בחלל.

בסריג הגביש עצמו, נבדלים צמתים וחלל פנימי.
אותו חומר, בהתאם לתנאים (p, t,...), קיים בצורות גבישיות שונות (כלומר, יש להם סריג גביש שונים) - שינויים אלוטרופיים הנבדלים בתכונותיהם.
לדוגמה, ידועים ארבעה שינויים של פחמן: גרפיט, יהלום, קרבין ולונסדלייט.

☼ הזן הרביעי של פחמן גבישי, "לונסדלייט", אינו ידוע מעט. הוא התגלה במטאוריטים והושג באופן מלאכותי, והמבנה שלו עדיין נחקר.

☼ פיח, קוק ופחם סווגו כפולימרים אמורפיים של פחמן. אולם כעת נודע כי מדובר גם בחומרים גבישיים.

☼ אגב, בפיח נמצאו חלקיקים שחורים מבריקים, שכונו "פחמן מראה". פחמן מראה אינרטי מבחינה כימית, עמיד בחום, אטום לגזים ונוזלים, בעל משטח חלק ותואם לחלוטין לרקמות חיות.

☼ השם גרפיט בא מה"גרפיטו" האיטלקי - אני כותב, אני מצייר. הגרפיט הוא גבישים אפורים כהים עם ברק מתכתי חלש ובעל סריג שכבות. שכבות בודדות של אטומים בגביש גרפיט, המחוברות זו לזו בצורה חלשה יחסית, מופרדות זו מזו בקלות.

סוגי סריג קריסטל

מאפיינים של חומרים בעלי סריג גביש שונה (טבלה)

אם קצב צמיחת הגבישים נמוך עם הקירור, נוצר מצב זגוגי (אמורפי).

הקשר בין מיקומו של יסוד בטבלה המחזורית לבין סריג הקריסטל של החומר הפשוט שלו.

קיים קשר הדוק בין מיקומו של יסוד בטבלה המחזורית לבין סריג הקריסטל של החומר היסודי המקביל לו.

החומרים הפשוטים של היסודות הנותרים הם בעלי סריג קריסטל מתכתי.

קְבִיעָה

למד את חומר ההרצאה וענה על השאלות הבאות בכתב במחברת שלך:
- מהו סריג קריסטל?
- אילו סוגי סריג קריסטל קיימים?
- תאר כל סוג של סריג קריסטל לפי התוכנית:

מה יש בצמתים של סריג הגביש, יחידה מבנית → סוג הקשר הכימי בין חלקיקי הצומת → כוחות אינטראקציה בין חלקיקי הגביש → תכונות פיזיקליות עקב סריג הגביש → מצב מצטבר של החומר בתנאים רגילים → דוגמאות

השלם משימות בנושא זה:

- איזה סוג של סריג קריסטל יש לחומרים הבאים בשימוש נרחב בחיי היומיום: מים, חומצה אצטית (CH3 COOH), סוכר (C12 H22 O11), דשן אשלגן (KCl), חול נהר (SiO2) - נקודת התכה 1710 0C, אמוניה (NH3), מלח שולחן? מסקנה כללית: לפי אילו תכונות של חומר אפשר לקבוע את סוג סריג הגביש שלו?
באמצעות הנוסחאות של החומרים הנתונים: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 - קבעו את סוג סריג הגביש (יוני, מולקולרי) של כל תרכובת ובהתאם לכך תארו את התכונות הפיזיקליות של כל אחד מארבעת החומרים.
מאמן מס' 1. "סריג קריסטל"
מאמן מס' 2. "משימות בדיקה"
מבחן (שליטה עצמית):

1) חומרים בעלי סריג גביש מולקולרי, ככלל:
א). עקשן ומסיס מאוד במים
ב). מתמזג והפכפך
V). מוצק ומוליך חשמלי
ז). מוליכים תרמית ופלסטיק

2) המושג "מולקולה" אינו ישים ליחידה המבנית של חומר:

ב). חַמצָן

V). יַהֲלוֹם

3) סריג הגביש האטומי אופייני ל:

א). אלומיניום וגרפיט

ב). גופרית ויוד

V). תחמוצת סיליקון ונתרן כלורי

ז). יהלום ובורון

4) אם חומר מסיס מאוד במים, בעל נקודת התכה גבוהה, והוא מוליך חשמלית, אז סריג הגביש שלו הוא:

א). מולקולרית

ב). אָטוֹמִי

V). יונית

ז). מַתֶכֶת