Твердое вещество является одним из четырех фундаментальных состояний вещества. Оно характеризуется структурной жесткостью и сопротивлением к изменениям формы или объему. В твердых телах молекулы плотно упакованы и упорядочены в структуры определенного типа.
Атомы, молекулы или ионы, которые составляют твердые вещества, могут быть расположены упорядоченным повторяющимся рисунком или нерегулярно.
Материалы, составные части которых расположены в регулярном порядке, называются кристаллы.
Кристалл или кристаллическое твердое тело представляет собой твердый материал, компоненты которого — атомы, молекулы или ионы — расположены в высокоупорядоченной микроскопической структуре, образуя кристаллическую решетку, которая простирается во всех направлениях.
Кристаллической решеткой вещества называется трехмерная система размещения структурных частиц твердого вещества.
В зависимости от типа частиц, находящихся в их узлах, различают два основных вида кристаллических решеток — ионные и ковалентные.
Ионные кристаллические решетки
Особенностью ионных соединений является то, что силы притяжения в них действуют одинаково во всех направлениях. Поэтому ионы в узлах кристаллической решетки связаны крепко, вещества при комнатной температуре являются твердыми, а тепловое движение ионов очень незначителен. Однако нагрев веществ до температуры, выше их температуры плавления, увеличивает тепловое движение ионов, и ионный кристалл плавится — переходит в жидкое состояние.
Силы взаимодействия между катионами и анионами в кристалле большие, поэтому нужно много энергии, чтобы его расплавить, и еще больше, чтобы перевести в парообразное состояние.
Решетка хлорида натрия
Типичным примером ионного соединения является хлорид натрия. Свойства хлорида натрия отражают силу взаимосвязи, существующей между ионами. Хлорид натрия — хороший проводник электричества при расплавлении (расплавленном состоянии), но очень плохой в твердом состоянии. Структурно каждый ион в хлориде натрия окружен шестью соседними ионами противоположного заряда. Результирующая кристаллическая решетка имеет тип, известный как «простой кубик», что означает, что точки решетки равномерно распределены во всех трех измерениях, а все углы ячейки составляют 900.
Кристаллическая структура NaCl: сферы представляют собой ионы Na+ и Cl-.
Ковалентные кристаллы
В узлах таких кристаллических решеток содержатся отдельные атомы или молекулы, соединенные между собой ковалентными связями.
Ковалентная связь представляет собой химическую связь, которая включает разделение пар электронов между атомами. Это разделение приводит к стабильному балансу сил притяжения и отталкивания между этими атомами. Ковалентные твердые вещества представляют собой класс соединений с расширенными решетками, в которых каждый атом или молекула ковалентно связаны с ближайшими соседями. Это означает, что весь кристалл, по сути, является одной гигантской молекулой. Чрезвычайно сильные связывающие силы, которые соединяют все смежные атомы, объясняют экстремальную твердость этих твердых тел. Они не могут быть разрушены или истерты без разрушения большого количества ковалентных химических связей. Точно так же ковалентное твердое вещество не может «расплавиться» в обычном смысле, так как весь кристалл является одной гигантской молекулой. При нагревании до очень высоких температур эти твердые вещества обычно разлагаются на их элементы.
Другим свойством ковалентных твердых тел является плохая электропроводность, поскольку делокализованных электронов в таких веществах нет. В случае расплавления, в отличие от ионных соединений, такие вещества также неспособны проводить электричество, так как их макромолекулы состоят из незаряженных атомов, а не ионов.
Теперь, зная вид химической связи в веществе, можно охарактеризовать не только ее количественный и качественный состав, но и физические свойства.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по химии по низкой цене!
Комментарии