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Oxide mit einem atomaren Kristallgitter. Atomares Kristallgitter. Für Stoffe mit einem ionischen Kristallgitter

Die meisten Feststoffe haben kristallin Struktur, die charakterisiert ist streng definierte Anordnung der Teilchen. Verbindet man die Teilchen mit herkömmlichen Linien, erhält man ein räumliches Gerüst namens Kristallgitter. Die Punkte, an denen sich Kristallteilchen befinden, werden Gitterknoten genannt. Die Knoten eines imaginären Gitters können Atome, Ionen oder Moleküle enthalten.

Abhängig von der Art der an den Knoten befindlichen Partikel und der Art der Verbindung zwischen ihnen werden vier Arten von Kristallgittern unterschieden: ionische, metallische, atomare und molekulare.

Ionisch werden Gitter genannt, in deren Knoten sich Ionen befinden.

Sie werden von Stoffen mit ionischen Bindungen gebildet. An den Knoten eines solchen Gitters befinden sich positive und negative Ionen, die durch elektrostatische Wechselwirkung miteinander verbunden sind.

Ionenkristallgitter enthalten Salze, Alkalien, aktive Metalloxide. Ionen können einfach oder komplex sein. Beispielsweise befinden sich auf den Gitterplätzen von Natriumchlorid einfache Natriumionen Na und Chlor Cl − , und auf den Gitterplätzen von Kaliumsulfat wechseln sich einfache Kaliumionen K und komplexe Sulfationen S O 4 2 − ab.

Die Bindungen zwischen den Ionen in solchen Kristallen sind stark. Daher sind ionische Stoffe fest, feuerfest und nichtflüchtig. Solche Substanzen sind gut in Wasser auflösen.

Kristallgitter aus Natriumchlorid

Natriumchloridkristall

Metall sogenannte Gitter, die aus positiven Ionen und Metallatomen sowie freien Elektronen bestehen.

Sie werden von Stoffen mit metallischen Bindungen gebildet. An den Knoten eines Metallgitters befinden sich Atome und Ionen (entweder Atome oder Ionen, in die sich Atome leicht verwandeln und ihre äußeren Elektronen zur gemeinsamen Verwendung abgeben).

Solche Kristallgitter sind charakteristisch für einfache Stoffe aus Metallen und Legierungen.

Die Schmelzpunkte von Metallen können unterschiedlich sein (von (–37) °C für Quecksilber bis zu zwei- bis dreitausend Grad). Aber alle Metalle haben eine Eigenschaft metallischer Glanz, Formbarkeit, Duktilität, Strom gut leiten und Wärme.

Metallkristallgitter

Hardware

Als Kristallgitter werden Atomgitter bezeichnet, an deren Knotenpunkten einzelne Atome durch kovalente Bindungen verbunden sind.

Diamant hat diesen Gittertyp – eine der allotropen Modifikationen von Kohlenstoff. Zu den Stoffen mit einem atomaren Kristallgitter gehören Graphit, Silizium, Bor und Germanium sowie komplexe Stoffe, zum Beispiel Carborundum SiC und Kieselsäure, Quarz, Bergkristall, Sand, zu denen Siliziumoxid (\(IV\)) Si O 2 gehört.

Solche Stoffe werden charakterisiert hohe Festigkeit und Härte. Somit ist Diamant der härteste Naturstoff. Stoffe mit einem atomaren Kristallgitter haben sehr hohe Schmelzpunkte und kochend. Beispielsweise liegt der Schmelzpunkt von Kieselsäure bei \(1728\) °C, während er bei Graphit höher liegt - \(4000\) °C. Atomkristalle sind praktisch unlöslich.

Diamantkristallgitter

Diamant

Molekular werden Gitter genannt, an deren Knoten sich Moleküle befinden, die durch schwache intermolekulare Wechselwirkungen verbunden sind.

Obwohl die Atome innerhalb der Moleküle durch sehr starke kovalente Bindungen verbunden sind, wirken zwischen den Molekülen selbst schwache intermolekulare Anziehungskräfte. Daher haben Molekülkristalle geringe Festigkeit und Härte, niedrige Schmelzpunkte und kochend. Viele molekulare Substanzen sind bei Raumtemperatur Flüssigkeiten und Gase. Solche Stoffe sind flüchtig. Beispielsweise verdampfen kristallines Jod und festes Kohlenmonoxid (\(IV\)) („Trockeneis“), ohne in einen flüssigen Zustand überzugehen. Einige molekulare Substanzen haben Geruch .

Dieser Gittertyp enthält einfache Substanzen in einem festen Aggregatzustand: Edelgase mit einatomigen Molekülen (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). ) sowie Nichtmetalle mit zwei- und mehratomige Moleküle (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Sie haben ein molekulares Kristallgitter auch Stoffe mit kovalenten polaren Bindungen: Wasser - Eis, festes Ammoniak, Säuren, Nichtmetalloxide. Mehrheitlich organische Verbindungen sind auch molekulare Kristalle (Naphthalin, Zucker, Glucose).

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Unterrichtsart: Kombiniert.

Der Zweck der Lektion: Schaffung von Bedingungen für die Entwicklung der Fähigkeit der Studierenden, die Ursache-Wirkungs-Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften von Stoffen von der Art der chemischen Bindung und der Art des Kristallgitters festzustellen und anhand der physikalischen Eigenschaften die Art des Kristallgitters vorherzusagen des Stoffes.

Lernziele:

Konzepte über den kristallinen und amorphen Zustand von Festkörpern zu entwickeln, Schüler mit verschiedenen Arten von Kristallgittern vertraut zu machen, die Abhängigkeit der physikalischen Eigenschaften eines Kristalls von der Art der chemischen Bindung im Kristall und der Art des Kristallgitters festzustellen, den Studierenden grundlegende Vorstellungen über den Einfluss der Natur chemischer Bindungen und der Arten von Kristallgittern auf die Eigenschaften der Materie zu vermitteln.
Bilden Sie das Weltbild der Studierenden weiter, berücksichtigen Sie die gegenseitige Beeinflussung der Bestandteile gesamtstruktureller Stoffpartikel, wodurch neue Eigenschaften entstehen, entwickeln Sie die Fähigkeit, ihre pädagogische Arbeit zu organisieren und beachten Sie die Regeln der Teamarbeit .
Das kognitive Interesse von Schulkindern anhand von Problemsituationen entwickeln;

Ausrüstung: Periodensystem D.I. Mendelejew, Sammlung „Metalle“, Nichtmetalle: Schwefel, Graphit, roter Phosphor, kristallines Silizium, Jod; Präsentation „Arten von Kristallgittern“, Modelle von Kristallgittern verschiedener Arten (Kochsalz, Diamant und Graphit, Kohlendioxid und Jod, Metalle), Muster von Kunststoffen und daraus hergestellten Produkten, Glas, Plastilin, Computer, Projektor.

Während des Unterrichts

1. Organisatorischer Moment.

Der Lehrer begrüßt die Schüler und registriert diejenigen, die abwesend sind.

2. Wissenstest zum Thema „Chemische Bindung“. Oxidationszustand."

Selbstständiges Arbeiten (15 Minuten)

3. Neues Material studieren.

Der Lehrer gibt das Thema der Lektion und den Zweck der Lektion bekannt. (Folie 1,2)

Die Schüler notieren Datum und Thema der Unterrichtsstunde in ihren Heften.

Wissen aktualisieren.

Der Lehrer stellt der Klasse Fragen:

Welche Arten von Partikeln kennen Sie? Haben Ionen, Atome und Moleküle Ladungen?
Welche Arten chemischer Bindungen kennen Sie?
Welche Aggregatzustände von Stoffen kennen Sie?

Lehrer:„Jeder Stoff kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. Zum Beispiel Wasser. Unter normalen Bedingungen ist es eine Flüssigkeit, es kann jedoch auch Dampf und Eis sein. Oder Sauerstoff ist unter normalen Bedingungen ein Gas; bei einer Temperatur von -1940 °C verwandelt er sich in eine blaue Flüssigkeit und bei einer Temperatur von -218,8 °C erstarrt er zu einer schneeähnlichen Masse aus blauen Kristallen. In dieser Lektion betrachten wir den festen Zustand von Substanzen: amorph und kristallin.“ (Folie 3)

Lehrer: amorphe Substanzen haben keinen klaren Schmelzpunkt – beim Erhitzen erweichen sie allmählich und gehen in einen flüssigen Zustand über. Zu den amorphen Substanzen zählen beispielsweise Schokolade, die sowohl in den Händen als auch im Mund schmilzt; Kaugummi, Plastilin, Wachs, Kunststoffe (Beispiele für solche Substanzen werden gezeigt). (Folie 7)

Kristalline Stoffe haben einen klaren Schmelzpunkt und zeichnen sich vor allem durch die richtige Anordnung der Partikel an genau definierten Punkten im Raum aus. (Folien 5,6) Wenn diese Punkte mit geraden Linien verbunden werden, entsteht ein räumliches Gerüst, ein sogenanntes Kristallgitter. Die Punkte, an denen sich Kristallteilchen befinden, werden Gitterknoten genannt.

Die Schüler schreiben die Definition in ihre Hefte: „Ein Kristallgitter ist eine Ansammlung von Punkten im Raum, in denen sich die Teilchen befinden, die einen Kristall bilden.“ Die Punkte, an denen sich Kristallteilchen befinden, werden Gitterknoten genannt.“

Abhängig davon, welche Arten von Teilchen sich an den Knoten dieses Gitters befinden, gibt es 4 Arten von Gittern. (Folie 8) Wenn sich an den Knotenpunkten eines Kristallgitters Ionen befinden, wird ein solches Gitter als ionisch bezeichnet.

Der Lehrer stellt den Schülern Fragen:

– Wie heißen die Kristallgitter, in deren Knoten sich Atome und Moleküle befinden?

Aber es gibt Kristallgitter, an deren Knoten sich sowohl Atome als auch Ionen befinden. Solche Gitter werden Metallgitter genannt.

Nun füllen wir die Tabelle „Kristallgitter, Bindungsart und Stoffeigenschaften“ aus. Während wir die Tabelle ausfüllen, werden wir den Zusammenhang zwischen der Art des Gitters, der Art der Verbindung zwischen Partikeln und den physikalischen Eigenschaften von Festkörpern feststellen.

Betrachten wir die erste Art von Kristallgitter, die als ionisch bezeichnet wird. (Folie 9)

– Welche chemische Bindung besteht in diesen Stoffen?

Schauen Sie sich das Ionenkristallgitter an (ein Modell eines solchen Gitters ist abgebildet). Seine Knoten enthalten positiv und negativ geladene Ionen. Beispielsweise besteht ein Natriumchloridkristall aus positiven Natriumionen und negativen Chloridionen, die ein würfelförmiges Gitter bilden. Zu den Stoffen mit ionischem Kristallgitter zählen Salze, Oxide und Hydroxide typischer Metalle. Stoffe mit ionischem Kristallgitter haben eine hohe Härte und Festigkeit, sie sind feuerfest und nichtflüchtig.

Lehrer: Die physikalischen Eigenschaften von Stoffen mit einem atomaren Kristallgitter sind die gleichen wie die von Stoffen mit einem ionischen Kristallgitter, oft jedoch in überragendem Maße – sehr hart, sehr haltbar. Diamant, der über ein atomares Kristallgitter verfügt, ist der härteste Stoff aller natürlichen Stoffe. Er dient als Härtemaßstab, der nach einem 10-Punkte-System mit der Höchstnote 10 bewertet wird. (Folie 10). Für diesen Kristallgittertyp tragen Sie die notwendigen Informationen selbst in die Tabelle ein, indem Sie selbst mit dem Lehrbuch arbeiten.

Lehrer: Betrachten wir die dritte Art von Kristallgitter, die als metallisch bezeichnet wird. (Folien 11,12) An den Knoten eines solchen Gitters befinden sich Atome und Ionen, zwischen denen sich Elektronen frei bewegen und sie zu einem Ganzen verbinden.

Diese innere Struktur von Metallen bestimmt ihre charakteristischen physikalischen Eigenschaften.

Lehrer: Welche physikalischen Eigenschaften von Metallen kennen Sie? (Formbarkeit, Plastizität, elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischer Glanz).

Lehrer: In welche Gruppen werden alle Stoffe entsprechend ihrer Struktur eingeteilt? (Folie 12)

Betrachten wir die Art des Kristallgitters, das so bekannte Substanzen wie Wasser, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und andere besitzen. Es heißt molekular. (Folie14)

– Welche Teilchen befinden sich an den Knotenpunkten dieses Gitters?

Die chemische Bindung in Molekülen, die sich auf Gitterplätzen befinden, kann entweder polar kovalent oder unpolar kovalent sein. Obwohl die Atome im Inneren des Moleküls durch sehr starke kovalente Bindungen verbunden sind, wirken zwischen den Molekülen selbst schwache intermolekulare Anziehungskräfte. Daher haben Stoffe mit einem molekularen Kristallgitter eine geringe Härte, niedrige Schmelzpunkte und sind flüchtig. Wenn gasförmige oder flüssige Stoffe unter besonderen Bedingungen in Feststoffe übergehen, bilden sie ein molekulares Kristallgitter aus. Beispiele für solche Stoffe können festes Wasser – Eis, festes Kohlendioxid – Trockeneis sein. Dieses Gitter enthält Naphthalin, das zum Schutz von Wollprodukten vor Motten verwendet wird.

– Welche Eigenschaften des molekularen Kristallgitters bestimmen den Einsatz von Naphthalin? (Volatilität). Wie wir sehen, können nicht nur Festkörper ein molekulares Kristallgitter haben. einfach Stoffe: Edelgase, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, weißer Phosphor P 4, aber und komplex: festes Wasser, fester Chlorwasserstoff und Schwefelwasserstoff. Die meisten festen organischen Verbindungen haben molekulare Kristallgitter (Naphthalin, Glucose, Zucker).

Die Gitterplätze enthalten unpolare oder polare Moleküle. Obwohl die Atome innerhalb der Moleküle durch starke kovalente Bindungen verbunden sind, wirken zwischen den Molekülen selbst schwache intermolekulare Kräfte.

Fazit: Die Substanzen sind zerbrechlich, haben eine geringe Härte, einen niedrigen Schmelzpunkt und sind flüchtig.

Frage: Welcher Vorgang wird Sublimation oder Sublimation genannt?

Antwort: Man nennt den Übergang eines Stoffes von einem festen Aggregatzustand direkt in einen gasförmigen Zustand unter Umgehung des flüssigen Zustands Sublimation oder Sublimation.

Demonstration des Experiments: Sublimation von Jod

Dann benennen die Schüler abwechselnd die Informationen, die sie in der Tabelle notiert haben.

Kristallgitter, Bindungsart und Eigenschaften von Stoffen.

Gittertyp	Arten von Teilchen an Gitterplätzen	Art der Kommunikation zwischen Teilchen	Beispiele für Substanzen	Physikalische Eigenschaften von Stoffen
Ionisch	Ionen	Ionisch – starke Bindung	Salze, Halogenide (IA, IIA), Oxide und Hydroxide typischer Metalle	Fest, stark, nichtflüchtig, spröde, feuerfest, viele wasserlöslich, Schmelzen leiten elektrischen Strom
Nuklear	Atome	1. Kovalent unpolar – die Bindung ist sehr stark 2. Kovalent polar – die Bindung ist sehr stark	*Einfache Substanzen* A: Diamant (C), Graphit (C), Bor (B), Silizium (Si). *Komplexe Substanzen* : Aluminiumoxid (Al 2 O 3), Siliziumoxid (IV) – SiO 2	Sehr hart, sehr feuerfest, langlebig, nichtflüchtig, unlöslich in Wasser
Molekular	Moleküle	Zwischen Molekülen wirken schwache Kräfte intermolekulare Anziehung, aber Im Inneren der Moleküle besteht eine starke kovalente Bindung	Feststoffe unter besonderen Bedingungen, die unter normalen Bedingungen Gase oder Flüssigkeiten sind (O 2, H 2, Cl 2, N 2, Br 2, H 2 O, CO 2, HCl); Schwefel, weißer Phosphor, Jod; organische Substanz	Zerbrechlich, flüchtig, schmelzbar, sublimierbar, von geringer Härte
Metall	Atomionen	Metall – verschiedene Stärken	Metalle und Legierungen	Formbar, glänzend, duktil, thermisch und elektrisch leitfähig

Lehrer: Welche Schlussfolgerung können wir aus der auf dem Tisch geleisteten Arbeit ziehen?

Schlussfolgerung 1: Die physikalischen Eigenschaften von Stoffen hängen von der Art des Kristallgitters ab. Zusammensetzung des Stoffes → Art der chemischen Bindung → Art des Kristallgitters → Eigenschaften von Stoffen . (Folie 18).

Frage: Welcher der oben besprochenen Kristallgittertypen kommt in einfachen Substanzen nicht vor?

Antwort: Ionenkristallgitter.

Frage: Welche Kristallgitter sind für einfache Stoffe charakteristisch?

Antwort: Für einfache Stoffe – Metalle – ein Metallkristallgitter; für Nichtmetalle – atomar oder molekular.

Arbeiten mit dem Periodensystem D.I. Mendelejew.

Frage: Wo befinden sich die Metallelemente im Periodensystem und warum? Nichtmetallische Elemente und warum?

Antwort : Wenn Sie eine Diagonale von Bor nach Astat zeichnen, befinden sich in der unteren linken Ecke dieser Diagonale Metallelemente, weil auf dem letzten Energieniveau enthalten sie ein bis drei Elektronen. Dies sind die Elemente I A, II A, III A (außer Bor) sowie Zinn und Blei, Antimon und alle Elemente sekundärer Untergruppen.

Nichtmetallische Elemente befinden sich in der oberen rechten Ecke dieser Diagonale, weil auf dem letzten Energieniveau enthalten vier bis acht Elektronen. Dies sind die Elemente IV A, V A, VI A, VII A, VIII A und Bor.

Lehrer: Lassen Sie uns nichtmetallische Elemente finden, deren einfache Substanzen ein atomares Kristallgitter haben (Antwort: C, B, Si) und molekular ( Antwort: N, S, O , Halogene und Edelgase )

Lehrer: Formulieren Sie eine Schlussfolgerung, wie Sie die Art des Kristallgitters einer einfachen Substanz in Abhängigkeit von der Position der Elemente im Periodensystem von D. I. bestimmen können.

Antwort: Für Metallelemente, die in I A, II A, IIIA (außer Bor) vorkommen, sowie für Zinn und Blei und alle Elemente sekundärer Untergruppen in einer einfachen Substanz ist der Gittertyp Metall.

Für die nichtmetallischen Elemente IV A und Bor in einer einfachen Substanz ist das Kristallgitter atomar; und die Elemente V A, VI A, VII A, VIII A in einfachen Stoffen haben ein molekulares Kristallgitter.

Wir arbeiten weiter mit der fertigen Tabelle.

Lehrer: Schauen Sie sich die Tabelle genau an. Welches Muster lässt sich beobachten?

Wir hören den Antworten der Schüler aufmerksam zu und ziehen dann gemeinsam mit der Klasse ein Fazit. Fazit 2 (Folie 17)

4. Fixieren des Materials.

Test (Selbstkontrolle):

Stoffe, die in der Regel ein molekulares Kristallgitter besitzen:
a) Feuerfest und gut wasserlöslich
b) Schmelzbar und flüchtig
c) Fest und elektrisch leitfähig
d) Wärmeleitfähig und plastisch

Der Begriff „Molekül“ ist nicht auf die Struktureinheit eines Stoffes anwendbar:
ein Wasser
b) Sauerstoff
c) Diamant
d) Ozon

Das atomare Kristallgitter ist charakteristisch für:
a) Aluminium und Graphit
b) Schwefel und Jod
c) Siliziumoxid und Natriumchlorid
d) Diamant und Bor

Wenn ein Stoff gut wasserlöslich ist, einen hohen Schmelzpunkt hat und elektrisch leitfähig ist, dann ist sein Kristallgitter:
a) Molekular
b) Nuklear
c) Ionisch
d) Metall

5. Reflexion.

6. Hausaufgaben.

Charakterisieren Sie jede Art von Kristallgitter gemäß dem Plan: Was befindet sich in den Knoten des Kristallgitters, Struktureinheit → Art der chemischen Bindung zwischen den Partikeln des Knotens → Wechselwirkungskräfte zwischen den Partikeln des Kristalls → Physikalische Eigenschaften aufgrund des Kristalls Gitter → Aggregatzustand des Stoffes unter Normalbedingungen → Beispiele.

Bestimmen Sie anhand der Formeln der angegebenen Stoffe: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 die Art des Kristallgitters (ionisch, molekular) jeder Verbindung und beschreiben Sie darauf basierend die erwarteten physikalischen Eigenschaften jeder der vier Substanzen.

Wie Sie wissen, kann Materie in drei Aggregatzuständen vorliegen: gasförmig, flüssig und fest (Abb. 70). Beispielsweise verwandelt sich Sauerstoff, der unter normalen Bedingungen ein Gas ist, bei einer Temperatur von -194 °C in eine blaue Flüssigkeit und bei einer Temperatur von -218,8 °C erstarrt er zu einer schneeähnlichen Masse aus blauen Kristallen.

Reis. 70.
Physikalische Zustände von Wasser

Feststoffe werden in kristalline und amorphe unterteilt.

Amorphe Substanzen haben keinen klaren Schmelzpunkt – beim Erhitzen erweichen sie allmählich und gehen in einen flüssigen Zustand über. Zu den amorphen Stoffen zählen die meisten Kunststoffe (z. B. Polyethylen), Wachs, Schokolade, Plastilin, verschiedene Harze und Kaugummis (Abb. 71).

Reis. 71.
Amorphe Stoffe und Materialien

Kristalline Stoffe zeichnen sich durch die korrekte Anordnung ihrer Teilchenbestandteile an genau definierten Punkten im Raum aus. Wenn diese Punkte durch gerade Linien verbunden werden, entsteht ein räumliches Gerüst, ein sogenanntes Kristallgitter. Die Punkte, an denen sich Kristallteilchen befinden, werden Gitterknoten genannt.

Die Knoten eines imaginären Kristallgitters können einatomige Ionen, Atome und Moleküle enthalten. Diese Teilchen führen oszillierende Bewegungen aus. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Reichweite dieser Schwingungen zu, was in der Regel zu einer Wärmeausdehnung von Körpern führt.

Abhängig von der Art der Partikel, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden, und der Art der Verbindung zwischen ihnen werden vier Arten von Kristallgittern unterschieden: ionische, atomare, molekulare und metallische (Tabelle 6).

Tabelle 6
Position der Elemente im Periodensystem von D. I. Mendeleev und Arten von Kristallgittern ihrer einfachen Substanzen

Einfache Stoffe, die aus in der Tabelle nicht aufgeführten Elementen bestehen, haben ein Metallgitter.

Als Ionengitter werden Kristallgitter bezeichnet, deren Knoten Ionen enthalten. Sie werden durch Stoffe mit ionischen Bindungen gebildet, die sowohl einfache Ionen Na +, Cl – als auch komplexe Ionen OH – binden können. Folglich enthalten ionische Kristallgitter Salze, Basen (Alkalien) und einige Oxide. Beispielsweise besteht ein Natriumchloridkristall aus abwechselnd positiven Na + - und negativen Cl - -Ionen, die ein würfelförmiges Gitter bilden (Abb. 72). Die Bindungen zwischen den Ionen in einem solchen Kristall sind sehr stark. Daher weisen Stoffe mit Ionengitter eine relativ hohe Härte und Festigkeit auf, sie sind feuerfest und nichtflüchtig.

Reis. 72.
Ionenkristallgitter (Natriumchlorid)

Als Kristallgitter werden Atomgitter bezeichnet, deren Knoten einzelne Atome enthalten. In solchen Gittern sind die Atome durch sehr starke kovalente Bindungen miteinander verbunden.

Reis. 73.
Atomares Kristallgitter (Diamant)

Diamant hat diese Art von Kristallgitter (Abb. 73) – eine der allotropen Modifikationen von Kohlenstoff. Geschliffene und polierte Diamanten werden Brillanten genannt. Sie werden häufig in Schmuck verwendet (Abb. 74).

Reis. 74.
Zwei Kaiserkronen mit Diamanten:
a - Krone des britischen Empire; b – Große Kaiserkrone des Russischen Reiches

Zu den Stoffen mit einem atomaren Kristallgitter zählen kristallines Bor, Silizium und Germanium sowie komplexe Stoffe, zum Beispiel Kieselsäure, Quarz, Sand, Bergkristall, zu denen Silizium(IV)-oxid SiO 2 gehört (Abb. 75).

Reis. 75.
Atomares Kristallgitter (Silizium(IV)-oxid)

Die meisten Stoffe mit einem atomaren Kristallgitter haben sehr hohe Schmelzpunkte (z. B. für Diamant über 3500 °C, für Silizium – 1415 °C, für Silizium – 1728 °C), sie sind fest und hart, praktisch unlöslich.

Molekular sind Kristallgitter, in deren Knotenpunkten sich Moleküle befinden. Die chemischen Bindungen in diesen Molekülen können sowohl kovalent polar (Chlorwasserstoff HCl, Wasser H20) als auch kovalent unpolar (Stickstoff N2, Ozon 03) sein. Obwohl die Atome innerhalb der Moleküle durch sehr starke kovalente Bindungen verbunden sind, wirken zwischen den Molekülen selbst schwache intermolekulare Anziehungskräfte. Daher haben Substanzen mit molekularen Kristallgittern eine geringe Härte, niedrige Schmelzpunkte und sind flüchtig.

Beispiele für Stoffe mit molekularen Kristallgittern sind festes Wasser - Eis, festes Kohlenmonoxid (IV) C) 2 - „Trockeneis“ (Abb. 76), fester Chlorwasserstoff HCl und Schwefelwasserstoff H 2 S, feste einfache Stoffe, die durch Mono gebildet werden - (Edelgase: Helium, Neon, Argon, Krypton), zwei- (Wasserstoff H 2, Sauerstoff O 2, Chlor Cl 2, Stickstoff N 2, Jod 1 2), drei- (Ozon O 3), vier- (weiß Phosphor P 4 ), achtatomige (Schwefel S 7) Moleküle. Die meisten festen organischen Verbindungen haben molekulare Kristallgitter (Naphthalin, Glucose, Zucker).

Reis. 76.
Molekulares Kristallgitter (Kohlendioxid)

Stoffe mit metallischer Bindung besitzen metallische Kristallgitter (Abb. 77). An den Stellen solcher Gitter befinden sich Atome und Ionen (entweder Atome oder Ionen, in die sich Metallatome leicht verwandeln und ihre äußeren Elektronen zur gemeinsamen Verwendung abgeben). Diese innere Struktur von Metallen bestimmt ihre charakteristischen physikalischen Eigenschaften: Formbarkeit, Duktilität, elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischer Glanz.

Reis. 77.
Metallkristallgitter (Eisen)

Laborexperiment Nr. 13
Kennenlernen einer Sammlung von Stoffen mit unterschiedlichen Kristallgittertypen. Herstellung von Modellen aus Kristallgittern

Bauen Sie ein Modell eines der Kristallgitter.

Für Stoffe mit molekularer Struktur gilt das vom französischen Chemiker J. L. Proust (1799-1803) entdeckte Gesetz der Konstanz der Zusammensetzung. Derzeit ist dieses Gesetz wie folgt formuliert:

Das Proustsche Gesetz ist eines der Grundgesetze der Chemie. Für Substanzen mit nichtmolekularer Struktur, beispielsweise ionische, gilt dieses Gesetz jedoch nicht immer.

Schlüsselwörter und Phrasen

Feste, flüssige und gasförmige Aggregatzustände.
Feststoffe: amorph und kristallin.
Kristallgitter: ionisch, atomar, molekular und metallisch.
Physikalische Eigenschaften von Stoffen mit unterschiedlichen Kristallgittertypen.
Gesetz der Konstanz der Zusammensetzung.

Arbeiten Sie mit dem Computer

Beachten Sie die elektronische Bewerbung. Studieren Sie den Unterrichtsstoff und erledigen Sie die gestellten Aufgaben.
Suchen Sie im Internet nach E-Mail-Adressen, die als zusätzliche Quellen dienen können, die den Inhalt von Schlüsselwörtern und Phrasen im Absatz offenbaren. Bieten Sie dem Lehrer Ihre Hilfe bei der Vorbereitung einer neuen Unterrichtsstunde an – erstellen Sie einen Bericht über die Schlüsselwörter und Phrasen des nächsten Absatzes.

Fragen und Aufgaben

Welchen Aggregatzustand hat Sauerstoff bei -205 °C?
Erinnern Sie sich an die Arbeit von A. Belyaev „The Air Seller“ und charakterisieren Sie die Eigenschaften von festem Sauerstoff anhand der im Buch enthaltenen Beschreibung.
Welche Stoffe (kristallin oder amorph) sind Kunststoffe? Welche Eigenschaften von Kunststoffen liegen ihren industriellen Anwendungen zugrunde?
Um welche Art von Diamantkristallgitter handelt es sich? Listen Sie die physikalischen Eigenschaften auf, die für Diamant charakteristisch sind.
Um welche Art von Jodkristallgitter handelt es sich? Listen Sie die physikalischen Eigenschaften auf, die für Jod charakteristisch sind.
Warum schwankt der Schmelzpunkt von Metallen in einem sehr großen Bereich? Um eine Antwort auf diese Frage vorzubereiten, nutzen Sie zusätzliche Literatur.
Warum zerbricht ein Silikonprodukt beim Aufprall in Stücke, während ein Bleiprodukt nur flach wird? In welchem dieser Fälle bricht die chemische Bindung zusammen und in welchem nicht? Warum?

Es sind nicht einzelne Atome oder Moleküle, die chemische Wechselwirkungen eingehen, sondern Stoffe.

Unsere Aufgabe ist es, die Struktur der Materie kennenzulernen.

Bei niedrigen Temperaturen befinden sich Stoffe in einem stabilen festen Zustand.

☼ Der härteste Stoff der Natur ist Diamant. Er gilt als König aller Edelsteine und Edelsteine. Und sein Name selbst bedeutet auf Griechisch „unzerstörbar“. Diamanten galten schon lange als Wundersteine. Es wurde angenommen, dass eine Person, die Diamanten trägt, keine Magenkrankheiten kennt, nicht von Giften angegriffen wird, ihr Gedächtnis und ihre fröhliche Stimmung bis ins hohe Alter behält und sich der königlichen Gunst erfreut.

☼ Ein Diamant, der einer Schmuckbearbeitung – Schneiden, Polieren – unterzogen wurde, wird Diamant genannt.

Beim Schmelzen durch thermische Schwingungen wird die Ordnung der Partikel gestört, sie werden beweglich, während die Art der chemischen Bindung nicht gestört wird. Es gibt also keine grundsätzlichen Unterschiede zwischen festen und flüssigen Zuständen.

Die Flüssigkeit erhält Fließfähigkeit (d. h. die Fähigkeit, die Form eines Gefäßes anzunehmen).

Flüssigkristalle

Flüssigkristalle wurden Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt, aber in den letzten 20 bis 25 Jahren erforscht. Viele Anzeigegeräte moderner Technologie, zum Beispiel einige elektronische Uhren und Minicomputer, arbeiten mit Flüssigkristallen.

Im Allgemeinen klingen die Worte „Flüssigkristalle“ nicht weniger ungewöhnlich als „heißes Eis“. Tatsächlich kann Eis aber auch heiß sein, denn... bei einem Druck von mehr als 10.000 atm. Wassereis schmilzt bei Temperaturen über 200 0 C. Das Ungewöhnliche an der Kombination „Flüssigkristalle“ besteht darin, dass der flüssige Zustand die Beweglichkeit der Struktur anzeigt und der Kristall eine strenge Ordnung impliziert.

Besteht ein Stoff aus mehratomigen Molekülen mit länglicher oder lamellenförmiger Form und asymmetrischer Struktur, so orientieren sich diese Moleküle beim Schmelzen in einer bestimmten Weise zueinander (ihre Längsachsen sind parallel). In diesem Fall können sich die Moleküle frei parallel zu sich selbst bewegen, d.h. Das System erhält die für eine Flüssigkeit charakteristische Eigenschaft der Fließfähigkeit. Gleichzeitig behält das System eine geordnete Struktur bei, die die für Kristalle charakteristischen Eigenschaften bestimmt.

Die hohe Beweglichkeit einer solchen Struktur ermöglicht es, sie durch sehr schwache Einflüsse (thermisch, elektrisch usw.) zu steuern, d. h. Mit sehr geringem Energieaufwand, wie er in der modernen Technik zum Einsatz kommt, gezielt die Eigenschaften eines Stoffes, auch optisch, verändern.

Arten von Kristallgittern

Jede chemische Substanz besteht aus einer großen Anzahl identischer Partikel, die miteinander verbunden sind.

Bei niedrigen Temperaturen, wenn die thermische Bewegung schwierig ist, sind die Partikel räumlich und formsträngig ausgerichtet Kristallgitter.

Kristallzelle - Das Struktur mit geometrisch korrekter Anordnung der Teilchen im Raum.

Im Kristallgitter selbst werden Knoten und Internodenraum unterschieden.

Derselbe Stoff je nach den Bedingungen (P, T,...)existieren in verschiedenen kristallinen Formen (d. h. sie haben unterschiedliche Kristallgitter) – allotrope Modifikationen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden.

Beispielsweise sind vier Modifikationen von Kohlenstoff bekannt: Graphit, Diamant, Carbin und Lonsdaleit.

☼ Die vierte Sorte kristallinen Kohlenstoffs, „lonsdaleit“, ist wenig bekannt. Es wurde in Meteoriten entdeckt und künstlich gewonnen, seine Struktur wird noch untersucht.

☼ Ruß, Koks und Holzkohle wurden als amorphe Kohlenstoffpolymere klassifiziert. Mittlerweile wurde jedoch bekannt, dass es sich dabei ebenfalls um kristalline Stoffe handelt.

☼ Im Ruß fanden sich übrigens glänzend schwarze Partikel, die man „Spiegelkohlenstoff“ nannte. Spiegelkohlenstoff ist chemisch inert, hitzebeständig, undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten, hat eine glatte Oberfläche und ist absolut verträglich mit lebendem Gewebe.

☼ Der Name Graphit kommt vom italienischen „graffito“ – ich schreibe, ich zeichne. Graphit ist ein dunkelgrauer Kristall mit schwachem metallischem Glanz und einem Schichtgitter. Einzelne Atomschichten in einem Graphitkristall, die relativ schwach miteinander verbunden sind, lassen sich leicht voneinander trennen.

Arten von Kristallgittern

	ionisch			Metall
Was ist in den Knoten des Kristallgitters, Struktureinheit	Ionen	Atome	Moleküle	Atome und Kationen
Art der chemischen Bindung zwischen Partikeln des Knotens	ionisch		kovalent: polar und unpolar	Metall
Wechselwirkungskräfte zwischen Kristallpartikeln	elektrostatisch logisch	kovalent	intermolekular- neu	elektrostatisch logisch
Physikalische Eigenschaften aufgrund des Kristallgitters	· die Anziehungskräfte zwischen den Ionen sind stark, · T pl. (feuerfest), · löst sich leicht in Wasser auf, · Schmelze und Lösung leiten elektrischen Strom, nichtflüchtig (kein Geruch)	· kovalente Bindungen zwischen Atomen sind groß, · T pl. und T-Kip ist sehr, · nicht in Wasser auflösen, · Die Schmelze leitet keinen elektrischen Strom	· die Anziehungskräfte zwischen Molekülen sind gering, · T pl. ↓, einige sind wasserlöslich, · einen flüchtigen Geruch haben	· Wechselwirkungskräfte sind groß, · T pl. , Hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit
Aggregatzustand eines Stoffes unter Normalbedingungen	hart	hart	hart, gasförmig flüssig	hart, Flüssigkeit (N G)
Beispiele	die meisten Salze, Laugen, typische Metalloxide	C (Diamant, Graphit), Si, Ge, B, SiO 2, CaC 2, SiC (Karborund), BN, Fe 3 C, TaC (t pl. =3800 0 C) Roter und schwarzer Phosphor. Oxide einiger Metalle.	alle Gase, Flüssigkeiten, die meisten Nichtmetalle: Inertgase, Halogene, H 2, N 2, O 2, O 3, P 4 (weiß), S 8. Wasserstoffverbindungen von Nichtmetallen, Oxide von Nichtmetallen: H 2 O, CO 2 „Trockeneis“. Die meisten organischen Verbindungen.	Metalle, Legierungen

Wenn die Kristallwachstumsrate beim Abkühlen niedrig ist, entsteht ein glasiger Zustand (amorph).

Die Beziehung zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Kristallgitter seiner einfachen Substanz.

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Kristallgitter seiner entsprechenden elementaren Substanz.

		Gruppe
			III			VII	VIII
P e R Und Ö D						H 2
				N 2	O2	F 2
	III			P 4	S 8	Cl2
						BR 2
						Ich 2
Typ Kristallgitter		Metall			atomar	molekular

Die einfachen Stoffe der übrigen Elemente besitzen ein metallisches Kristallgitter.

FESTSETZUNG

Studieren Sie den Vorlesungsstoff und beantworten Sie die folgenden Fragen schriftlich in Ihrem Notizbuch:

Was ist ein Kristallgitter?
Welche Arten von Kristallgittern gibt es?
Charakterisieren Sie jede Art von Kristallgitter gemäß dem Plan: Was befindet sich in den Knoten des Kristallgitters, Struktureinheit → Art der chemischen Bindung zwischen den Partikeln des Knotens → Wechselwirkungskräfte zwischen den Partikeln des Kristalls → Physikalische Eigenschaften aufgrund des Kristalls Gitter → Aggregatzustand des Stoffes unter Normalbedingungen → Beispiele

Erledigen Sie Aufgaben zu diesem Thema:

Welche Art von Kristallgitter haben die folgenden im Alltag weit verbreiteten Stoffe: Wasser, Essigsäure (CH 3 COOH), Zucker (C 12 H 22 O 11), Kaliumdünger (KCl), Flusssand (SiO 2) – Schmelzen Punkt 1710 0 C, Ammoniak (NH 3), Speisesalz? Machen Sie eine allgemeine Schlussfolgerung: Anhand welcher Eigenschaften eines Stoffes lässt sich die Art seines Kristallgitters bestimmen?
Bestimmen Sie anhand der Formeln der angegebenen Stoffe: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 die Art des Kristallgitters (ionisch, molekular) jeder Verbindung und beschreiben Sie darauf basierend die physikalischen Eigenschaften jedes der vier Stoffe .
Trainer Nr. 1. „Kristallgitter“
Trainer Nr. 2. „Testaufgaben“
Test (Selbstkontrolle):

1) Stoffe, die in der Regel ein molekulares Kristallgitter besitzen:

A). feuerfest und gut wasserlöslich
B). schmelzbar und flüchtig
V). Fest und elektrisch leitfähig
G). Wärmeleitfähig und plastisch

2) Der Begriff „Molekül“ unzutreffend bezogen auf die Struktureinheit eines Stoffes:

A). Wasser

B). Sauerstoff

V). Diamant

G). Ozon

3) Das atomare Kristallgitter ist charakteristisch für:

A). Aluminium und Graphit

B). Schwefel und Jod

V). Siliziumoxid und Natriumchlorid

G). Diamant und Bor

4) Wenn ein Stoff gut wasserlöslich ist, einen hohen Schmelzpunkt hat und elektrisch leitfähig ist, dann ist sein Kristallgitter:

A). molekular

B). atomar

V). ionisch

G). Metall

Struktur der Materie.

Es sind nicht einzelne Atome oder Moleküle, die chemische Wechselwirkungen eingehen, sondern Stoffe.
Unsere Aufgabe ist es, die Struktur der Materie kennenzulernen.

Bei niedrigen Temperaturen befinden sich Stoffe in einem stabilen festen Zustand.

☼ Der härteste Stoff der Natur ist Diamant. Er gilt als König aller Edelsteine und Edelsteine. Und sein Name selbst bedeutet auf Griechisch „unzerstörbar“. Diamanten galten schon lange als Wundersteine. Es wurde angenommen, dass eine Person, die Diamanten trägt, keine Magenkrankheiten kennt, nicht durch Gift beeinträchtigt wird, ihr Gedächtnis und ihre fröhliche Stimmung bis ins hohe Alter behält und sich der königlichen Gunst erfreut.

☼ Ein Diamant, der einer Schmuckbearbeitung – Schneiden, Polieren – unterzogen wurde, wird Diamant genannt.

Flüssigkristalle.

Im Allgemeinen klingen die Worte „Flüssigkristalle“ nicht weniger ungewöhnlich als „heißes Eis“. Tatsächlich kann Eis aber auch heiß sein, denn... bei einem Druck von mehr als 10.000 atm. Wassereis schmilzt bei Temperaturen über 2000 °C. Das Ungewöhnliche an der Kombination „Flüssigkristalle“ besteht darin, dass der flüssige Zustand die Beweglichkeit der Struktur anzeigt und der Kristall eine strenge Ordnung impliziert.

Die hohe Beweglichkeit einer solchen Struktur ermöglicht es, sie durch sehr schwache Einflüsse (thermisch, elektrisch usw.) zu steuern, d. h. Mit sehr geringem Energieaufwand gezielt die Eigenschaften eines Stoffes, auch optisch, verändern, wie es in der modernen Technik der Fall ist.

Arten von Kristallgittern.

Jede chemische Substanz besteht aus einer großen Anzahl identischer Partikel, die miteinander verbunden sind.
Bei niedrigen Temperaturen, wenn die thermische Bewegung schwierig ist, sind die Partikel streng im Raum ausgerichtet und bilden ein Kristallgitter.

Kristallzelle ist eine Struktur mit einer geometrisch korrekten Anordnung der Teilchen im Raum.

Im Kristallgitter selbst werden Knoten und Internodenraum unterschieden.
Derselbe Stoff existiert je nach Bedingungen (p, t,...) in verschiedenen kristallinen Formen (d. h. sie haben unterschiedliche Kristallgitter) – allotrope Modifikationen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden.
Beispielsweise sind vier Modifikationen von Kohlenstoff bekannt: Graphit, Diamant, Carbin und Lonsdaleit.

☼ Die vierte Sorte kristallinen Kohlenstoffs, „lonsdaleit“, ist wenig bekannt. Es wurde in Meteoriten entdeckt und künstlich gewonnen, seine Struktur wird noch untersucht.

☼ Ruß, Koks und Holzkohle wurden als amorphe Kohlenstoffpolymere klassifiziert. Mittlerweile wurde jedoch bekannt, dass es sich dabei ebenfalls um kristalline Stoffe handelt.

☼ Im Ruß wurden übrigens glänzend schwarze Partikel gefunden, die man „Spiegelkohlenstoff“ nannte. Spiegelkohlenstoff ist chemisch inert, hitzebeständig, undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten, hat eine glatte Oberfläche und ist absolut verträglich mit lebendem Gewebe.

Arten von Kristallgittern

Eigenschaften von Stoffen mit unterschiedlichen Kristallgittern (Tabelle)

Wenn die Kristallwachstumsrate beim Abkühlen niedrig ist, entsteht ein glasiger Zustand (amorph).

Die Beziehung zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Kristallgitter seiner einfachen Substanz.

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Position eines Elements im Periodensystem und dem Kristallgitter seiner entsprechenden elementaren Substanz.

Die einfachen Stoffe der übrigen Elemente besitzen ein metallisches Kristallgitter.

FESTSETZUNG

Studieren Sie den Vorlesungsstoff und beantworten Sie die folgenden Fragen schriftlich in Ihrem Notizbuch:
- Was ist ein Kristallgitter?
- Welche Arten von Kristallgittern gibt es?
- Beschreiben Sie jede Art von Kristallgitter gemäß dem Plan:

Was sich in den Knoten des Kristallgitters befindet, Struktureinheit → Art der chemischen Bindung zwischen den Partikeln des Knotens → Wechselwirkungskräfte zwischen den Partikeln des Kristalls → Durch das Kristallgitter bestimmte physikalische Eigenschaften → Aggregatzustand des Stoffes unter Normalbedingungen → Beispiele

Erledigen Sie Aufgaben zu diesem Thema:

- Welche Art von Kristallgitter haben die folgenden im Alltag weit verbreiteten Stoffe: Wasser, Essigsäure (CH3 COOH), Zucker (C12 H22 O11), Kaliumdünger (KCl), Flusssand (SiO2) - Schmelzpunkt 1710 0C, Ammoniak (NH3), Salz? Machen Sie eine allgemeine Schlussfolgerung: Anhand welcher Eigenschaften eines Stoffes lässt sich die Art seines Kristallgitters bestimmen?
Bestimmen Sie anhand der Formeln der angegebenen Stoffe: SiC, CS2, NaBr, C2 H2 die Art des Kristallgitters (ionisch, molekular) jeder Verbindung und beschreiben Sie darauf basierend die physikalischen Eigenschaften jedes der vier Stoffe.
Trainer Nr. 1. „Kristallgitter“
Trainer Nr. 2. „Testaufgaben“
Test (Selbstkontrolle):

1) Stoffe, die in der Regel ein molekulares Kristallgitter besitzen:
A). feuerfest und gut wasserlöslich
B). schmelzbar und flüchtig
V). Fest und elektrisch leitfähig
G). Wärmeleitfähig und plastisch

2) Der Begriff „Molekül“ ist nicht auf die Struktureinheit eines Stoffes anwendbar:

B). Sauerstoff

V). Diamant

3) Das atomare Kristallgitter ist charakteristisch für:

A). Aluminium und Graphit

B). Schwefel und Jod

V). Siliziumoxid und Natriumchlorid

G). Diamant und Bor

4) Wenn ein Stoff gut wasserlöslich ist, einen hohen Schmelzpunkt hat und elektrisch leitfähig ist, dann ist sein Kristallgitter:

A). molekular

B). atomar

V). ionisch