Allgemeine Formeln für die Tabelle homologischer Reihen. Homologe serie. Bindungslängen und Bindungswinkel in CCl4- und C2H6-Molekülen

Bei der Durchführung vieler körperlicher und chemische Reaktionen die Substanz wird zu einem Feststoff Aggregatzustand. In diesem Fall neigen Moleküle und Atome dazu, sich in einer solchen räumlichen Reihenfolge anzuordnen, in der die Wechselwirkungskräfte zwischen Materieteilchen maximal ausgeglichen wären. Dadurch wird die Festigkeit der festen Substanz erreicht. Sobald Atome eine bestimmte Position einnehmen, verkleinern sie sich oszillierende Bewegungen, deren Amplitude von der Temperatur abhängt, deren Position im Raum jedoch fest bleibt. Die Anziehungs- und Abstoßungskräfte gleichen sich in einem bestimmten Abstand aus.

Moderne Vorstellungen über die Struktur der Materie

Die moderne Wissenschaft besagt, dass ein Atom aus einem geladenen Kern besteht, der eine positive Ladung trägt, und Elektronen, die negative Ladungen tragen. Mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Billionen Umdrehungen pro Sekunde rotieren Elektronen auf ihren Bahnen und erzeugen dabei eine Elektronenwolke um den Kern. Positive Ladung Kerne sind numerisch gleich negative Ladung Elektronen. Somit bleibt das Atom der Substanz elektrisch neutral. Mögliche Wechselwirkungen mit anderen Atomen entstehen, wenn sich Elektronen von ihrem Mutteratom lösen und so das elektrische Gleichgewicht stören. In einem Fall reihen sich die Atome in einer Reihe auf in einer bestimmten Reihenfolge, das Kristallgitter genannt wird. In einem anderen - auf Kosten komplexe Interaktion Kerne und Elektronen verbinden sich zu Molekülen verschiedene Arten und Komplexität.

Definition von Kristallgitter

In Summe Verschiedene Arten Kristallgitter von Stoffen sind Netzwerke mit unterschiedlichen räumliche Orientierung, in deren Knoten sich Ionen, Moleküle oder Atome befinden. Diese stabile geometrische Raumlage wird als Kristallgitter der Substanz bezeichnet. Der Abstand zwischen den Knoten einer Kristallzelle wird Identitätsperiode genannt. Raumwinkel, unter denen sich die Zellknoten befinden, werden Parameter genannt. Durch den Aufbau von Verbindungen Kristallgitter kann einfach, basiszentriert, flächenzentriert und körperzentriert sein. Befinden sich die Materieteilchen nur in den Ecken des Parallelepipeds, nennt man ein solches Gitter einfach. Ein Beispiel für ein solches Gitter ist unten dargestellt:

Befinden sich neben den Knotenpunkten auch die Teilchen des Stoffes in der Mitte der Raumdiagonalen, so nennt man diese Anordnung der Teilchen im Stoff ein raumzentriertes Kristallgitter. Dieser Typ ist in der Abbildung deutlich dargestellt.

Wenn es zusätzlich zu den Knoten an den Eckpunkten des Gitters einen Knoten an der Stelle gibt, an der sich die imaginären Diagonalen des Parallelepipeds schneiden, dann handelt es sich um einen flächenzentrierten Gittertyp.

Arten von Kristallgittern

Die verschiedenen Mikropartikel, aus denen ein Stoff besteht, bestimmen die unterschiedlichen Arten von Kristallgittern. Sie können das Prinzip des Verbindungsaufbaus zwischen Mikropartikeln im Inneren eines Kristalls bestimmen. Physische Typen Kristallgitter – ionisch, atomar und molekular. Dazu gehören auch verschiedene Arten von Metallkristallgittern. Studieren der Prinzipien Interne Struktur Die Chemie beschäftigt sich mit Elementen. Im Folgenden werden die Arten von Kristallgittern näher vorgestellt.

Ionenkristallgitter

Solche Kristallgitter kommen in Verbindungen mit ionischer Bindung vor. In diesem Fall enthalten Gitterplätze Ionen mit entgegengesetzter Ausrichtung elektrische Ladung. Dank an elektromagnetisches Feld, die Kräfte der interionischen Wechselwirkung erweisen sich als ziemlich stark, und das bestimmt physikalische Eigenschaften Substanzen. Übliche Merkmale sind Feuerfestigkeit, Dichte, Härte und Leitfähigkeit elektrischer Strom. Ionische Typen Kristallgitter kommen in Stoffen wie Speisesalz, Kaliumnitrat und anderen vor.

Atomare Kristallgitter

Diese Art der Struktur der Materie ist Elementen inhärent, deren Struktur durch kovalente chemische Bindungen bestimmt wird. Arten von Kristallgittern dieser Art enthalten Knoten einzelne Atome, durch starke kovalente Bindungen miteinander verbunden. Diese Art der Verbindung tritt auf, wenn zwei identische Atome Elektronen „teilen“ und sich dadurch bilden gemeinsames Paar Elektronen für benachbarte Atome. Dank dieser Wechselwirkung binden kovalente Bindungen Atome gleichmäßig und fest in einer bestimmten Reihenfolge. Chemische Elemente, die enthalten Atomtypen Kristallgitter, haben Härte, hohe Temperatur schmelzen, leiten den Strom schlecht und sind chemisch inaktiv. Klassische Beispiele Elemente mit einer ähnlichen inneren Struktur können Diamant, Silizium, Germanium, Bor genannt werden.

Molekulare Kristallgitter

Substanzen mit molekularer Typ Kristallgitter sind ein System stabiler, interagierender, dicht gepackter Moleküle, die sich an den Knotenpunkten des Kristallgitters befinden. In solchen Verbindungen behalten die Moleküle ihre räumliche Position in der gasförmigen, flüssigen und festen Phase. An den Knotenpunkten des Kristalls werden die Moleküle durch schwache Van-der-Waals-Kräfte gehalten, die zehnmal so groß sind schwächere Stärke ionische Wechselwirkung.

Die Moleküle, die einen Kristall bilden, können entweder polar oder unpolar sein. Durch die spontane Bewegung von Elektronen und Schwingungen von Kernen in Molekülen kann sich das elektrische Gleichgewicht verschieben – so entsteht ein Augenblick elektrisches Drehmoment Dipol. Entsprechend ausgerichtete Dipole erzeugen Anziehungskräfte im Gitter. Kohlendioxid und Paraffin sind typische Beispiele Elemente mit einem molekularen Kristallgitter.

Metallkristallgitter

Eine Metallbindung ist flexibler und duktiler als eine Ionenbindung, obwohl es den Anschein haben könnte, dass beide auf dem gleichen Prinzip basieren. Arten von Kristallgittern von Metallen erklären sie typische Eigenschaften- wie zum Beispiel mechanische Festigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit, Schmelzbarkeit.

Besonderheit Metallkristallgitter ist das Vorhandensein positiv geladener Metallionen (Kationen) an den Stellen dieses Gitters. Zwischen den Knoten befinden sich Elektronen, die direkt an der Entstehung beteiligt sind elektrisches Feld um den Rost herum. Die Anzahl der Elektronen, die sich innerhalb dieses Kristallgitters bewegen, wird Elektronengas genannt.

In Abwesenheit eines elektrischen Feldes führen freie Elektronen eine chaotische Bewegung durch und interagieren zufällig mit Gitterionen. Jede dieser Wechselwirkungen verändert den Impuls und die Bewegungsrichtung des negativ geladenen Teilchens. Mit ihrem elektrischen Feld ziehen Elektronen Kationen an und gleichen so ihre gegenseitige Abstoßung aus. Obwohl Elektronen als frei gelten, reicht ihre Energie nicht aus, um das Kristallgitter zu verlassen, sodass sich diese geladenen Teilchen ständig innerhalb seiner Grenzen befinden.

Das Vorhandensein eines elektrischen Feldes verleiht dem Elektronengas zusätzliche Energie. Die Verbindung mit Ionen im Kristallgitter von Metallen ist nicht stark, daher verlassen Elektronen leicht ihre Grenzen. Elektronen bewegen sich entlang Stromleitungen, wobei positiv geladene Ionen zurückbleiben.

Schlussfolgerungen

Die Chemie legt großen Wert auf die Erforschung der inneren Struktur der Materie. Arten von Kristallgittern verschiedene Elemente bestimmen nahezu die gesamte Bandbreite ihrer Eigenschaften. Durch die Beeinflussung von Kristallen und die Veränderung ihrer inneren Struktur ist es möglich, eine Verbesserung zu erreichen erforderliche Eigenschaften Substanzen entfernen und unerwünschte entfernen, umwandeln chemische Elemente. Also studieren Interne Struktur Die umgebende Welt kann helfen, das Wesen und die Prinzipien der Struktur des Universums zu verstehen.

Chemie - erstaunliche Wissenschaft. Es gibt scheinbar so viele unglaubliche Dinge, die man entdecken kann gewöhnliche Dinge.

Alles Materielle, was uns überall umgibt, existiert in mehreren Aggregatzuständen: Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe. Wissenschaftler haben auch das 4. Plasma identifiziert. Bei einer bestimmten Temperatur kann ein Stoff von einem Zustand in einen anderen übergehen. Zum Beispiel Wasser: Wenn es über 100 °C erhitzt wird, verwandelt es sich von der flüssigen Form in Dampf. Bei Temperaturen unter 0°C wandelt es sich in die nächste Aggregatstruktur um – Eis.

Alle materielle Welt Es enthält eine Masse identischer Teilchen, die miteinander verbunden sind. Diese kleinsten Elemente sind streng im Raum aufgereiht und bilden den sogenannten Raumrahmen.

Definition

Ein Kristallgitter ist eine spezielle Struktur eines Festkörpers, in der die Teilchen in einer geometrisch strengen Ordnung im Raum stehen. Darin finden Sie Knoten – Orte, an denen sich Elemente befinden: Atome, Ionen und Moleküle sowie der Internodenraum.

Feststoffe, abhängig von der Reichweite von Hoch- und niedrige Temperaturen, sind kristallin oder amorph – sie zeichnen sich durch Abwesenheit aus bestimmte Temperatur schmelzen. Wenn ausgesetzt angestiegene Temperaturen sie werden weich und gehen nach und nach in eine flüssige Form über. Zu diesen Substanzen gehören: Harz, Plastilin.

In dieser Hinsicht kann es in mehrere Typen unterteilt werden:

• atomar;
• ionisch;
• molekular;
• Metall.

Aber wenn unterschiedliche Temperaturen eine Substanz kann haben verschiedene Formen und weisen vielfältige Eigenschaften auf. Dieses Phänomen wird als allotrope Modifikation bezeichnet.

Atomtyp

Bei diesem Typ enthalten die Knoten Atome einer bestimmten Substanz, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Diese Art von Bindung wird durch ein Elektronenpaar zweier benachbarter Atome gebildet. Dadurch werden sie gleichmäßig und in einer strengen Reihenfolge verbunden.

Es werden Stoffe mit einem atomaren Kristallgitter charakterisiert die folgenden Eigenschaften: Stärke und hohe Temperatur schmelzen. Diese Bindungsart kommt in Diamant, Silizium und Bor vor..

Ionischer Typ

An Knotenpunkten befinden sich entgegengesetzt geladene Ionen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das die physikalischen Eigenschaften eines Stoffes charakterisiert. Dazu gehören: elektrische Leitfähigkeit, Feuerfestigkeit, Dichte und Härte. Kochsalz und Kaliumnitrat zeichnen sich durch das Vorhandensein eines ionischen Kristallgitters aus.

Nicht verpassen: Bildungsmechanismen, konkrete Beispiele.

Molekularer Typ

In Knoten dieses Typs sind Ionen durch Van-der-Waals-Kräfte miteinander verbunden. Aufgrund schwacher intermolekularer Bindungen zeichnen sich Stoffe wie Eis, Kohlendioxid und Paraffin durch Plastizität, elektrische und thermische Leitfähigkeit aus.

Metalltyp

Seine Struktur ähnelt einer molekularen, weist aber dennoch stärkere Bindungen auf. Unterschied dieser Art ist, dass sich an seinen Knoten positiv geladene Kationen befinden. Elektronen, die sich im Zwischenraum befinden Raum, an der Bildung eines elektrischen Feldes beteiligt sein. Sie haben auch den Namen elektrisches Gas.

Einfache Metalle und Legierungen, gekennzeichnet durch einen Metallgittertyp. Sie zeichnen sich durch metallischen Glanz, Plastizität sowie thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. Sie können bei unterschiedlichen Temperaturen schmelzen.

Reden wir über Feststoffe. Feststoffe kann in zwei Teile geteilt werden große Gruppen: amorph Und kristallin. Wir werden sie nach dem Prinzip trennen, ob Ordnung herrscht oder nicht.

IN amorphe Substanzen Die Moleküle sind zufällig angeordnet. In ihrer räumlichen Anordnung gibt es keine Muster. Im Wesentlichen handelt es sich bei amorphen Stoffen um sehr viskose Flüssigkeiten, die so zähflüssig sind, dass sie fest sind.

Daher der Name: „a-“ – negatives Teilchen, „morphe“ – Form. ZU amorphe Substanzen Dazu gehören: Glas, Harze, Wachs, Paraffin, Seife.

Die Unordnung in der Anordnung der Teilchen bestimmt die physikalischen Eigenschaften amorphe Körper: Sie haben keine festen Schmelzpunkte. Beim Erhitzen nimmt ihre Viskosität allmählich ab und sie gehen auch allmählich in einen flüssigen Zustand über.

Im Gegensatz zu amorphen Stoffen gibt es kristalline Stoffe. Die Teilchen einer kristallinen Substanz sind räumlich geordnet. Das richtige Struktur räumliche Anordnung Teilchen in einer kristallinen Substanz nennt man Kristallgitter.

Im Gegensatz zu amorphen Körpern kristalline Substanzen haben feste Schmelzpunkte.

Je nachdem, welche Partikel enthalten sind Gitterknoten, und welche Verbindungen sie zusammenhalten, unterscheiden sie: molekular, atomar, ionisch Und Metall Gitter.

Warum ist es grundsätzlich wichtig zu wissen, welches Kristallgitter ein Stoff hat? Was definiert es? Alle. Die Struktur bestimmt wie chemische und physikalische Eigenschaften eines Stoffes.

Das einfachste Beispiel: DNA. In allen Organismen auf der Erde ist es aus dem gleichen Satz aufgebaut strukurelle Komponenten: vier Arten von Nukleotiden. Und was für eine Vielfalt des Lebens. Dies alles wird durch die Struktur bestimmt: die Reihenfolge, in der diese Nukleotide angeordnet sind.

Molekulares Kristallgitter.

Ein typisches Beispiel ist Wasser in festem Zustand (Eis). Ganze Moleküle befinden sich auf Gitterplätzen. Und halte sie zusammen intermolekulare Wechselwirkungen: Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte.

Diese Verbindungen sind also schwach Molekülgitter – am zerbrechlichsten, der Schmelzpunkt solcher Stoffe ist niedrig.

Gut diagnostisches Zeichen: wenn ein Stoff hat normale Bedingungen flüssiger oder gasförmiger Zustand vorliegt und/oder einen Geruch aufweist, dann hat dieser Stoff höchstwahrscheinlich ein molekulares Kristallgitter. Schließlich sind die flüssigen und gasförmigen Zustände eine Folge der Tatsache, dass die Moleküle auf der Oberfläche des Kristalls nicht gut haften (die Bindungen sind schwach). Und sie sind „umgehauen“. Diese Eigenschaft wird Volatilität genannt. Und die entleerten Moleküle gelangen in der Luft diffundierend in unsere Riechorgane, die wir subjektiv als Geruch wahrnehmen.

Sie haben ein molekulares Kristallgitter:

1. Manche einfache Substanzen Nichtmetalle: I 2, P, S (also alle Nichtmetalle, die kein Atomgitter haben).
2. Fast alle organische Substanz (außer Salze).
3. Und wie bereits erwähnt, sind Stoffe unter normalen Bedingungen flüssig oder gasförmig (eingefroren) und/oder geruchlos (NH 3, O 2, H 2 O, Säuren, CO 2).

Atomares Kristallgitter.

In den Knoten des atomaren Kristallgitters gibt es im Gegensatz zum molekularen Gitter einzelne Atome. Es stellt sich heraus, dass das Gitter durch kovalente Bindungen zusammengehalten wird (schließlich sind sie diejenigen, die neutrale Atome binden).

Ein klassisches Beispiel ist der Standard für Festigkeit und Härte – Diamant (nach chemischer Natur ist ein einfacher Stoff Kohlenstoff). Kontakte: kovalent unpolar, da das Gitter nur aus Kohlenstoffatomen besteht.

Aber zum Beispiel in einem Quarzkristall ( chemische Formel davon SiO 2) sind Si- und O-Atome. Daher die Bindungen kovalent polar.

Physikalische Eigenschaften von Stoffen mit einem atomaren Kristallgitter:

1. Stärke, Härte
2. hohe Temperaturen Schmelzen (Feuerfestigkeit)
3. nichtflüchtige Stoffe
4. unlöslich (weder in Wasser noch in anderen Lösungsmitteln)

Alle diese Eigenschaften sind auf die Stärke kovalenter Bindungen zurückzuführen.

In einem atomaren Kristallgitter gibt es nur wenige Substanzen. Es gibt kein bestimmtes Muster, Sie müssen sich diese also nur merken:

1. Allotrope Modifikationen von Kohlenstoff (C): Diamant, Graphit.
2. Bor (B), Silizium (Si), Germanium (Ge).
3. Nur zwei allotrope Modifikationen Phosphor hat ein atomares Kristallgitter: roter Phosphor und schwarzer Phosphor. (j weißer Phosphor– molekulares Kristallgitter).
4. SiC – Carborundum (Siliziumkarbid).
5. BN – Bornitrid.
6. Kieselsäure, Bergkristall, Quarz, Flusssand – alle diese Stoffe haben die Zusammensetzung SiO 2.
7. Korund, Rubin, Saphir – diese Stoffe haben die Zusammensetzung Al 2 O 3.

Sicherlich stellt sich die Frage: C ist sowohl Diamant als auch Graphit. Aber sie sind völlig unterschiedlich: Graphit ist undurchsichtig, färbt ab und leitet Strom, während Diamant transparent ist, keine Flecken hinterlässt und keinen Strom leitet. Sie unterscheiden sich im Aufbau.

Beide sind Atomgitter, aber unterschiedlich. Daher sind die Eigenschaften unterschiedlich.

Ionenkristallgitter.

Klassisches Beispiel: Salz: NaCl. An den Gitterknoten gibt es einzelne Ionen: Na + und Cl – . Das Gitter wird durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den Ionen („Plus“ wird von „Minus“ angezogen), d.h. an Ort und Stelle gehalten Ionenverbindung.

Ionenkristallgitter sind ziemlich stark, aber zerbrechlich; die Schmelztemperaturen solcher Substanzen sind ziemlich hoch (höher als die von Metallgittern, aber niedriger als die von Substanzen mit einem Atomgitter). Viele sind wasserlöslich.

Bei der Bestimmung des Ionenkristallgitters gibt es in der Regel keine Probleme: Wo eine Ionenbindung ist, ist auch ein Ionenkristallgitter. Das: alle Salze, Metalloxide, Alkalien(und andere basische Hydroxide).

Metallkristallgitter.

Das Metallgitter wird verkauft einfache Stoffe Metalle. Wir sagten vorhin, dass all die Pracht Metallverbindung kann nur im Zusammenhang mit dem Metallkristallgitter verstanden werden. Die Stunde ist gekommen.

Die Haupteigenschaft von Metallen: Elektronen extern Energielevel Sie haben einen schlechten Halt und können daher leicht verschenkt werden. Durch den Verlust eines Elektrons verwandelt sich das Metall in ein positiv geladenes Ion – ein Kation:

Na 0 – 1e → Na +

In einem Metallkristallgitter finden ständig Prozesse der Elektronenabgabe und -gewinnung statt: An einer Gitterstelle wird einem Metallatom ein Elektron entrissen. Es entsteht ein Kation. Das abgetrennte Elektron wird von einem anderen Kation (oder demselben) angezogen: Es entsteht wieder ein neutrales Atom.

Die Knoten eines Metallkristallgitters enthalten sowohl neutrale Atome als auch Metallkationen. Und freie Elektronen wandern zwischen den Knoten:

Diese freien Elektronen werden Elektronengas genannt. Sie bestimmen die physikalischen Eigenschaften einfacher Metallsubstanzen:

1. thermische und elektrische Leitfähigkeit
2. metallischer Glanz
3. Formbarkeit, Duktilität

Dabei handelt es sich um eine metallische Bindung: Metallkationen werden von neutralen Atomen angezogen und freie Elektronen „kleben“ alles zusammen.

So bestimmen Sie die Art des Kristallgitters.

P.S. Da ist etwas drin Lehrplan Und Einheitliches Staatsexamensprogramm zu diesem Thema etwas, mit dem wir nicht ganz einverstanden sind. Nämlich: die Verallgemeinerung, dass jede Metall-Nichtmetall-Bindung eine Ionenbindung ist. Diese Annahme wurde bewusst getroffen, offenbar um das Programm zu vereinfachen. Dies führt jedoch zu Verzerrungen. Die Grenze zwischen ionischen und kovalenten Bindungen ist willkürlich. Jede Bindung hat ihren eigenen Prozentsatz an „Ionizität“ und „Kovalenz“. Die Bindung mit einem niedrigaktiven Metall weist einen geringen Prozentsatz an „Ionizität“ auf; sie ähnelt eher einer kovalenten Bindung. Aber laut dem Unified State Exam-Programm ist es in Richtung des Ionischen „abgerundet“. Dabei entstehen teilweise absurde Dinge. Al 2 O 3 ist beispielsweise ein Stoff mit einem atomaren Kristallgitter. Von welcher Ionizität reden wir hier? Nur eine kovalente Bindung kann Atome auf diese Weise zusammenhalten. Aber gemäß dem Metall-Nichtmetall-Standard klassifizieren wir diese Bindung als ionisch. Und wir bekommen einen Widerspruch: Das Gitter ist atomar, aber die Bindung ist ionisch. Dazu führt eine übermäßige Vereinfachung.

Bei vielen physikalischen und chemischen Reaktionen geht ein Stoff in einen festen Aggregatzustand über. In diesem Fall neigen Moleküle und Atome dazu, sich in einer solchen räumlichen Reihenfolge anzuordnen, in der die Wechselwirkungskräfte zwischen Materieteilchen maximal ausgeglichen wären. Dadurch wird die Festigkeit der festen Substanz erreicht. Sobald Atome eine bestimmte Position einnehmen, führen sie kleine Schwingbewegungen aus, deren Amplitude von der Temperatur abhängt, ihre Position im Raum bleibt jedoch fest. Die Anziehungs- und Abstoßungskräfte gleichen sich in einem bestimmten Abstand aus.

Moderne Vorstellungen über die Struktur der Materie

Die moderne Wissenschaft besagt, dass ein Atom aus einem geladenen Kern besteht, der eine positive Ladung trägt, und Elektronen, die negative Ladungen tragen. Mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Billionen Umdrehungen pro Sekunde rotieren Elektronen auf ihren Bahnen und erzeugen dabei eine Elektronenwolke um den Kern. Die positive Ladung des Kerns ist numerisch gleich der negativen Ladung der Elektronen. Somit bleibt das Atom der Substanz elektrisch neutral. Mögliche Wechselwirkungen mit anderen Atomen entstehen, wenn sich Elektronen von ihrem Mutteratom lösen und so das elektrische Gleichgewicht stören. In einem Fall sind die Atome in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet, die als Kristallgitter bezeichnet wird. In einem anderen Fall werden sie aufgrund der komplexen Wechselwirkung von Kernen und Elektronen zu Molekülen unterschiedlicher Art und Komplexität kombiniert.

Definition von Kristallgitter

Zusammenfassend handelt es sich bei verschiedenen Arten von Kristallgittern von Stoffen um Netzwerke mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung, an deren Knotenpunkten sich Ionen, Moleküle oder Atome befinden. Diese stabile geometrische Raumlage wird als Kristallgitter der Substanz bezeichnet. Der Abstand zwischen den Knoten einer Kristallzelle wird Identitätsperiode genannt. Die Raumwinkel, in denen sich die Zellknoten befinden, werden Parameter genannt. Je nach der Methode zum Aufbau von Bindungen können Kristallgitter einfach, basiszentriert, flächenzentriert und körperzentriert sein. Befinden sich die Materieteilchen nur in den Ecken des Parallelepipeds, nennt man ein solches Gitter einfach. Ein Beispiel für ein solches Gitter ist unten dargestellt:

Befinden sich neben den Knotenpunkten auch die Teilchen des Stoffes in der Mitte der Raumdiagonalen, so nennt man diese Anordnung der Teilchen im Stoff ein raumzentriertes Kristallgitter. Dieser Typ ist in der Abbildung deutlich dargestellt.

Wenn es zusätzlich zu den Knoten an den Eckpunkten des Gitters einen Knoten an der Stelle gibt, an der sich die imaginären Diagonalen des Parallelepipeds schneiden, dann handelt es sich um einen flächenzentrierten Gittertyp.

Arten von Kristallgittern

Die verschiedenen Mikropartikel, aus denen ein Stoff besteht, bestimmen die unterschiedlichen Arten von Kristallgittern. Sie können das Prinzip des Verbindungsaufbaus zwischen Mikropartikeln im Inneren eines Kristalls bestimmen. Die physikalischen Arten von Kristallgittern sind ionisch, atomar und molekular. Dazu gehören auch verschiedene Arten von Metallkristallgittern. Die Chemie untersucht die Prinzipien der inneren Struktur von Elementen. Im Folgenden werden die Arten von Kristallgittern näher vorgestellt.

Ionenkristallgitter

Solche Kristallgitter kommen in Verbindungen mit ionischer Bindung vor. In diesem Fall befinden sich auf den Gitterplätzen Ionen mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Dank des elektromagnetischen Feldes sind die Kräfte der interionischen Wechselwirkung recht stark, was die physikalischen Eigenschaften der Substanz bestimmt. Gemeinsame Eigenschaften sind Feuerfestigkeit, Dichte, Härte und die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Ionische Arten von Kristallgittern finden sich in Stoffen wie Speisesalz, Kaliumnitrat und anderen.

Atomare Kristallgitter

Diese Art der Struktur der Materie ist Elementen inhärent, deren Struktur durch kovalente chemische Bindungen bestimmt wird. Solche Kristallgitter enthalten an den Knotenpunkten einzelne Atome, die durch starke kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Diese Art der Bindung entsteht, wenn zwei identische Atome Elektronen „teilen“ und so ein gemeinsames Elektronenpaar für benachbarte Atome bilden. Dank dieser Wechselwirkung binden kovalente Bindungen Atome gleichmäßig und fest in einer bestimmten Reihenfolge. Chemische Elemente, die atomare Kristallgitter enthalten, sind hart, haben einen hohen Schmelzpunkt, sind schlechte Stromleiter und chemisch inaktiv. Klassische Beispiele für Elemente mit einer ähnlichen inneren Struktur sind Diamant, Silizium, Germanium und Bor.

Molekulare Kristallgitter

Substanzen mit einem molekularen Kristallgitter sind ein System stabiler, interagierender, dicht gepackter Moleküle, die sich an den Knoten des Kristallgitters befinden. In solchen Verbindungen behalten die Moleküle ihre räumliche Position in der gasförmigen, flüssigen und festen Phase. An den Knotenpunkten des Kristalls werden die Moleküle durch schwache Van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten, die um ein Vielfaches schwächer sind als die ionischen Wechselwirkungskräfte.

Die Moleküle, die einen Kristall bilden, können entweder polar oder unpolar sein. Durch die spontane Bewegung von Elektronen und Schwingungen von Kernen in Molekülen kann sich das elektrische Gleichgewicht verschieben – so entsteht ein momentanes elektrisches Dipolmoment. Entsprechend ausgerichtete Dipole erzeugen Anziehungskräfte im Gitter. Kohlendioxid und Paraffin sind typische Beispiele für Elemente mit einem molekularen Kristallgitter.

Metallkristallgitter

Eine Metallbindung ist flexibler und duktiler als eine Ionenbindung, obwohl es den Anschein haben könnte, dass beide auf dem gleichen Prinzip basieren. Die Arten der Kristallgitter von Metallen erklären ihre typischen Eigenschaften – wie mechanische Festigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit und Schmelzbarkeit.

Ein charakteristisches Merkmal eines Metallkristallgitters ist das Vorhandensein positiv geladener Metallionen (Kationen) an den Stellen dieses Gitters. Zwischen den Knoten befinden sich Elektronen, die direkt an der Erzeugung eines elektrischen Feldes um das Gitter beteiligt sind. Die Anzahl der Elektronen, die sich innerhalb dieses Kristallgitters bewegen, wird Elektronengas genannt.

In Abwesenheit eines elektrischen Feldes führen freie Elektronen eine chaotische Bewegung durch und interagieren zufällig mit Gitterionen. Jede dieser Wechselwirkungen verändert den Impuls und die Bewegungsrichtung des negativ geladenen Teilchens. Mit ihrem elektrischen Feld ziehen Elektronen Kationen an und gleichen so ihre gegenseitige Abstoßung aus. Obwohl Elektronen als frei gelten, reicht ihre Energie nicht aus, um das Kristallgitter zu verlassen, sodass sich diese geladenen Teilchen ständig innerhalb seiner Grenzen befinden.

Das Vorhandensein eines elektrischen Feldes verleiht dem Elektronengas zusätzliche Energie. Die Verbindung mit Ionen im Kristallgitter von Metallen ist nicht stark, daher verlassen Elektronen leicht ihre Grenzen. Elektronen bewegen sich entlang von Kraftlinien und hinterlassen positiv geladene Ionen.

Schlussfolgerungen

Die Chemie legt großen Wert auf die Erforschung der inneren Struktur der Materie. Die Arten der Kristallgitter verschiedener Elemente bestimmen nahezu das gesamte Spektrum ihrer Eigenschaften. Durch die Beeinflussung von Kristallen und die Veränderung ihrer inneren Struktur ist es möglich, die gewünschten Eigenschaften eines Stoffes zu verbessern, unerwünschte zu entfernen und chemische Elemente umzuwandeln. Daher kann das Studium der inneren Struktur der umgebenden Welt dazu beitragen, das Wesen und die Prinzipien der Struktur des Universums zu verstehen.

Man kann sich feste Kristalle als dreidimensionale Strukturen vorstellen, in denen sich die gleiche Struktur in alle Richtungen deutlich wiederholt. Geometrisch richtige Form Kristalle sind auf ihre streng regelmäßige innere Struktur zurückzuführen. Stellt man die Anziehungszentren von Ionen oder Molekülen in einem Kristall als Punkte dar, so erhält man eine dreidimensionale regelmäßige Verteilung solcher Punkte, die man Kristallgitter nennt, und die Punkte selbst sind Knotenpunkte des Kristallgitters. Bestimmt äußere Form Kristalle sind eine Folge ihrer inneren Struktur, die speziell mit dem Kristallgitter zusammenhängt.

Ein Kristallgitter ist ein imaginäres geometrisches Bild zur Analyse der Struktur von Kristallen, bei dem es sich um eine volumetrisch-räumliche Netzwerkstruktur handelt, in deren Knoten sich Atome, Ionen oder Moleküle eines Stoffes befinden.

Zur Charakterisierung des Kristallgitters werden folgende Parameter verwendet:

1. Kristallgitter E cr [KJ/mol] ist die Energie, die bei der Bildung von 1 Mol eines Kristalls aus darin enthaltenen Mikropartikeln (Atome, Moleküle, Ionen) freigesetzt wird Gaszustand und sind so weit voneinander entfernt, dass die Möglichkeit ihrer Wechselwirkung ausgeschlossen ist.
2. Gitterkonstante d ist der kleinste Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Teilchen an benachbarten Stellen des Kristallgitters, die durch verbunden sind.
3. Koordinationsnummer- die Anzahl benachbarter Teilchen, die das zentrale Teilchen im Raum umgeben und sich mit ihm durch eine chemische Bindung verbinden.

Die Basis des Kristallgitters ist die Elementarzelle, die sich im Kristall unendlich oft wiederholt.

Die Elementarzelle ist die kleinste Struktureinheit Kristallgitter, das alle Eigenschaften seiner Symmetrie offenbart.

Vereinfacht ausgedrückt kann eine Elementarzelle als ein kleiner Teil eines Kristallgitters definiert werden, der noch Aufschluss gibt Eigenschaften ihre Kristalle. Die Eigenschaften einer Elementarzelle werden mithilfe von drei Brevet-Regeln beschrieben:

• die Symmetrie der Elementarzelle muss der Symmetrie des Kristallgitters entsprechen;
• die Elementarzelle muss haben Höchstbetrag identische Rippen A,B, Mit Und gleiche Winkel zwischen ihnen A, B, G. ;
• Vorausgesetzt, dass die ersten beiden Regeln erfüllt sind, muss die Elementarzelle ein Mindestvolumen einnehmen.

Um die Form von Kristallen zu beschreiben, wird ein System aus drei kristallographischen Achsen verwendet a, b, c, die sich vom Üblichen unterscheiden Koordinatenachsen weil es Segmente sind bestimmte Länge, die Winkel, zwischen denen a, b, g entweder gerade oder indirekt sein können.

Kristallstrukturmodell: a) Kristallgitter mit hervorgehobener Elementarzelle; b) Elementarzelle mit Bezeichnungen der Facettenwinkel

Die Form eines Kristalls wird von der Wissenschaft der geometrischen Kristallographie untersucht, deren wichtigste Bestimmung das Gesetz der Konstanz der Facettenwinkel ist: für alle Kristalle dieser Substanz Die Winkel zwischen entsprechenden Flächen bleiben immer gleich.

Wenn du nimmst große Menge Elementarzellen und füllen sie dicht aneinander mit einem bestimmten Volumen, wobei die Parallelität der Flächen und Kanten erhalten bleibt, dann entsteht ein Einkristall ideale Struktur. In der Praxis kommt es jedoch am häufigsten zu Polykristallen, in denen innerhalb bestimmter Grenzen regelmäßige Strukturen existieren, entlang derer sich die Ausrichtung der Regelmäßigkeit stark ändert.

Abhängig vom Verhältnis der Kantenlängen a, b, c und der Winkel a, b, g zwischen den Flächen der Elementarzelle werden sieben Systeme unterschieden – die sogenannten Kristallsyngonien. Eine Elementarzelle kann jedoch auch so aufgebaut sein, dass sie zusätzliche Knoten aufweist, die sich innerhalb ihres Volumens oder auf allen ihren Flächen befinden – solche Gitter werden körperzentriert bzw. flächenzentriert genannt. Wenn sich zusätzliche Knoten nur auf zwei befinden gegenüberliegende Gesichter(oben und unten), dann ist dies ein basiszentriertes Gitter. Unter Berücksichtigung der Möglichkeit zusätzlicher Knoten gibt es insgesamt 14 Arten von Kristallgittern.

Die äußere Form und die Merkmale der inneren Struktur von Kristallen werden durch das Prinzip der dichten „Packung“ bestimmt: Die stabilste und daher wahrscheinlichste Struktur ist diejenige, die der dichtesten Anordnung der Partikel im Kristall und in ihnen entspricht der kleinste freie Platz verbleibt.

Arten von Kristallgittern

Abhängig von der Art der in den Knoten des Kristallgitters enthaltenen Partikel sowie der Art der chemischen Bindungen zwischen ihnen gibt es vier Haupttypen von Kristallgittern.

Ionengitter

Ionengitter bestehen aus ungleichen Ionen, die sich an Gitterplätzen befinden und durch elektrostatische Anziehungskräfte verbunden sind. Daher sollte die Struktur des Ionenkristallgitters dessen elektrische Neutralität gewährleisten. Ionen können einfach (Na +, Cl -) oder komplex (NH 4 +, NO 3 -) sein. Aufgrund der Ungesättigtheit und Ungerichtetheit der Ionenbindungen zeichnen sich Ionenkristalle durch große Koordinationszahlen aus. So betragen in NaCl-Kristallen die Koordinationszahlen der Na+- und Cl--Ionen 6 und die Cs+- und Cl--Ionen in einem CsCl-Kristall 8, da ein Cs+-Ion von acht Cl-Ionen umgeben ist und jedes Cl- Das Ion ist jeweils von acht Cs-Ionen umgeben. + . Es bilden sich ionische Kristallgitter Große anzahl Salze, Oxide und Basen.

Beispiele für Ionenkristallgitter: a) NaCl; b) CsCl

Stoffe mit ionischen Kristallgittern haben eine relativ hohe Härte, sie sind recht feuerfest und nichtflüchtig. Im Gegensatz zu ionische Verbindungen sehr zerbrechlich, daher bringt schon eine kleine Verschiebung im Kristallgitter gleich geladene Ionen einander näher, die Abstoßung zwischen ihnen führt zum Bruch ionische Bindungen und in der Folge zum Auftreten von Rissen im Kristall oder zu dessen Zerstörung. Im festen Zustand sind Stoffe mit einem ionischen Kristallgitter Dielektrika und leiten keinen elektrischen Strom. Beim Schmelzen oder Lösen in polaren Lösungsmitteln wird jedoch die geometrisch korrekte Ausrichtung der Ionen zueinander gestört, zunächst geschwächt und dann zerstört chemische Bindungen, also ändern sich auch die Eigenschaften. Dies hat zur Folge, dass sowohl Schmelzen von Ionenkristallen als auch deren Lösungen beginnen, elektrischen Strom zu leiten.

Atomgitter

Diese Gitter bestehen aus miteinander verbundenen Atomen. Sie werden wiederum in drei Typen unterteilt: Rahmen-, Schicht- und Kettenstrukturen.

Rahmenstruktur hat zum Beispiel einen Diamanten – einen der schönsten Feststoffe. Dank der sp 3 -Hybridisierung des Kohlenstoffatoms entsteht ein dreidimensionales Gitter, das ausschließlich aus durch kovalente unpolare Bindungen verbundenen Kohlenstoffatomen besteht, deren Achsen im gleichen Bindungswinkel (109,5 °) liegen.

Gerüststruktur des atomaren Kristallgitters von Diamant

Schichtstrukturen können als riesige zweidimensionale Moleküle betrachtet werden. Schichtstrukturen zeichnen sich durch kovalente Bindungen innerhalb jeder Schicht und schwache Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen benachbarten Schichten aus.

Schichtstrukturen atomarer Kristallgitter: a) CuCl 2 ; b) PbO. Elementarzellen werden auf den Modellen durch die Umrisse von Parallelepipeden hervorgehoben

Ein klassisches Beispiel für einen Stoff mit Schichtstruktur ist Graphit, bei dem sich jedes Kohlenstoffatom im Zustand der sp 2 -Hybridisierung befindet und drei bildet kovalente S-Bindungen mit drei anderen C-Atomen. Viertens Valenzelektronen Jedes Kohlenstoffatom ist nicht hybridisiert, wodurch sehr schwache Van-der-Waals-Bindungen zwischen den Schichten gebildet werden. Daher beginnen die einzelnen Schichten bereits bei geringer Krafteinwirkung leicht aneinander entlang zu gleiten. Dies erklärt beispielsweise die Schreibfähigkeit von Graphit. Im Gegensatz zu Diamant leitet Graphit Elektrizität gut: Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes können sich nicht lokalisierte Elektronen entlang der Schichtebene bewegen, und umgekehrt leitet Graphit fast keinen elektrischen Strom in senkrechter Richtung.

Schichtstruktur des atomaren Kristallgitters von Graphit

Kettenstrukturen charakteristisch zum Beispiel für Schwefeloxid (SO 3) n, Zinnober HgS, Berylliumchlorid BeCl 2 sowie viele amorphe Polymere und einige Silikatmaterialien wie Asbest.

Kettenstruktur des atomaren Kristallgitters von HgS: a) Seitenprojektion, b) Frontalprojektion

Stoffe mit atomare Struktur Es gibt relativ wenige Kristallgitter. Dabei handelt es sich in der Regel um einfache Stoffe, die aus Elementen der Untergruppen IIIA und IVA (Si, Ge, B, C) bestehen. Oftmals bestehen Verbindungen zweier unterschiedlicher Nichtmetalle Atomgitter, zum Beispiel einige Polymorphe von Quarz (Siliziumoxid SiO 2) und Karborund (Siliziumkarbid SiC).

Alle Atomkristalle abweichen hohe Festigkeit, Härte, Feuerfestigkeit und Unlöslichkeit in fast jedem Lösungsmittel. Diese Eigenschaften sind auf die Stärke der kovalenten Bindung zurückzuführen. Stoffe mit atomarem Kristallgitter haben ein breites Spektrum elektrische Leitfähigkeit von Isolatoren und Halbleitern bis hin zu elektronischen Leitern.

Atomare Kristallgitter einiger polymorpher Modifikationen von Karborund - Siliziumkarbid SiC

Metallgitter

Diese Kristallgitter enthalten an ihren Knotenpunkten Metallatome und -ionen, zwischen denen sich allen gemeinsame Elektronen (Elektronengas) frei bewegen und eine metallische Bindung eingehen. Eine Besonderheit von Metallkristallgittern sind ihre großen Koordinationszahlen (8-12), die auf eine erhebliche Packungsdichte der Metallatome hinweisen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die „Skelette“ der Atome frei von solchen sind äußere Elektronen, werden wie Kugeln mit gleichem Radius im Raum platziert. Bei Metallen findet man am häufigsten drei Arten von Kristallgittern: kubisch flächenzentriert mit einer Koordinationszahl von 12, kubisch raumzentriert mit einer Koordinationszahl von 8 und hexagonal, dicht gepackt mit einer Koordinationszahl von 12.

Besondere Eigenschaften der Metallbindung und Metallgitter verursachen solche die wichtigsten Eigenschaften Metalle, wie hohe Schmelzpunkte, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Formbarkeit, Duktilität, Härte.

Metallkristallgitter: a) kubisch raumzentriert (Fe, V, Nb, Cr) b) kubisch flächenzentriert (Al, Ni, Ag, Cu, Au) c) hexagonal (Ti, Zn, Mg, Cd)

Molekulare Gitter

Molekulare Kristallgitter enthalten an ihren Knoten Moleküle, die durch schwache intermolekulare Kräfte – Van-der-Waals-Kräfte oder – miteinander verbunden sind Wasserstoffbrücken. Eis besteht beispielsweise aus Wassermolekülen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen in einem Kristallgitter gehalten werden. Derselbe Typ umfasst die Kristallgitter vieler umgewandelter Substanzen fester Zustand, zum Beispiel: einfache Stoffe H 2, O 2, N 2, O 3, P 4, S 8, Halogene (F 2, Cl 2, Br 2, I 2), „Trockeneis“ CO 2, alle Edelgase und die meisten organischen Verbindungen.

Molekulare Kristallgitter: a) Jod I2; b) Eis H2O

Da die Kräfte intermolekularer Wechselwirkungen schwächer sind als die Kräfte kovalenter oder metallischer Bindungen, weisen Molekülkristalle eine geringe Härte auf; Sie sind schmelzbar und flüchtig, unlöslich und weisen keine elektrische Leitfähigkeit auf.