סוג הקשר הכימי וסריג הקריסטל של מתכות. סריג קריסטל יוני. שאלות לשליטה עצמית

רוב המוצקים הם גבישיים. תא קריסטלבנוי מיחידות מבניות זהות חוזרות, אינדיבידואליות עבור כל גביש. יחידה מבנית זו נקראת "תא יסודי". במילים אחרות, סריג הקריסטל משמש כהשתקפות של המבנה המרחבי של מוצק.

ניתן לסווג סריג קריסטל בדרכים שונות.

אני. לפי סימטריה של גבישיםסריג מסווג לעוקב, טטראגונל, מעוין, משושה.

סיווג זה נוח להערכת המאפיינים האופטיים של גבישים, כמו גם את הפעילות הקטליטית שלהם.

II. לפי טבעם של החלקיקיםממוקם בצמתי הסריג ו לפי סוג הקשר הכימילהבחין ביניהם סריג קריסטל אטומי, מולקולרי, יוני ומתכתי. סוג הקשר בגביש קובע את ההבדל בקשיות, מסיסות במים, גודל חום הפירוק וחום היתוך ומוליכות חשמלית.

מאפיין חשוב של גביש הוא אנרגיית סריג קריסטל, kJ/mol – האנרגיה הדרושה להשמדת גביש נתון.

סריג מולקולרי

גבישים מולקולרייםמורכבים ממולקולות המוחזקות במיקומים מסוימים של סריג הגביש על ידי קשרים בין מולקולריים חלשים (כוחות ואן דר ואלס) או קשרי מימן. סריג אלו אופייניים לחומרים בעלי קשרים קוולנטיים.

יש הרבה חומרים עם סריג מולקולרי. מדובר במספר רב של תרכובות אורגניות (סוכר, נפתלין וכו'), מים גבישיים (קרח), פחמן דו חמצני מוצק ("קרח יבש"), הלידים מימן מוצקים, יוד, גזים מוצקים, כולל אצילים,

האנרגיה המינימלית של סריג הגביש לחומרים בעלי מולקולות לא קוטביות ונמוכות קוטביות (CH 4, CO 2 וכו').

לסריג שנוצר על ידי מולקולות קוטביות יותר יש גם אנרגיית סריג גביש גבוהה יותר. סריג עם חומרים היוצרים קשרי מימן (H 2 O, NH 3) הם בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר.

בשל האינטראקציה החלשה בין מולקולות, חומרים אלו נדיפים, מתיכים, בעלי קשיות נמוכה, אינם מוליכים זרם חשמלי (דיאלקטרי) ובעלי מוליכות תרמית נמוכה.

סריג אטומי

בקשרים סריג קריסטל אטומיישנם אטומים של יסוד אחד או אחר המקושרים בקשרים קוולנטיים לאורך כל שלושת הצירים. כגון קריסטלים, הנקראים גם קוולנטימעטים יחסית.

דוגמאות של גבישים מסוג זה הם יהלום, סיליקון, גרמניום, פח וכן גבישים של חומרים מורכבים כמו בורון ניטריד, אלומיניום ניטריד, קוורץ, סיליקון קרביד. לכל החומרים הללו יש סריג דמוי יהלום.

האנרגיה של סריג הגביש בחומרים כאלה עולה בקנה אחד עם האנרגיה של הקשר הכימי (200 - 500 קילו ג'ל/מול). זה גם קובע את התכונות הפיזיקליות שלהם: קשיות גבוהה, נקודת התכה ונקודת רתיחה.

התכונות המוליכות החשמליות של גבישים אלה מגוונות: יהלום, קוורץ, בורון ניטריד הם דיאלקטריים; סיליקון, גרמניום - מוליכים למחצה; פח אפור מתכתי מוליך חשמל היטב.

בגבישים עם סריג גביש אטומי, אי אפשר לייחד יחידה מבנית נפרדת. כל הגביש היחיד הוא מולקולה ענקית אחת.

סריג יוני

בקשרים סריג יונייונים חיוביים ושליליים מתחלפים, ביניהם פועלים כוחות אלקטרוסטטיים. גבישים יוניים יוצרים תרכובות עם קשרים יוניים, למשל, נתרן כלורי NaCl, אשלגן פלואוריד ו-KF וכו'. תרכובות יוניות יכולות לכלול גם יונים מורכבים, למשל, NO 3 - , SO 4 2 - .

גבישים יוניים הם גם מולקולה ענקית שבה כל יון מושפע מאוד מכל שאר היונים.

האנרגיה של סריג הגביש היוני יכולה להגיע לערכים משמעותיים. אז, E (NaCl) \u003d 770 kJ / mol, ו-E (BeO) \u003d 4530 kJ / mol.

לגבישים יוניים נקודות התכה ורתיחה גבוהות וחוזק גבוה, אך הם שבירים. רבים מהם הם מוליכים גרועים של זרם חשמלי בטמפרטורת החדר (בערך עשרים סדרי גודל נמוכים מאלו של מתכות), אך עם עליית הטמפרטורה, נצפית עלייה במוליכות החשמלית.

שבכת מתכת

גבישי מתכתתן דוגמאות למבני הגביש הפשוטים ביותר.

יוני מתכת בסריג של גביש מתכת יכולים להיחשב בערך ככדורים. במתכות מוצקות, כדורים אלו ארוזים בצפיפות מרבית, כפי שמצוין על ידי הצפיפות המשמעותית של רוב המתכות (מ-0.97 גרם/סמ"ק לנתרן, 8.92 גרם\סמ"ק לנחושת ועד 19.30 גרם/סמ"ק לטונגסטן וזהב). האריזה הצפופה ביותר של כדורים בשכבה אחת היא האריזה המשושה, שבה כל כדור מוקף בשישה כדורים נוספים (באותו מישור). המרכזים של כל שלושה כדורים סמוכים יוצרים משולש שווה צלעות.

מאפיינים כאלה של מתכות כמו גמישות וגמישות גבוהים מעידים על היעדר קשיחות בסריגי מתכת: המטוסים שלהם עוברים בקלות אחד ביחס לשני.

אלקטרונים ערכיים משתתפים ביצירת קשרים עם כל האטומים, נעים בחופשיות לאורך כל הנפח של פיסת מתכת. זה מצוין על ידי ערכים גבוהים של מוליכות חשמלית ומוליכות תרמית.

על פי האנרגיה של סריג הגביש, מתכות תופסות עמדת ביניים בין גבישים מולקולריים וקולנטיים. האנרגיה של סריג הגביש היא:

לפיכך, התכונות הפיזיקליות של מוצקים תלויות בעיקר בסוג הקשר הכימי והמבנה.

מבנה ותכונות של מוצקים

מאפיינים	קריסטלים
מַתֶכֶת	יונית	מולקולרית	גַרעִינִי
דוגמאות	K, Al, Cr, Fe	NaCl, KNO3	אני 2, נפתלין	יהלום, קוורץ
חלקיקים מבניים	יונים חיוביים ואלקטרונים ניידים	קטיונים ואניונים	מולקולות	אטומים
סוג של קשר כימי	מַתֶכֶת	יונית	במולקולות - קוולנטי; בין מולקולות - כוחות ואן דר ואלס וקשרי מימן	בין אטומים - קוולנטי
טמפרטורת התכה	גָבוֹהַ	גָבוֹהַ	נָמוּך	גבוה מאוד
טמפרטורת רתיחה	גָבוֹהַ	גָבוֹהַ	נָמוּך	גבוה מאוד
תכונות מכאניות	קשה, ניתנת לגיבוש	קשה, שביר	רַך	קשה מאוד
מוליכות חשמלית	מנצחים טובים	בצורה מוצקה - דיאלקטרי; בהמסה או בתמיסה - מוליכים	דיאלקטריות	דיאלקטריות (למעט גרפיט)
מְסִיסוּת
במים	לֹא מָסִיס	מָסִיס	לֹא מָסִיס	לֹא מָסִיס
בממסים לא קוטביים	לֹא מָסִיס	לֹא מָסִיס	מָסִיס	לֹא מָסִיס

(כל ההגדרות, הנוסחאות, הגרפים והמשוואות של התגובות ניתנות תחת הרשומה.)

רוב החומרים מאופיינים ביכולת, בהתאם לתנאים, להיות באחד משלושת מצבי צבירה: מוצק, נוזלי או גזי.

לדוגמה, מים בלחץ רגיל בטווח הטמפרטורות של 0-100 o C הם נוזל, בטמפרטורות מעל 100 o C הם יכולים להתקיים רק במצב גזי, ובטמפרטורות מתחת ל-0 o C הוא מוצק.
חומרים במצב מוצק מבחינים בין אמורפי וגבישי.

תכונה אופיינית של חומרים אמורפיים היא היעדר נקודת התכה ברורה: נזילותם עולה בהדרגה עם עליית הטמפרטורה. חומרים אמורפיים כוללים תרכובות כמו שעווה, פרפין, רוב הפלסטיקים, זכוכית וכו'.

עם זאת, לחומרים גבישיים יש נקודת התכה ספציפית, כלומר. חומר בעל מבנה גבישי עובר ממצב מוצק לנוזל לא בהדרגה, אלא בפתאומיות, כאשר מגיעים לטמפרטורה מסוימת. דוגמאות לחומרים גבישיים כוללים מלח שולחן, סוכר, קרח.

ההבדל בתכונות הפיזיקליות של מוצקים אמורפיים וגבישים נובע בעיקר מהתכונות המבניות של חומרים כאלה. מה ההבדל בין חומר במצב אמורפי וגבישי, הדרך הקלה ביותר להבין היא מהאיור הבא:

כפי שניתן לראות, בחומר אמורפי, בניגוד לחומר גבישי, אין סדר בסידור החלקיקים. אם בחומר גבישי מחברים מנטלית שני אטומים קרובים זה לזה עם קו ישר, אז אפשר לגלות שאותם חלקיקים ישכבו על הקו הזה במרווחים מוגדרים בהחלט:

לפיכך, במקרה של חומרים גבישיים, אפשר לדבר על מושג כזה כמו סריג גביש.

סריג קריסטל נקראת מסגרת מרחבית המחברת בין נקודות החלל שבהן ישנם חלקיקים היוצרים גביש.

הנקודות בחלל שבהן נמצאים החלקיקים היוצרים את הגביש נקראות צמתים סריג .

תלוי אילו חלקיקים נמצאים בצמתים של סריג הגביש, ישנם: מולקולרי, אטומי, יוני ו סריג קריסטל מתכת .

בקשרים סריג גביש מולקולרי

סריג הקריסטל של קרח כדוגמה לסריג מולקולרי

יש מולקולות שבתוכן האטומים קשורים בקשרים קוולנטיים חזקים, אבל המולקולות עצמן מוחזקות זו ליד זו על ידי כוחות בין מולקולריים חלשים. בשל אינטראקציות בין-מולקולריות חלשות כאלה, גבישים עם סריג מולקולרי הם שבירים. חומרים כאלה נבדלים מחומרים בעלי סוגים אחרים של מבנה על ידי נקודות התכה ורתיחה נמוכות משמעותית, אינם מוליכים זרם חשמלי ויכולים להתמוסס או לא להתמוסס בממסים שונים. פתרונות של תרכובות כאלה עשויות להוליך חשמל או לא, בהתאם לסוג המתחם. תרכובות עם סריג גביש מולקולרי כוללות חומרים פשוטים רבים - לא מתכות (H 2 מוקשה, O 2, Cl 2, גופרית מעוינת S 8, זרחן לבן P 4), כמו גם חומרים מורכבים רבים - תרכובות מימן של לא מתכות, חומצות, תחמוצות של לא מתכות, רוב החומרים האורגניים. יש לציין שאם החומר נמצא במצב גזי או נוזלי, לא ראוי לדבר על סריג הגביש המולקולרי: נכון יותר להשתמש במונח - המבנה המולקולרי.

סריג הקריסטל של יהלום כדוגמה לסריג אטומי

בקשרים סריג קריסטל אטומי

יש אטומים. במקרה זה, כל הצמתים של סריג גביש כזה "מצולבים" זה לזה באמצעות קשרים קוולנטיים חזקים לכדי גביש יחיד. למעשה, גביש כזה הוא מולקולה ענקית אחת. בשל מאפיינים מבניים, כל החומרים בעלי סריג גביש אטומי הם מוצקים, בעלי נקודות התכה גבוהות, אינם פעילים מבחינה כימית, בלתי מסיסים במים או בממיסים אורגניים, וההמסה שלהם אינה מוליכה זרם חשמלי. יש לזכור כי חומרים בעלי סוג אטומי של מבנה מחומרים פשוטים כוללים בורון B, פחמן C (יהלום וגרפיט), סיליקון Si, מחומרים מורכבים - סיליקון דו חמצני SiO 2 (קוורץ), סיליקון קרביד SiC, בורון ניטריד BN.

לחומרים עם סריג קריסטל יוני

באתרי הסריג יונים מחוברים זה לזה באמצעות קשרים יוניים.
מכיוון שקשרים יוניים חזקים מספיק, לחומרים בעלי סריג יוני יש קשיות ועמידות גבוהה יחסית. לרוב, הם מסיסים במים, והפתרונות שלהם, כמו נמסים, מוליכים חשמל.
חומרים עם סוג יוני של סריג גביש כוללים מלחי מתכת ואמוניום (NH 4+), בסיסים, תחמוצות מתכות. סימן אמיתי למבנה היוני של חומר הוא הנוכחות בהרכבו של שני האטומים של מתכת אופיינית ולא מתכת.

סריג הגביש של נתרן כלורי כדוגמה לסריג יוני

נצפה בגבישים של מתכות חופשיות, למשל, נתרן Na, ברזל Fe, מגנזיום Mg וכו'. במקרה של סריג גביש מתכת, קטיונים ואטומי מתכת ממוקמים בצמתים שלו, שביניהם נעים אלקטרונים. במקרה זה, אלקטרונים נעים מתחברים מעת לעת לקטיונים, ובכך מנטרלים את המטען שלהם, ואטומי מתכת ניטרליים בודדים במקום זאת "משחררים" חלק מהאלקטרונים שלהם, והופכים, בתורם, לקטיונים. למעשה, אלקטרונים "חופשיים" אינם שייכים לאטומים בודדים, אלא לכל הגביש.

תכונות מבניות כאלה מובילות לעובדה שמתכות מוליכות חום וזרם חשמלי היטב, לעתים קרובות יש משיכות גבוהה (משיכות).
הפיזור בערכי טמפרטורות ההיתוך של מתכות גדול מאוד. כך, למשל, נקודת ההיתוך של כספית היא בערך מינוס 39 מעלות צלזיוס (נוזל בתנאים רגילים), וטונגסטן - 3422 מעלות צלזיוס. יש לציין שבתנאים רגילים, כל המתכות מלבד כספית הן מוצקות.

אחורה קדימה

תשומת הלב! התצוגה המקדימה של השקופית היא למטרות מידע בלבד וייתכן שאינה מייצגת את מלוא היקף המצגת. אם אתה מעוניין בעבודה זו, אנא הורד את הגרסה המלאה.

סוג שיעור: משולב.

מטרת השיעור:ליצור תנאים להיווצרות יכולת התלמידים לבסס תלות סיבתית של תכונותיהם הפיזיקליות של חומרים בסוג הקשר הכימי ובסוג סריג הגביש, לחזות את סוג סריג הגביש על סמך תכונותיו הפיזיקליות של חומר.

מטרות השיעור:

• ליצור מושגים של המצב הגבישי והאמורפי של מוצקים, להכיר לתלמידים סוגים שונים של סריג גביש, לבסס את התלות של התכונות הפיזיקליות של גביש באופי הקשר הכימי בגביש ובסוג סריג הגביש, לתת לתלמידים רעיונות בסיסיים לגבי השפעת טבעם של קשרים כימיים וסוגי סריג קריסטל על תכונות החומר.
• להמשיך בגיבוש תפיסת עולמם של התלמידים, לשקול את ההשפעה ההדדית של מרכיבי החלקיקים המבניים השלמים של חומרים, שכתוצאה מהם מופיעים תכונות חדשות, לטפח את היכולת לארגן את עבודתם החינוכית, לעקוב אחר הכללים של עבודה בצוות.
• לפתח את העניין הקוגניטיבי של תלמידי בית הספר, תוך שימוש במצבים בעייתיים;

צִיוּד:מערכת מחזורית של D.I. מנדלייב, אוסף "מתכות", לא מתכות: גופרית, גרפיט, זרחן אדום, סיליקון גבישי, יוד; מצגת "סוגי סריג קריסטל", דגמי סריג קריסטל מסוגים שונים (מלח, יהלום וגרפיט, פחמן דו חמצני ויוד, מתכות), דוגמאות פלסטיק ומוצרים מהם, זכוכית, פלסטלינה, מחשב, מקרן.

במהלך השיעורים

1. רגע ארגוני.

המורה מברך את התלמידים, מתקן את הנעדרים.

2. בדיקת ידע בנושאים" קשר כימי. מידת החמצון".

עבודה עצמאית (15 דקות)

3. לימוד חומר חדש.

המורה מכריזה על נושא השיעור ומטרת השיעור. (שקופית 1,2)

התלמידים כותבים את התאריך ואת נושא השיעור במחברות שלהם.

עדכון ידע.

המורה שואל את הכיתה שאלות:

1. אילו סוגי חלקיקים אתה מכיר? האם ליונים, לאטומים ולמולקולות יש מטענים?
2. אילו סוגי קשרים כימיים אתם מכירים?
3. מהם מצבי הצבירה של חומרים?

מוֹרֶה:"כל חומר יכול להיות גז, נוזל ומוצק. למשל מים. בתנאים רגילים, זה נוזל, אבל זה יכול להיות אדים וקרח. או חמצן בתנאים רגילים הוא גז, בטמפרטורה של -1940 C הוא הופך לנוזל כחול, ובטמפרטורה של -218.8 מעלות צלזיוס הוא מתמצק למסה דמוית שלג המורכבת מגבישים כחולים. בשיעור זה נשקול את המצב המוצק של חומרים: אמורפי וגבישי. (שקופית 3)

מוֹרֶה:לחומרים אמורפיים אין נקודת התכה ברורה - בחימום הם מתרככים בהדרגה והופכים לנוזלים. חומרים אמורפיים כוללים, למשל, שוקולד, שנמס גם בידיים וגם בפה; מסטיק, פלסטלינה, שעווה, פלסטיק (דוגמאות לחומרים כאלה מוצגות). (שקופית 7)

לחומרים גבישיים יש נקודת התכה ברורה, והכי חשוב, מאופיינים בסידור נכון של חלקיקים בנקודות מוגדרות בהחלט בחלל. (שקופיות 5,6) כאשר נקודות אלו מחוברות בקווים ישרים, נוצרת מסגרת מרחבית, הנקראת סריג קריסטל. הנקודות בהן ממוקמים חלקיקי גביש נקראות צמתים סריג.

התלמידים רושמים את ההגדרה במחברת: "סריג גביש הוא קבוצה של נקודות במרחב שבהן נמצאים החלקיקים היוצרים גביש. הנקודות שבהן ממוקמים חלקיקי הגביש נקראות צמתים של הסריג.

תלוי אילו סוגי חלקיקים נמצאים בצמתים של סריג זה, ישנם 4 סוגי סריג. (שקף 8) אם יש יונים בצמתים של סריג הגביש, אז סריג כזה נקרא יוני.

המורה שואל את התלמידים שאלות:

- מה ייקרא סריג קריסטל, שבצמתים שלהם יש אטומים, מולקולות?

אבל יש סריג קריסטל, שבצמתים שלהם יש גם אטומים וגם יונים. סורגים כאלה נקראים מתכת.

כעת נמלא את הטבלה: "סריג קריסטל, סוג הקשר ותכונות החומרים". במהלך מילוי הטבלה, נעמוד על הקשר בין סוג הסריג, סוג החיבור בין חלקיקים והתכונות הפיזיקליות של מוצקים.

שקול את הסוג הראשון של סריג קריסטל, אשר נקרא יוני. (שקופית 9)

מהו הקשר הכימי בחומרים אלו?

תסתכל על סריג הגביש היוני (מוצג דגם של סריג כזה). בצמתים שלו נמצאים יונים בעלי מטען חיובי ושלילי. לדוגמה, גביש נתרן כלורי מורכב מיוני נתרן חיוביים ומיוני כלוריד שליליים בסריג בצורת קובייה. חומרים עם סריג גביש יוני כוללים מלחים, תחמוצות והידרוקסידים של מתכות טיפוסיות. חומרים בעלי סריג קריסטל יוני הם בעלי קשיות וחוזק גבוהים, הם עקשן ולא נדיפים.

מוֹרֶה:התכונות הפיזיקליות של חומרים בעלי סריג גביש אטומי זהות לאלו של חומרים בעלי סריג גביש יוני, אך לרוב בסופרלטיבים - קשה מאוד, חזק מאוד. יהלום, שבו סריג הגביש האטומי הוא החומר הקשה ביותר מכל החומרים הטבעיים. הוא משמש כתקן קשיות, שלפי מערכת של 10 נקודות, מדורג בציון הגבוה ביותר של 10. (שקופית 10). על פי סוג זה של סריג קריסטל, אתה עצמך תזין את המידע הדרוש לטבלה, לאחר שעבדת באופן עצמאי עם ספר הלימוד.

מוֹרֶה:בואו ניקח בחשבון את הסוג השלישי של סריג קריסטל, שנקרא מתכתי. (שקפים 11,12) בצמתים של סריג כזה יש אטומים ויונים, שביניהם אלקטרונים נעים בחופשיות, קושרים אותם לשלם אחד.

מבנה פנימי כזה של מתכות קובע את התכונות הפיזיקליות האופייניות להן.

מוֹרֶה:אילו תכונות פיזיקליות של מתכות אתה מכיר? (משיכות, פלסטיות, מוליכות חשמלית ותרמית, ברק מתכתי).

מוֹרֶה:לאילו קבוצות מחולקים כל החומרים לפי מבנה? (שקופית 12)

הבה ניקח בחשבון את סוג סריג הגביש, שבו נמצאים חומרים ידועים כמו מים, פחמן דו חמצני, חמצן, חנקן ואחרים. זה נקרא מולקולרי. (שקופית 14)

אילו חלקיקים נמצאים בצמתים של הסריג הזה?

הקשר הכימי במולקולות שנמצאות באתרי הסריג יכול להיות גם קוטבי קוולנטי וגם לא-קוטבי קוולנטי. למרות העובדה שהאטומים בתוך המולקולה קשורים בקשרים קוולנטיים חזקים מאוד, כוחות חלשים של משיכה בין מולקולרית פועלים בין המולקולות עצמן. לכן, לחומרים בעלי סריג גביש מולקולרי יש קשיות נמוכה, נקודות התכה נמוכות והם נדיפים. כאשר חומרים גזים או נוזליים הופכים למוצקים בתנאים מיוחדים, אז יש להם סריג גביש מולקולרי. דוגמאות לחומרים כאלה יכולים להיות מים מוצקים - קרח, פחמן דו חמצני מוצק - קרח יבש. בסריג כזה יש נפתלין, המשמש להגנה על מוצרי צמר מפני עש.

– אילו תכונות של סריג הגביש המולקולרי קובעות את השימוש בנפתלין? (תנודתיות). כפי שאתה יכול לראות, סריג הגביש המולקולרי יכול להיות לא רק מוצק פָּשׁוּטחומרים: גזים אצילים, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, זרחן לבן P 4, אבל ומורכבים: מים מוצקים, מימן כלורי מוצק ומימן גופרתי. לרוב התרכובות האורגניות המוצקות יש סריג גבישי מולקולרי (נפטלין, גלוקוז, סוכר).

אתרי הסריג מכילים מולקולות לא קוטביות או קוטביות. למרות העובדה שהאטומים בתוך המולקולות קשורים בקשרים קוולנטיים חזקים, כוחות חלשים של אינטראקציה בין-מולקולרית פועלים בין המולקולות עצמן.

מסקנה: חומרים שבירים, בעלי קשיות נמוכה, נקודת התכה נמוכה, נדיפים.

שאלה: איזה תהליך נקרא סובלימציה או סובלימציה?

תשובה: המעבר של חומר ממצב צבירה מוצק באופן מיידי למצב גז, עוקף את המצב הנוזלי, נקרא סובלימציה או סובלימציה.

הפגנת ניסיון: סובלימציה של יוד

לאחר מכן התלמידים מתחלפים בשמות למידע שהם רשמו בטבלה.

סריג קריסטל, סוג הקשר ותכונות החומרים.

סוג סריג	סוגי חלקיקים באתרי סריג	סוג תקשורת בין חלקיקים	דוגמאות לחומרים	תכונות פיזיקליות של חומרים
יונית	יונים	יוני - קשר חזק	מלחים, הלידים (IA, IIA), תחמוצות והידרוקסידים של מתכות אופייניות	מוצק, חזק, לא נדיף, שביר, עקשן, רבים מסיסים במים, נמס מוליכים חשמל
אָטוֹמִי	אטומים	1. קוולנטי לא קוטבי - הקשר חזק מאוד 2. קוטבי קוולנטי - הקשר חזק מאוד	חומרים פשוטים א: יהלום (C), גרפיט (C), בורון (B), סיליקון (Si). חומרים מורכבים : תחמוצת אלומיניום (Al 2 O 3), תחמוצת סיליקון (IV) - SiO 2	קשה מאוד, מאוד עקשן, חזק, לא נדיף, בלתי מסיס במים
מולקולרית	מולקולות	בין מולקולות - כוחות חלשים משיכה בין מולקולרית, אבל בתוך מולקולות - קשר קוולנטי חזק	מוצקים בתנאים מיוחדים, שבתנאים רגילים הם גזים או נוזלים (O 2, H 2, Cl 2, N 2, Br 2, H 2 O, CO 2, HCl); גופרית, זרחן לבן, יוד; חומר אורגני	שביר, נדיף, מתיך, בעל יכולת סובלימציה, בעל קשיות קטנה
מַתֶכֶת	יוני אטום	מתכת - חוזק שונה	מתכות וסגסוגות	ניתנים לעיבוד, בעלי ברק, משיכות, חום והולכה חשמלית

מוֹרֶה:מה אנחנו יכולים להסיק מהעבודה שנעשתה על השולחן?

מסקנה 1: התכונות הפיזיקליות של חומרים תלויות בסוג סריג הגביש. הרכב חומר → סוג הקשר הכימי → סוג סריג הגביש → תכונות החומרים . (שקופית 18).

שְׁאֵלָה: איזה סוג של סריג קריסטל מהנ"ל אינו נמצא בחומרים פשוטים?

תשובה: סריג קריסטל יוני.

שְׁאֵלָה: אילו סריג קריסטל אופייניים לחומרים פשוטים?

תשובה: לחומרים פשוטים - מתכות - סריג קריסטל מתכתי; עבור לא מתכות - אטומי או מולקולרי.

עבודה עם המערכת המחזורית של D.I. מנדלייב.

שְׁאֵלָה:היכן נמצאים יסודות המתכת בטבלה המחזורית ומדוע? יסודות אינם מתכות ומדוע?

תשובה : אם נצייר אלכסון מבורון לאסטטין, אז בפינה השמאלית התחתונה מהאלכסון הזה יהיו אלמנטים מתכתיים, כי. ברמת האנרגיה האחרונה, הם מכילים בין אחד לשלושה אלקטרונים. אלו הם יסודות I A, II A, III A (למעט בורון), וכן בדיל ועופרת, אנטימון וכל היסודות של תת-קבוצות משניות.

אלמנטים שאינם מתכת ממוקמים בפינה הימנית העליונה של אלכסון זה, כי ברמת האנרגיה האחרונה מכילים בין ארבעה לשמונה אלקטרונים. אלה הם יסודות IV A, V A, VI A, VII A, VIII A ובורון.

מוֹרֶה:בואו נמצא יסודות שאינם מתכתיים שבהם לחומרים פשוטים יש סריג גביש אטומי (תשובה: C, B, Si) ומולקולרית ( תשובה: N, S, O , הלוגנים וגזים אצילים )

מוֹרֶה: נסח מסקנה כיצד ניתן לקבוע את סוג סריג הגביש של חומר פשוט, בהתאם למיקום היסודות במערכת המחזורית של D.I. מנדלייב.

תשובה: ליסודות מתכת שנמצאים ב-I A, II A, IIIA (למעט בורון), וכן בדיל ועופרת, וכל היסודות של תת-קבוצות משניות בחומר פשוט, סוג הסריג הוא מתכתי.

עבור יסודות שאינם מתכתיים IV A ובורון בחומר פשוט, סריג הגביש הוא אטומי; וליסודות V A, VI A, VII A, VIII A בחומרים פשוטים יש סריג גביש מולקולרי.

אנו ממשיכים לעבוד עם הטבלה שהושלמה.

מוֹרֶה: תסתכל מקרוב על השולחן. איזה דפוס נצפה?

אנו מקשיבים היטב לתשובות התלמידים ולאחר מכן מסיקים יחד עם הכיתה מסקנה. מסקנה 2 (שקף 17)

4. תיקון החומר.

מבחן (שליטה עצמית):

חומרים שיש להם סריג גביש מולקולרי, ככלל:
א) חסין ומסיס מאוד במים
ב) מתיך ונדיף
ג) מוצק ומוליך חשמלי
ד) מוליכים תרמית ופלסטיק

המושג "מולקולה" אינו ישים ביחס ליחידה המבנית של חומר:
מים
ב) חמצן
ג) יהלום
ד) אוזון

סריג הגביש האטומי אופייני ל:
א) אלומיניום וגרפיט
ב) גופרית ויוד
ג) תחמוצת סיליקון ונתרן כלורי
ד) יהלום ובורון

אם חומר מסיס מאוד במים, בעל נקודת התכה גבוהה והוא מוליך חשמלית, אז סריג הגביש שלו:
א) מולקולרית
ב) גרעיני
ג) יונית
ד) מתכת

5. השתקפות.

6. שיעורי בית.

תאר כל סוג של סריג גביש לפי התוכנית: מה נמצא בצמתים של סריג הגביש, יחידה מבנית → סוג הקשר הכימי בין חלקיקי הצומת → כוחות האינטראקציה בין חלקיקי הגביש → תכונות פיזיקליות עקב סריג הגביש → מצב מצטבר של חומר בתנאים רגילים ← דוגמאות.

על פי הנוסחאות של החומרים הנתונים: SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - קבעו את סוג סריג הגביש (יוני, מולקולרי) של כל תרכובת ובהתבסס על כך, תארו את התכונות הפיזיקליות הצפויות של כל אחד מהתרכובות. ארבעה חומרים.

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 עצם ביוונית "בלתי ניתן להריסה". יהלומים נחשבו זה מכבר כאבנים מופלאות. האמינו שאדם העונד יהלומים אינו מכיר מחלות קיבה, רעל אינו משפיע עליו, הוא שומר על זיכרונו ומצב רוחו העליז עד גיל מבוגר, נהנה מחסד מלכותי.

☼ יהלום הנתון לעיבוד תכשיטים - חיתוך, ליטוש, נקרא יהלום.

במהלך ההיתוך, כתוצאה מרעידות תרמיות, מופר סדר החלקיקים, הם נעשים ניידים, בעוד אופי הקשר הכימי אינו מופר. לפיכך, אין הבדלים מהותיים בין המצב המוצק לנוזל.
נוזליות מופיעה בנוזל (כלומר, היכולת לקבל צורה של כלי).

גבישים נוזליים.

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

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

אם חומר מורכב ממולקולות פוליאטומיות בעלות צורה מוארכת או למלרית ובעלת 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 הנזילות האופיינית לנוזל. יחד עם זאת, המערכת שומרת על מבנה מסודר הקובע את התכונות האופייניות לקריסטלים.

הניידות הגבוהה של מבנה כזה מאפשרת לשלוט בו על ידי השפעות חלשות מאוד (תרמיות, חשמליות וכו'), כלומר. לשנות בכוונה את התכונות של חומר, כולל אופטיות, עם מעט מאוד אנרגיה, המשמש בטכנולוגיה מודרנית.

סוגי סריג קריסטל.

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

תא 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 "lonsdaleite" אינו ידוע מעט. הוא נמצא במטאוריטים והושג באופן מלאכותי, והמבנה שלו עדיין נחקר.

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

☼ אגב, בפיח נמצאו חלקיקים שחורים מבריקים, אותם כינו "פחמן מראה". פחמן מראה אינרטי מבחינה כימית, עמיד בחום, אטום לגזים ונוזלים, בעל משטח חלק ותאימות מוחלטת לרקמות חיות.

☼ השם של גרפיט בא מה"גרפיטו" האיטלקי - אני כותב, אני מצייר. גרפיט הוא גבישים אפור כהה עם ברק מתכתי קל, בעל סריג שכבות. שכבות נפרדות של אטומים בגביש גרפיט, הקשורות זו לזו בצורה חלשה יחסית, מופרדות בקלות זו מזו.

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 במערכת המחזורית לבין סריג הקריסטל של החומר הפשוט שלו.

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

החומרים הפשוטים של היסודות הנותרים הם בעלי סריג קריסטל מתכתי.

קְבִיעָה

למד את חומר ההרצאה, ענה 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 האינטראקציה בין חלקיקי הגביש → תכונות פיזיקליות עקב סריג הגביש → מצב מצטבר של חומר בתנאים רגילים → דוגמאות

השלם את המשימות בנושא זה:

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

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

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

ב). חַמצָן

ב). יהלום

3) סריג הגביש האטומי אופייני ל:

א). אלומיניום וגרפיט

ב). גופרית ויוד

ב). תחמוצת סיליקון ונתרן כלורי

ז). יהלום ובורון

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

אבל). מולקולרית

ב). גַרעִינִי

ב). יונית

ז). מַתַכתִי

רוב המוצקים הם מבנה גביש, שבו החלקיקים שמהם הוא "בנוי" נמצאים בסדר מסוים, ובכך יוצרים סריג קריסטל. הוא בנוי מיחידות מבניות זהות חוזרות - תאים יסודיים, המקשר עם תאים שכנים, ויוצר צמתים נוספים. כתוצאה מכך, ישנם 14 סריג קריסטל שונים.

סוגי סריג קריסטל.

בהתאם לחלקיקים שנמצאים בצמתי הסריג, ישנם:

• סריג קריסטל מתכת;
• סריג קריסטל יוני;
• סריג גביש מולקולרי;
• סריג גביש מקרומולקולרי (אטומי).

קשר מתכת בסריגי קריסטל.

גבישים יוניים בעלי שבירות מוגברת, tk. תזוזה בסריג הגבישי (אפילו קלה) מובילה לכך שיונים בעלי מטען דומים מתחילים להדוף זה את זה, וקשרים נשברים, נוצרים סדקים ומתפצלים.

קשר מולקולרי של סריג קריסטל.

המאפיין העיקרי של הקשר הבין-מולקולרי הוא "חולשתו" (ואן דר וואלס, מימן).

זה המרקם של קרח. כל מולקולת מים מחוברת בקשרי מימן עם 4 מולקולות המקיפות אותה, כתוצאה מכך, למבנה יש אופי טטרהדרלי.

קשר המימן מסביר את נקודת הרתיחה הגבוהה, נקודת ההיתוך והצפיפות הנמוכה;

קישור מקרומולקולרי של סריג קריסטל.

אטומים ממוקמים בצמתים של סריג הגביש. גבישים אלה מחולקים ל 3 סוגים:

• מִסגֶרֶת;
• שַׁרשֶׁרֶת;
• מבנים שכבות.

מבנה מסגרתבעל יהלום - אחד החומרים הקשים בטבע. אטום הפחמן יוצר 4 קשרים קוולנטיים זהים, המעידים על צורתו של טטרהדרון רגיל ( sp 3 - הכלאה). לכל אטום יש זוג אלקטרונים בודד שיכול להיקשר גם עם אטומים שכנים. כתוצאה מכך נוצר סריג תלת מימדי, שבצמתים שלו יש רק אטומי פחמן.

נדרשת אנרגיה רבה כדי להרוס מבנה כזה, נקודת ההיתוך של תרכובות כאלה גבוהה (ליהלום היא 3500 מעלות צלזיוס).

מבנים שכבותמצביעים על נוכחות של קשרים קוולנטיים בתוך כל שכבה וקשרי ואן דר ואלס חלשים בין השכבות.

שקול דוגמה: גרפיט. כל אטום פחמן נמצא בפנים sp 2 - הַכלָאָה. האלקטרון הרביעי הבלתי מזווג יוצר קשר ואן דר ואלס בין השכבות. לכן, השכבה הרביעית היא מאוד ניידת:

הקשרים חלשים ולכן קל לשבור אותם, מה שניתן לראות בעיפרון - "מאפיין כתיבה" - השכבה ה-4 נשארת על הנייר.

גרפיט הוא מוליך מצוין של זרם חשמלי (אלקטרונים מסוגלים לנוע לאורך מישור השכבה).

מבני שרשרתיש תחמוצות (לדוגמה, כך 3 ), המתגבש בצורה של מחטים מבריקות, פולימרים, כמה חומרים אמורפיים, סיליקטים (אסבסט).