Свойства веществ немолекулярного строения: кристаллические решетки

Еще с основ школьной химии 8 класса все знают, что вещества можно разделить на две большие группы — это вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения. Свойства их разнообразны, ведь они в значительной степени зависят от их строения и типа связей между отдельными элементами.

Оглавление:

• Атомные: единичные атомы
• Металлические: свободные электроны
• Ионные: заряженные ионы

Строение вещества

Все, что нас окружает, состоит из разнообразных химических элементов, формирующих определенные структуры при помощи чрезвычайно прочных химических связей. От этой структуры зависят форма тела, его размеры, способность реагировать с другими веществами и многое другое.

Молекула — это небольшая группа атомов, из которых состоит то или иное вещество. Например, Н (водород) — это атом, а H2O — молекула воды. Из них и состоит жидкость. Они свободно перемещаются по всему объему, то сталкиваясь, то совсем вылетая из общей массы (испарение).

Атомы — еще более мелкие элементы, чем молекулы. Внутри них есть положительно заряженное ядро, в котором плотно прижаты друг к другу нейтроны и протоны, и вращающиеся вокруг этого ядра отрицательно заряженные электроны. Из атомов и состоят структуры немолекулярного строения. Соединяются они между собой при помощи сильного электромагнитного взаимодействия, однако если атомы слишком сильно приблизятся друг к другу, то два отрицательно заряженных ядра будут отталкиваться друг от друга.

Виды кристаллических решеток

Если атомное строение подразумевает состав из множества одинаковых молекул, то у этих веществ такого набора нет. Они могут состоять, например, из отдельных атомов, из ионов или ионных соединений. Вот несколько примеров элементов, формирующих кристаллические соединения:

• Алмаз (полностью состоит из атомов углерода С)
• Кремний (Si)
• Металлы (например, железо Fe, медь Cu или золото Au)

И к соединениям, в основе которых лежат ионные связи, относятся:

• Любые соли (NaCl — хлорид натрия, K2SO4)
• Гидриды (вещества, состоящие из иона металла и водорода, например, LiH)
• Оксиды (CaO, NaO)

При нормальных условиях соединения немолекулярного строения находятся в твердом агрегатном состоянии. Атомы расположены в строгом порядке, согласно кристаллической решетке. Сами решетки бывают всего трех вариантов: металлические (в металлах), атомные (в неметаллах) и ионные (в соединениях).

Атомные: единичные атомы

В углах таких решеток расположены единичные атомы. Они связаны друг с другом ковалентными связями. Самым простым примером вещества с такой решеткой является алмаз. Он целиком состоит из атомов углерода, формирующих кубы. Внутри этих кубов расположено еще по 4 атома, являющихся вершинами углов соседних кубов. Таким образом атомы располагаются очень плотно по отношению друг к другу, из-за чего практически не могут двигаться. Из-за этого камень становится невероятно прочным и плотным. А также благодаря этому алмазы практически не растворяются и отличаются крайне высокой температурой плавления — 3500С.

Уголь и графит тоже состоят из одного только углерода, но они совершенно не похожи на алмаз. Это как раз обусловлено возможностью углерода создавать разные атомные решетки.

После огранки алмазы превращаются в одни из самых дорогих украшений — бриллианты. А также свойствам этого материала находят применение и в промышленности, покрывая инструменты или используя для огранки и обработки менее твердых веществ.

Металлические: свободные электроны

В составе металлов совершенно другие решетки. Они состоят из множества атомов и ионов, между которыми свободно перемещаются электроны. Иногда они врезаются в ионы, превращая их в атомы, а атомы, в свою очередь, могут отдавать электроны со своих внешних орбит. Благодаря такой особенности строения каждый металл может проводить электрический ток и тепло. Становятся возможными такие, казалось бы, обычные свойства, как непрозрачность, блеск, ковкость.

Металлическая решетка чем-то похожа на атомную, но их свойства существенно различаются. Именно свободные электроны отличают строение металлов от неметаллов, так как обуславливают большинство металлических свойств веществ. Даже тип связи в металлических решетках так и называется — металлическая связь.

Строение металлической решетки не изменяется, даже если объединить два разных металла, сплавив их.

Ионные: заряженные ионы

В повседневной жизни встречается много веществ, в основе которых лежит ионная кристаллическая решетка. Примеры: поваренная соль, селитра, шпат. Ионные решетки состоят из четкой последовательности положительно и отрицательно заряженных ионов. Между ними возникают прочные ионные связи. Ионы бывают двух видов: простые (Na^+, Cl^-) и сложные (SiO4 ² -), Такие решетки встречаются в многочисленных оксидах (SiO2), солях (NaCl), гидроксидах (NaOH). Ионы натрия и хлора образуют правильные кубы, из которых и состоят кристаллы соли.

И хоть многие вещества с ионной кристаллической решеткой имеют довольно высокую температуру кипения, в воде и кислотах, например, H2SO4 (серная кислота), они растворяются достаточно хорошо.

Различия в строении часто влекут за собой и различия в химических и физических свойствах, так как и те, и другие напрямую зависят от типа формирования связей в кристаллах. Немолекулярное строение могут иметь не только простые элементы, но и более сложные соединения. Именно это многообразие соединений и дает людям возможность постоянно экспериментировать и использовать какие-либо свойства элементов в собственных целях.