Файл: Гончарук лекция 5.doc

К.ч.- число частиц, непосредственно примыкающих к данной частице в кристалле.

К.ч = 6 у ПК. К.ч. = 8 у ОЦК . К.ч. = 12 у ГЦК и ГК.

Чем больше к.ч.,тем плотнее упаковка кристалла.

Екр. –энергия, необходимая для разрушения 1 моля кристалла и удаления его частиц за пределы их взаимодействия.

Чем больше Е_кр.,тем прочнее кристалл ( выше Т_плав и др.)

По характеру связей между частицами в кристаллическом твердом теле различают : молекулярные, ионные, ковалентные, металлические кристаллы.

1.Молекулярный.

1а. В узлах – атомы инертных газов, связанные дисперсионными силами. 1б. В узлах – молекулы, связанные вандерваальсовыми или водородными силами (H₂, N₂, O₂, CO₂, CH₄, NH₃, H₂O_, HaL₂, органические вещества). Внутри молекул атомы соединены ковалентными связями. Типичные молекулярные кристаллы:

-Многие летучи и при обычных Т – газы.

-Очень низкие Т_{кип.(плав)}

_--Малая твердость и плотность.

-Большая сжимаемость, большой коэффициент теплового расширения.

-Большинство – диэлектрики при комн. Т. ( орг. красители – полупроводники.)

-Плохая теплопроводность.

- Плохая растворимость в воде

Молекулярные кристаллы с полярными молекулами более прочные, чем с неполярными и имеет более высокие Т_{кип (плав).}

Твердость и прочность еще более увеличивается с появлением межмолекулярных водородных связей.

Примеры веществ: лед, «сухой лед» (оксид углерода (IV), твердые галогены, твердые галогеноводороды.

I₂

---

2. Ионный

В узлах – ионы, связанные ионной химической связью (соли щелочных, щелочноземельных металлов, некоторые оксиды и гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов).

Для 1 моля идеального ионного кристалла энергия кристаллической решётки согласно уравнения Капустинского равна:

Е_ион.кр. ~ 107,13{( z₊•z_- /(R₊ + R_- )} ∑n

n – число ионов в ионном соединении,

Z – заряд иона,

R – радиус иона.

Ионные кристаллы:

-Твердые, но хрупкие.

-Т_плавл. высокая (Т_плав↑ с↑Е_ион.кр.)

-Плохая теплопроводность.

-Диэлектрики, но вблизи Т_плав у некоторых ионных

кристаллов наблюдается ионная проводимость. Растворы и расплавы ионных кристаллов электропроводны.

Пример. Температура плавления какого из веществ больше KF или K Br (при одинаковом типе элементарной ячейки)?

Решение. Так как R_Br> R_F, то согласно уравнения Капустинского E_{крис.реш}._KBr < Е_{крис.реш.KF} и Т_{плав.КBr} < T_плав.KF

3. Ковалентный

Находящиеся в узлах атомы связанны ковалентной химической связью (С алмаз, Ge, Si, …., SiC, SiO_2, ZnS, …)и образуют пространственный каркас (ажурная структура).

Для ковалентных кристаллов характерны:

-Высокая прочность, твердость

-Высокие Т_плав.

-Электропроводность разная: от диэлектрика алмаза , полупроводников Ge, Si до проводника графита.

Наиболее типичный– алмаз. У алмаза: sp³- гибридизация АО С. Это тетраэдр, вписанный в куб. Нет подвижных ℮ - диэлектрик.

Обладает самой высокой твердостью (за счет очень малых межатомных расстояний).

---

C (алмаз)

Графит :при образовании кристалла возникают ковалентные связи с sp²- гибридизация АО С в слоях, между слоями вандерваальсовы взаимодействия.Свободный четвертый электрон каждого атома вступает в π-связь с соседними атомами, обеспечивая электропроводимость и теплопроводность (смешанный тип кристалла).

Каждый слой "выстлан" шестиугольниками из углеродных атомов, аналогичными бензольному кольцу. Поскольку сцепление между слоями довольно слабое, графит мягкий. Слои легко скользят один относительно другого, благодаря чему графит является хорошим смазочным материалом. Разные кристаллические формы. .

Германий Ge: идеальный кристалл с sp³- гибридизацией АО С только при 0 К, а при ↑Т – разрыв связей, появляются свободные электроны → полупроводник .

4. Металлический

Все металлы являются кристаллическими телами, имею­щими определенный тип кристаллической решетки.   

В узлах кристалла находятся катионы металлов( остовы атомов), связанные металлической химической связью (за счет относительно свободных, обобществленных валентных электронов).

Сs

Физические свойства веществ.

---

Вещества ковкие, имеют хорошую тепло- и электропроводность, металлический блеск.

Примеры веществ.

Металлы,сплавы.

-К.Ч. – высокие (8-12),т.е.металлические кристаллы характеризуются плотной и плотнейшей упаковкой ( в зависимости от Т, Р у большинства металлов меняется структура, так при высоких Т у большинства металлов структура ОЦК -полиморфизм ).

-Плотность, твердость – от невысокой у щелочных до очень высокой у d-металлов Mo, W, что объясняют разной степенью упаковки атомов в решетке (она тем больше, чем больше К.Ч, атомная масса и меньше радиус атома.).

-Электропроводность металлов разная. Самая высокая у металлов, имеющих много свободных валентных электронов (Сu,Аg, …), несколько ниже у металлов с d¹⁰ и d^{5 ‘}электронами на АО (Zn…, Mn…).

-Температура плавления разная. Высокие значения Т_плав у d-металлов обусловлены более высокой Е_крист по сравнению с Е_крист у s- p-металлов, из-за наличия большего количества валентных электронов и, следовательно, большей связывающей силы и дополнительных к металлическим локализованных ковалентных связей.

Кроме того, чем больше атомная масса, тем больше Т_плав. вещества.

---

Характеристики некоторых веществ в твердом кристаллическом состоянии

вещество	Вид кристалла	Екр.решетки кДж/моль	Тпл ºС	ρ, г/см3	Электро провод-ность Oм-1м-1
СН4	молекулярный	10,0	-182		-
НСl	молекулярный	21,3	-112		-
Н2О	молекулярный	50,2	0		-
С (алмаз)	Атомно-ковалентный	715	3500		1·10-15
Ge	Атомно-ковалентный	369	938		1-2
NaCl	ионный	775	801		1·10-15
Na (ОЦК)	Металлический s-элемент	108,3	98	0,97	2,4·107
Al (ГЦК)	Металлический p-элемент	310	660	2,7	3,8·107
Zn (ГК)	Металлический d10-элемент	131	420	7,14	1,7·107
Mo (ОЦК)	Металлический d5-элемент	651	2620	10,22	1,8·107
Ag (ГЦК)	Металлический d9-элемент	288	961	1 0,5	7·107

---