Група 17Т2

Хімія

Заняття№32

Тема:

  Кристалічний і аморфний стани твердих речовин.

Залежність фізичних властивостей речовин від їхньої будови

       Багато органічних речовин мають молекулярні кристалічні ґратки. Наприклад, цукор, глюкоза, нафталін. У кристалах таких речовин молекули утримуються слабкими силами міжмолекулярної взаємодії, тому ці речовини легкоплавкі, з малою твердістю. Цукор або парафін стають рідкими від помірного нагрівання. Серед речовин молекулярної будови багато летких: достатньо залишити на деякий час відкритим нафталін (засіб
від молі) — і його запах можна відчути на відстані.
Атомних кристалів порівняно з молекулярними та йонними мало. Крім алмазу, це силіцій Si, германій Ge, силіцій(ІV) оксид SiO2, кальцій карбід СаС2, цинк сульфід ZnS та деякі інші. Атомні кристали міцні й тугоплавкі. Наприклад, у кальцій карбіду температура плавлення становить близько 2000 °С. Алмаз не лише тугоплавкий, а й має найвищу твердість.
Властивості йонних кристалів. У вузлах їхніх кристалічних ґраток розташовані катіони й аніони, наприклад, у солях, лугах. Між протилежно зарядженими йонами діють електростатичні сили притягання, що надає кристалу міцності. Така будова зумовлює спільні фізичні властивості речовин з йонними кристалічними ґратками. Вони проводять електричний струм у розчиненому або розплавленому стані, мають порівняно високу твердість і високу температуру плавлення, нелеткі, але крихкі. Навіть невелике зміщення шарів у кристалі наближає один до одного
однойменно заряджені йони, відштовхування між якими призводить до розриву йонних зв’язків і, як наслідок, до появи тріщин у кристалі або навіть до його руйнування.
На відміну від аморфних речовин кристалічні речовини мають сталі температури плавлення і кипіння.

      Цінність кристалів людина тривалий час вбачала лише в тому, що з них можна було виготовляти різноманітні прикраси .Але у наш час кристали набули широкого практичного застосування. І йдеться не лише про природні кристали. Набагато більше нині кристалів створюють учені в лабораторіях, а після перевірки властивостей налаго-
джують їхнє серійне виробництво, щоб використовувати у різноманітних галузях науки й техніки (фізика, хімія, біологія, медицина, матеріалознавство й інші).
Понад 50 років у Харкові діє науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України. Зусиллями вчених здійснено відкриття світового рівня, вирощено монокристали значних розмірів, запропоновано нові технології. Основні напрями сучасної діяльності Інституту монокристалів стосуються фундаментальних досліджень процесів росту кристалів, пошуку нових кристалічних середовищ з функціонально-важливими властивостями, комплексних досліджень фізичних явищ в оптичних монокристалах, наносистемах. За роки існування наукові розробки співробітників цієї науково-дослідної установи 7 разів було відзначено Державною премією України в галузі науки і техніки.
Металічні кристалічні ґратки. Чисті метали у твердому стані мають кристалічну будову. У вузлах їхніх кристалічних ґраток у певному геометричному порядку розташовані атоми і йони, а спільні електрони
відносно вільно переміщуються по всьому кристалу, утворюючи «електронний газ».
Завдяки тому, що в металічних кристалічних ґратках електрони вільно пересуваються по всьому кристалу, метали проявляють електро- і теплопровідність. Окремі шари йонів можна легко змістити один відносно одного, тому що у вузлах кристалічної ґратки перебувають позитивні йони, які утримуються завдяки притяганню до електронного газу. Цим обумовлена ковкість і пластичність металів. Лужні метали настільки пластичні, що нагадують пластилін і легко ріжуться ножем.
Можливо, вам доводилось чути про сапфірове скло. Насправді — це не скло, а надтверде кристалічне тіло. Його виготовляють зі штучних сапфірів (це різновиди корунду Аl2O3) — найтвердішої після алмазу речовини. Монокристали штучних сапфірів за твердістю близькі до алмазу і мають високу стійкість до подряпин. Із сапфірового скла виготовляють куленепробивне міцне скло, що використовується у військовій техніці, вітринах великих торговельних центрів, коштовних моделях годинників тощо. На часі — використання сапфірового скла для покриття екранів
смартфонів.

      Самостійна робота
 Завдання 1. Користуючись  малюнками кристалічних ґраток, установіть, що спільного та чим відрізняються між собою атомні, молекулярні, металічні та йонні ґратки.
Завдання 2. У твердому агрегатному стані вода, вуглекислий газ і йод мають молекулярні кристалічні ґратки. На їх прикладі зробіть висновок про властивості речовин з молекулярними кристалічними ґратками.
Завдання 3. Алмаз має атомні кристалічні ґратки. Пригадайте або з’ясуйте за додатковими джерелами його властивості.
Завдання 4. Кухонна сіль має йонні кристалічні ґратки. Пригадайте фізичні властивості цієї речовини.
Завдання 5. Зробіть висновок про можливість прогнозу фізичних властивостей речовин на основі їхньої будови та встановлення будови речовин на основі їхніх фізичних властивостей.