Що таке кристалічні грати. Кристалічні грати

5. Іонний та металевий зв'язок. Водневий зв'язок. Валентність

Речовини у твердому стані можуть мати аморфну та кристалічну будову. В аморфних речовинах (скло, полімери) розташування частинок невпорядковане, а в кристалічних структурних одиницях (атоми, молекули або іони) розташовані в строгому порядку.

Під кристалічною решіткоюрозуміється каркас, який утворюється, якщо структурні одиниці кристала з'єднати уявними прямими лініями. Точки перетину цих ліній називаються вузлами кристалічних ґрат. Залежно від природи частинок, що знаходяться у вузлах кристалічних ґрат, а також від типу хімічного зв'язкуміж ними розрізняють чотири основні види (типу) кристалічних решіток: атомну, молекулярну, іонну та металеву.

Речовини з атомними, іонними та металевими кристалічними гратами мають немолекулярну будову

У вузлах атомної кристалічної решіткизнаходяться атоми однакових чи різних хімічних елементів(як правило, неметалів), пов'язаних між собою міцними ковалентними зв'язками (див. рис. 16.1 на с. 347). Речовини з атомними ґратами називаються атомними чи ковалентними кристалами.

Запам'ятаємо речовини з атомними кристалічними ґратами: бор, кремній, алмаз, графіт, чорний і червоний фосфор, карборунд SiC, оксид кремнію(IV) SiO 2 .

Завдяки високій енергії ковалентних зв'язків речовини атомної будови мають дуже високу температуру плавлення, високу твердість і міцність, низьку розчинність; зазвичай є діелектриками або напівпровідниками (кремній, германій). Найтвердіша природна речовина - алмаз (температура плавлення 3500 ° С), найтугоплавкіша - графіт (3700 ° С); високу температуру плавлення мають карборунд SiC (2700 ° С) і кремнезем SiO 2 (1610 ° С).

У вузлах молекулярних кристалів(речовин з молекулярними кристалічними ґратами, молекулярної будови) знаходяться молекули (рис. 5.7, а). Між собою молекули пов'язані слабкими міжмолекулярними силами (не плутайте: у молекулах зв'язок ковалентний, тобто міцний), для розриву яких потрібно трохи енергії. Тому молекулярні речовини мають невелику міцність, малу твердість, значну стисливість, низькі температури плавлення та кипіння. Для них характерна леткість, багато хто має запах, дехто виганяє. Молекулярні кристали не проводять електричний струм, можуть бути розчинні у полярних та неполярних розчинниках.

Молекулярні кристалічні грати мають більшість речовин з ковалентною полярною або неполярним зв'язком, За винятком перелічених вище речовин атомної будови. Молекулярна будова більш характерна для органічних речовин. Приклади речовин молекулярної будови: благородні гази (для них поняття атом і молекула ідентичні, можна сказати, що благородні гази складаються з одноатомних молекул), галогени (в твердому стані), білий фосфор P 4 , ромбічна та моноклінна сірка S 8 , тверді кисень, озон, азот, вода, галогеноводороди, алкани, бензол.

Мал. 5.7.

Будова кристалічних ґрат вуглекислого газу (CO 2 ) у твердому стані (а ) та хлориду натрію (б ) Усі речовини з іонним зв'язком утворюютьіонні кристалічні грати , мають іонну будову Це солі, основні та амфотерні оксиди, основи,бінарні сполуки

металів з неметалами (гідриди, нітриди тощо). У вузлах іонних кристалів знаходяться протилежно заряджені прості або складні катіони і аніони, пов'язані між собою міцним іонним зв'язком (рис. 5.7, б). Завдяки міцності іонного зв'язку іонні кристали мають велику твердість, нелеткі і не мають запаху, для них характерні високі температури та плавлення. При кімнатній температурі іонні речовини погано проводять електричний струм і теплоту, багато хто добре розчиняється в полярних розчинниках, їх водні розчини та розплави проводять електричний струм (електроліти). Для іонних речовин характерні слабка деформованість і крихкість, оскільки при зміщенні іонів щодо один одного між однойменно зарядженими іонами виникають відштовхування сили. Речовини з металевим зв'язком утворюютьметалеві кристалічні грати

З цієї причини прості речовини метали (і їх сплави) мають характерний металевий блиск, дуже високі тепло- та електропровідність, вони непрозорі, ковкі та пластичні. У металів спостерігається великий розкид температур плавлення (наприклад, при звичайних умовах ртуть знаходиться в рідкому агрегатному стані), твердості (м'який свинець і дуже твердий хром), що зумовлено деякими відмінностями в характері металевого зв'язку різних металів. Як зазначалося, мірою міцності металевого зв'язку може бути температура плавлення металів: що вище t пл, то більше енергія металевого зв'язку. Температура плавлення металів підвищується у ряду:

ртуть → лужні метали → лужноземельні метали →

→ метали d-родини → вольфрам.

Приклад 5.4.

Серед сполук хлору з елементами 3-го періоду найменшу температуру плавлення має:

Рішення. Шукана речовина - SCl 2 , оскільки вона має молекулярну кристалічну решітку (всі інші речовини - іонну).

У хімічні взаємодії вступають не окремі атоми чи молекули, а речовини.

Наше завдання познайомитися із будовою речовини.

☼ При низьких температурах речовин стійкий твердий стан. Найбільш твердою речовиною у природі є алмаз. Він вважається царем усіх самоцвітів ідорогоцінного каміння

☼ . Та й сама його назва означає грецькою «незламною». На алмази з давніх-давен дивилися як на чудодійне каміння. Вважалося, що людина, що носить алмази, не знає хвороб шлунка, на неї не діє отрута, вона зберігає до глибокої старості пам'ять і веселе настроювання, користується царською милістю.

Алмаз, підданий ювелірній обробці - ограновуванні, шліфуванні, називають діамантом.

При плавленні внаслідок теплових коливань порядок частинок порушується, вони стають рухливими, у своїй характер хімічної зв'язку порушується. Таким чином, між твердим та рідким станами принципових відмінностей немає.

У рідини з'являється плинність (тобто здатність набувати форми судини).

Рідкі кристали Рідкі кристали відкриті наприкінці ХІХ століття, але вивчені останні 20-25 років. Багато показуючих пристроївсучасної техніки

Загалом слова «рідкі кристали» звучать не менш незвичайно, ніж «гарячий лід». Проте насправді лід може бути гарячим, т.к. при тиску понад 10 000 атм. водянийльодплавиться при температурі вище 200 0 С. Незвичайність поєднання «рідкі кристали» полягає в тому, що рідкий стан вказує на рухливість структури, а кристал передбачає сувору впорядкованість.

Якщо речовина складається з багатоатомних молекул витягнутої або пластинчастої форми та мають несиметричну будову, то при її плавленні ці молекули орієнтуються певним чином одна щодо одної (їх довгі осі розташовуються паралельно). У цьому молекули можуть вільно переміщатися паралельно себе, тобто. система набуває властивість плинності, характерне рідини. У той самий час система зберігає впорядковану структуру, що зумовлює властивості, характерне кристалів.

Висока рухливість такої структури дає можливість керувати нею шляхом дуже слабких впливів (теплових, електричних та інших.), тобто. цілеспрямовано змінювати властивості речовини, зокрема оптичні, з дуже малими витратами енергії, що й у сучасної техніці.

Типи кристалічних ґрат

Будь-яка хімічна речовина утворена більшим числомоднакових частинок, пов'язаних між собою.

При низьких температурах, коли тепловий рух утруднений, частки строго орієнтуються у просторі та утворюють кристалічні грати.

Кристалічна решітка - це структура з геометрично правильним розташуванням частинок у просторі.

У самій кристалічній решітці розрізняють вузли та міжвузловий простір.

Одна і та ж речовина в залежності від умов (p, t,…)існує в різних кристалічних формах (тобто мають різні кристалічні грати) – алотропних модифікаціях, що відрізняються за властивостями.

Наприклад, відомо чотири модифікації вуглецю – графіт, алмаз, карбін та лонсдейліт.

☼ Четвертий різновид кристалічного вуглецю «лонсдейліт» мало кому відомий. Він виявлений у метеоритах та отриманий штучно, а будова його ще вивчається.

☼ Сажу, кокс, деревне вугіллявідносили до аморфних полімерів вуглецю. Однак тепер стало відомо, що це також кристалічні речовини.

☼ До речі, у сажі виявили блискучі чорні частинки, які назвали «дзеркальним вуглецем». Дзеркальний вуглець хімічно інертний, термостійкий, непроникний для газів та рідин, має гладку поверхню та абсолютну сумісність з живими тканинами.

☼ Назва графіту походить від італійського "граффітто" - пишу, малюю. Графіт є темно – сірі кристали зі слабким металевим блиском, має шаруваті грати. Окремі шари атомів у кристалі графіту, пов'язані між собою порівняно слабо, легко відокремлюються один від одного.

ТИПИ КРИСТАЛИЧНИХ ҐРАТОК

	іонна			металева
Що у вузлах кристалічних ґрат, структурна одиниця	іони	атоми	молекули	атоми та катіони
Тип хімічного зв'язку між частинками вузла	іонна		ковалентна: полярна та неполярна	металева
Сили взаємодії між частинками кристала	електростаті- чеські	ковалентні	міжмолекуляр- ні	електростаті- чеські
Фізичні властивості, зумовлені кристалічними ґратами	· сили тяжіння між іонами великі, · Т пл. (Тугоплавкт), · Легко розчиняються у воді, · Розплав та р-р проводить ел.ток,	· Нелеткі (не мають запаху) · ковалентні зв'язки між атомами великі, · Т пл. і T кіп дуже,	· у воді не розчиняються, · Розплав не проводить ел.ток · сили тяжіння між молекулами невеликі, · Т пл. ↓,	· Деякі розчиняються у воді, · мають запах – летючі · сили взаємодії великі,
· Т пл. ,	· Високі тепло та електропровідність	· Високі тепло та електропровідність	Агрегатний стан речовини за звичайних умов тверде тверде,	Агрегатний стан речовини за звичайних умов газоподібне, рідке
рідке (Н	g)	Приклади більшість солей, лугів, оксиди типових металів С (алмаз, графіт), Si, Ge, B, SiO 2, CaC 2,	SiC (карборунд), BN, Fe 3 C, TaC (t пл. =3800 0 С) Червоний та чорний фосфор. Оксиди деяких металів. всі гази, рідини, більшість неметалів: інертні гази, галогени, H 2 , N 2 , O 2 , O 3 , P 4 (білий), S 8 . Водневі сполуки неметалів, оксиди неметалів: H 2 O ,.	CO 2 «сухий лід». Більшість

органічних сполук

Метали, метали

Якщо швидкість зростання кристалів мала при охолодженні – утворюється склоподібний стан (аморфний). Взаємозв'язок між положеннямелемента в Періодичній системі і кристалічною решіткою його простої речовини.Між положенням елемента в

		періодичної системи
			і кристалічною решіткою його відповідної простої речовини існує тісний взаємозв'язок.			група	III
VII VIII п е р і						о
				д	H 2	N 2
	і кристалічною решіткою його відповідної простої речовини існує тісний взаємозв'язок.			O 2	F 2	P 4
						S 8
						Cl 2
Br 2 I 2		металева			Тип	кристалічної решітки

атомна

молекулярна

Прості речовини інших елементів мають металеві кристалічні грати.

ЗАКРІПЛЕННЯ
Вивчіть матеріал лекції, дайте відповідь на наступні запитання письмово в зошиті:
Охарактеризуйте кожен вид кристалічних ґрат за планом: Що у вузлах кристалічних ґрат, структурна одиниця → Тип хімічного зв'язку між частинками вузла → Сили взаємодії між частинками кристалу → Фізичні властивості, зумовлені кристалічною решіткою → Агрегатний стан речовини за звичайних умов → Приклади

Виконайте завдання на цю тему:

Який тип кристалічної решітки у наступних речовин, що широко використовуються в побуті: вода, оцтова кислота (CH 3 COOH ), цукор (C 12 H 22 O 11), калійне добриво (KCl ), річковий пісок (SiO 2) – температура плавлення 1710 0 C , аміак (NH 3), кухонна сіль? Зробіть узагальнений висновок: за якими властивостями речовини можна визначити тип кристалічної решітки?
За формулами наведених речовин: SiC , CS 2 , NaBr , C 2 H 2 - визначте тип кристалічних ґрат (іонна, молекулярна) кожної сполуки і на основі цього опишіть фізичні властивості кожної з чотирьох речовин.
Тренажер №1. "Кристалічні грати"
Тренажер №2. "Тестові завдання"
Тест (самоконтроль):

1) Речовини, що мають молекулярні кристалічні грати, як правило:

a). тугоплавки і добре розчиняються у воді
б). легкоплавки та летючі
в). Тверді та електропровідні
г). Теплопровідні та пластичні

2) Поняття «молекула» не застосовуєтьсяпо відношенню до структурної одиниці речовини:

a). вода

б). кисень

в). алмаз

г). озон

3) Атомні кристалічні грати характерні для:

a). алюмінію та графіту

б). сірки та йоду

в). оксиду кремнію та хлориду натрію

г). алмазу та бору

4) Якщо речовина добре розчинна у воді, має високу температуру плавлення, електропровідно, то її кристалічні грати:

а). молекулярна

б). атомна

в). іонна

г). металева

Більшість твердих речовин має кристалічну будову. Кристалічна решіткапобудована з однакових структурних одиниць, що повторюються, індивідуальних для кожного кристала. Ця структурна одиниця зветься "елементарний осередок". Іншими словами, кристалічні грати є відображенням просторової структури твердої речовини.

Класифікувати кристалічні решітки можна по-різному.

I. По симетрії кристалівграти класифікуються на кубічні, тетрагональні, ромбічні, гексагональні.

Ця класифікація зручна в оцінці оптичних властивостей кристалів, і навіть їх каталітичної активності.

ІІ. За природою частинок, що знаходяться у вузлах решітки та за типом хімічного зв'язкуміж ними розрізняють атомні, молекулярні, іонні та металеві кристалічні грати. Тип зв'язку в кристалі визначає відмінність у твердості, розчинності у воді, величині теплоти розчинення та теплоти плавлення, електричної провідності.

Важливою характеристикою кристала є енергія кристалічних ґрат,кДж/моль – енергія, яку потрібно витратити на руйнування даного кристала.

Молекулярні грати

Молекулярні кристалискладаються з молекул, що утримуються в певних положеннях кристалічних ґрат слабкими міжмолекулярними зв'язками (вандерваальсовими силами) або водневими зв'язками. Ці решітки характерні для речовин із ковалентними зв'язками.

Речовин з молекулярними гратами дуже багато. Це велике числоорганічних сполук (цукор, нафталін та ін.), кристалічна вода (лід), твердий вуглекислий газ ("сухий лід"), тверді галогеноводороди, йод, тверді гази, в тому числі і благородні,

Мінімальна енергія кристалічних ґрат у речовин з неполярними та малополярними молекулами (СН 4 , СО 2 тощо).

Ґрати, утворені більш полярними молекулами, мають і більш високу енергію кристалічних ґрат. Найбільшу енергію мають решітки з речовинами, що утворюють водневі зв'язки (Н 2 Про, NН 3).

Через слабкої взаємодіїміж молекулами ці речовини леткі, легкоплавки, мають невелику твердість, не проводять електричний струм (діелектрики) і мають низьку теплопровідність.

Атомні грати

У вузлах атомної кристалічної решіткизнаходяться атоми одного або різних елементів, пов'язаних між собою ковалентними зв'язками по всіх трьох осях. Такі кристали, які називають також ковалентними, порівняно нечисленні.

Прикладами кристалів цього можуть бути алмаз, кремній, германій, олово, і навіть кристали складних речовин, таких як нітрид бору, нітрид алюмінію, кварц, карбід кремнію. Всі ці речовини мають алмазоподібну решітку.

Енергія кристалічних ґрат у таких речовинах практично збігається з енергією хімічного зв'язку (200 – 500 кДж/моль). Це визначає і їх Фізичні властивості: висока твердість, температура плавлення та температура кипіння.

Різноманітні електропровідні властивості цих кристалів: алмаз, кварц, нітрид бору діелектрики; кремній, германій – напівпровідники; металеве сіре олово добре проводить електричний струм.

У кристалах з атомними кристалічними гратами не можна виділити окрему структурну одиницю. Весь монокристал є одну гігантську молекулу.

Іонні грати

У вузлах іонної решіткичергуються позитивні та негативні іони, між якими діють електростатичні сили. Іонні кристали утворюють сполуки з іонним зв'язком, наприклад, хлорид натрію NaCl, фторид калію і KF та ін. До складу іонних сполук можуть входити складні іони, наприклад, NO 3 - , SO 4 2 - .

Іонні кристали також є гігантською молекулою, в якій кожен іон зазнає значної дії з боку всіх інших іонів.

Енергія іонних кристалічних ґрат може досягати значних величин. Так, Е (NaCl) = 770 кДж/моль, а Е (ВеО) = 4530 кДж/моль.

Іонні кристали мають високі температури плавлення та кипіння і високу міцність, але крихкі. Багато хто з них погано проводять електричний струм при кімнатній температурі (приблизно на двадцять порядків нижче, ніж у металів), але зі зростанням температури спостерігається збільшення електричної провідності.

Металеві грати

Кристали металівдають приклади найпростіших кристалічних структур.

Іони металу у ґратах металевого кристала можна наближено розглядати у вигляді куль. У твердих металах ці кулі упаковані з максимальною щільністю, на що вказує значна щільність більшості металів (від 0,97 г/см 3 натрію, 8,92 г/см 3 у міді до 19,30 г/см 3 у вольфраму і золота ). Найбільш щільна упаковка куль в одному шарі – це гексагональна упаковка, в якій кожна куля оточена шістьма іншими кулями (у тій же площині). Центри будь-яких трьох сусідніх куль утворюють рівносторонній трикутник.

Такі властивості металів, як високі тягучість і ковкість, вказують на відсутність жорсткості у металевих ґратах: їх площини досить легко зсуваються одна щодо іншої.

Валентні електрони беруть участь в утворенні зв'язку з усіма атомами, вільно переміщуються по всьому об'єму шматка металу. На це вказують високі значенняелектропровідності та теплопровідності.

По енергії кристалічних ґрат метали займають проміжне положення між молекулярними і ковалентними кристалами. Енергія кристалічних ґрат складає:

Таким чином, фізичні властивості твердих речовин суттєво залежать від типу хімічного зв'язку та структури.

Структура та властивості твердих речовин

Характеристики	Кристали
Металеві	Іонні	Молекулярні	Атомні
Приклади	K, Al, Cr, Fe	NaCl, KNO 3	I 2 , нафталін	алмаз, кварц
Структурні частки	Позитивні іони та рухливі електрони	Катіони та аніони	Молекули	Атоми
Тип хімічного зв'язку	Металева	Іонна	У молекулах – ковалентна; між молекулами – вандерваальсові сили та водневі зв'язки	Між атомами – ковалентна
t плавлення	Висока	Висока	Невисока	Дуже висока
t кипіння	Висока	Висока	Невисока	Дуже висока
Механічні властивості	Тверді, ковкі, тягучі	Тверді, тендітні	М'які	Дуже тверді
Електропровідність	Хороші провідники	У твердому вигляді діелектрики; у розплаві або розчині – провідники	Діелектрики	Діелектрики (крім графіту)
Розчинність
в воді	Нерозчинні	Розчинні	Нерозчинні	Нерозчинні
у неполярних розчинниках	Нерозчинні	Нерозчинні	Розчинні	Нерозчинні

(Всі визначення, формули, графіки та рівняння реакцій даються під запис.)

Одним із найпоширеніших матеріалів, з яким завжди вважали за краще працювати люди, був метал. У кожну епоху перевага надавалася різним видамцих дивовижних речовин. Так, IV-III тисячоліття до нашої ери вважаються віком хальколіту, або мідним. Пізніше його змінює бронзовий, а потім набирає чинності той, що і до цього дня є актуальним - залізний.

Сьогодні взагалі складно уявити, що колись можна було обходитися без металевих виробів, адже практично все, починаючи від предметів побуту, медичних інструментів та закінчуючи важким та легкою технікою, Складається з цього матеріалу або включає до свого складу окремі частини з нього. Чому ж метали зуміли здобути таку популярність? У чому виявляються особливості і як це закладено у їхній будові, спробуємо розібратися далі.

Загальне поняття про метали

"Хімія. 9 клас" - це підручник, яким проходять навчання школярі. Саме у ньому докладно вивчаються метали. Розгляду їх фізичних та хімічних властивостейвідведено великий розділ, адже різноманітність їх надзвичайно велика.

Саме з цього віку рекомендують давати дітям уявлення про дані атоми та їх властивості, адже підлітки вже можуть оцінити значення подібних знань. Вони чудово бачать, що різноманітність предметів, машин та інших речей, що їх оточує, має в своїй основі саме металеву природу.

Що таке метал? З точки зору хімії, до даних атомів прийнято відносити ті, що мають:

мале на зовнішньому рівні;
виявляють сильні відновлювальні властивості;
мають великий атомний радіус;
як прості речовини мають низку специфічних фізичних властивостей.

Основу знань про ці речовини можна отримати, якщо розглянути атомно-кристалічна будова металів. Саме воно пояснює всі особливості та властивості даних сполук.

У періодичній системі для металів відводиться більша частинавсієї таблиці, адже вони утворюють всі побічні підгрупи та головні з першої по третю групу. Тому їхня чисельна перевага очевидна. Найпоширенішими є:

кальцій;
натрій;
титан;
залізо;
магній;
алюміній;
калій.

Всі метали мають ряд властивостей, які дозволяють об'єднувати їх в одну велику групуречовин. У свою чергу ці властивості пояснює саме кристалічна будова металів.

Властивості металів

До специфічним властивостяманалізованих речовин відносять такі.

Металевий блиск. Всі представники простих речовин їм володіють, причому більшість однаковим. Лише деякі (золото, мідь, сплави) відрізняються.
Ковкість і пластичність - здатність деформуватися та відновлюватися досить легко. У різних представниківвиражена неоднаковою мірою.
Електропровідність і теплопровідність - одна з основних властивостей, що визначає галузі застосування металу та його сплавів.

Кристалічна будова металів і сплавів пояснює причину кожного з зазначених властивостей і говорить про виразність їх у кожного конкретного представника. Якщо знати особливості такої будови, то можна впливати на властивості зразка і підлаштовувати його під потрібні параметри, що роблять люди вже багато десятиліть.

Атомно-кристалічна будова металів

У чому полягає така будова, чим характеризується? Сама назва говорить про те, що всі метали є кристалами в твердому стані, тобто за звичайних умов (крім ртуті, яка є рідиною). А що таке кристал?

Це умовне графічне зображення, побудований шляхом перетину уявних ліній через атоми, які вибудовують тіло. Інакше кажучи, кожен метал складається з атомів. Вони розташовуються в ньому не хаотично, а дуже правильно та послідовно. Так от, якщо подумки поєднати всі ці частинки в одну структуру, то вийде гарне зображенняяк правильного геометричного тіла будь-якої форми.

Це і прийнято називати кристалічною решіткою металу. Вона дуже складна та просторово об'ємна, тому для спрощення показують не всю її, а лише частину, елементарну комірку. Сукупність таких осередків, зібрана разом і відображена і утворює кристалічні решітки. Хімія, фізика та металознавство – це науки, які займаються вивченням особливостей будови таких структур.

Сама - це набір атомів, які розташовуються на певній відстані один від одного і координують довкола себе суворо фіксоване число інших частинок. Вона характеризується щільністю упаковки, відстанню між складовими структурами, координаційним числом. У цілому нині ці параметри є характеристикою і всього кристала, отже, відбивають і проявляються металом властивості.

Існує кілька різновидів Об'єднує їх усі одна особливість - у вузлах знаходяться атоми, а всередині розташовується хмара електронного газу, яка формується шляхом вільного пересування електронів усередині кристала.

Типи кристалічних грат

Чотирнадцять варіантів будови решітки прийнято поєднувати в три основних типи. Вони такі:

Об'ємно-центрована кубічна.
Гексагональна щільноупакована.
Гранецентрована кубічна.

Кристалічна будова металів була вивчена тільки завдяки коли стало можливим отримувати більші збільшення зображень. А класифікацію типів ґрат вперше навів французький учений Браве, на прізвище якого їх іноді називають.

Об'ємно-центровані грати

Будова кристалічної решітки металів даного типу є такою структурою. Це куб, у вузлах якого є вісім атомів. Ще один розташовується в центрі вільного внутрішнього просторуосередки, що і пояснює назву "об'ємно-центрована".

Це один з варіантів найпростішої будови елементарного осередку, а значить, і всієї решітки загалом. Такий тип мають такі метали:

молібден;
ванадій;
хром;
марганець;
альфа-залізо;
бетта-залізо та інші.

Основні властивості таких представників - високий ступінь ковкості та пластичності, твердість та міцність.

Гранецентровані грати

Кристалічна будова металів, що мають гранецентровані кубічні грати, є наступною структурою. Це куб, який включає до свого складу чотирнадцять атомів. Вісім з них формують вузли ґрат, а ще шість розташовані по одному на кожній грані.

Подібну структуру мають:

алюміній;
нікель;
свинець;
гамма-залізо;
мідь.

Основні відмінні властивості – блиск різного кольору, легкість, міцність, ковкість, підвищена стійкість до корозії.

Гексагональні грати

Кристалічна будова металів, що мають решітки, така. В основі елементарного осередку лежить шестигранна призма. У її вузлах розташовується 12 атомів, ще два на підставах і три атоми вільно лежать усередині простору в центрі структури. Усього сімнадцять атомів.

Подібну складну конфігурацію мають такі метали, як:

альфа-титан;
магній;
альфа-кобальт;
цинк.

Основні властивості – високий ступінь міцності, сильний сріблястий блиск.

Дефекти кристалічної будови металів

Однак усі розглянуті типи осередків можуть мати природні недоліки, або так звані дефекти. Це може бути пов'язано з різними причинами: сторонніми атомами та домішками в металах, зовнішніми впливами та ін.

Тому існує класифікація, що відбиває дефекти, які можуть мати кристалічні ґрати. Хімія як наука вивчає кожен з них з метою виявлення причини та способу усунення, щоб властивості матеріалу не були змінені. Отже, дефекти такі.

Крапкові. Вони бувають трьох основних видів: вакансії, домішки чи дислоковані атоми. Приводять до погіршення магнітних властивостейметалу, електро- та теплопровідності його.
Лінійні, чи дислокаційні. Виділяють крайові та гвинтові. Погіршують міцність та якість матеріалу.
Поверхневі дефекти. Впливають на зовнішній виглядта структуру металів.

В даний час розроблено методики усунення дефектів та отримання чистих кристалів. Однак зовсім викоренити їх не вдається, ідеальної кристалічної решітки не існує.

Значення знань про кристалічну будову металів

З вищевикладеного матеріалу очевидно, що знання про тонку структуру та будову дозволяють спрогнозувати властивості матеріалу та вплинути на них. І це дає змогу робити наука хімія. 9 клас загальноосвітньої школи робить у процесі навчання наголос на тому, щоб сформувати у учнів чітке поняття про важливе значення основної логічного ланцюжка: склад - будова - властивості - застосування.

Відомості про кристалічну будову металів дуже чітко ілюструє і дозволяє вчителю наочно пояснити і показати дітям, наскільки важливо знати тонку структуру, щоб правильно та грамотно використати всі властивості.