Particules formant un réseau cristallin ionique. Structure de la matière

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Type de cours: Combiné.

Le but de la leçon : Créer les conditions pour le développement de la capacité des étudiants à établir la dépendance de cause à effet des propriétés physiques des substances sur le type de liaison chimique et le type de réseau cristallin, à prédire le type de réseau cristallin en fonction des propriétés physiques de la substance.

Objectifs de la leçon:

• Former des concepts sur l'état cristallin et amorphe des solides, familiariser les étudiants avec différents types de réseaux cristallins, établir la dépendance des propriétés physiques d'un cristal sur la nature de la liaison chimique dans le cristal et le type de réseau cristallin, donner aux élèves des idées de base sur l'influence de la nature des liaisons chimiques et des types de réseaux cristallins sur les propriétés de la matière.
• Continuer à former la vision du monde des étudiants, considérer l'influence mutuelle des composants des particules structurelles entières de substances, à la suite de laquelle de nouvelles propriétés apparaissent, développer la capacité d'organiser leur travail éducatif et observer les règles de travail en équipe .
• Développer l'intérêt cognitif des écoliers à partir de situations problématiques ;

Équipement: Système périodique D.I. Mendeleev, collection « Métaux », non-métaux : soufre, graphite, phosphore rouge, silicium cristallin, iode ; Présentation « Types de réseaux cristallins », modèles de réseaux cristallins de différents types (sel de table, diamant et graphite, dioxyde de carbone et iode, métaux), échantillons de plastiques et produits fabriqués à partir de ceux-ci, verre, pâte à modeler, ordinateur, projecteur.

Pendant les cours

1. Moment organisationnel.

L'enseignant accueille les élèves et enregistre les absents.

2. Tester les connaissances sur le thème « Liaison chimique ». État d'oxydation."

Travail indépendant (15 minutes)

3. Étudier du nouveau matériel.

L'enseignant annonce le sujet de la leçon et le but de la leçon. (Diapositive 1,2)

Les élèves notent la date et le sujet du cours dans leur cahier.

Actualisation des connaissances.

L'enseignant pose des questions à la classe :

1. Quels types de particules connaissez-vous ? Les ions, les atomes et les molécules ont-ils des charges ?
2. Quels types de liaisons chimiques connaissez-vous ?
3. Quels états agrégatifs de substances connaissez-vous ?

Professeur:« Toute substance peut être un gaz, un liquide ou un solide. Par exemple, l'eau. Dans des conditions normales, c'est un liquide, mais il peut s'agir de vapeur et de glace. Ou l'oxygène dans des conditions normales est un gaz ; à une température de -1940 C, il se transforme en un liquide bleu, et à une température de -218,8°C, il se solidifie en une masse semblable à de la neige, constituée de cristaux bleus. Dans cette leçon, nous examinerons l'état solide des substances : amorphes et cristallines. (Diapositive 3)

Professeur: les substances amorphes n'ont pas de point de fusion clair - lorsqu'elles sont chauffées, elles se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Les substances amorphes comprennent, par exemple, le chocolat, qui fond dans les mains et dans la bouche ; chewing-gum, pâte à modeler, cire, plastiques (des exemples de telles substances sont présentés). (Diapositive 7)

Les substances cristallines ont un point de fusion clair et, surtout, se caractérisent par la disposition correcte des particules en des points strictement définis de l'espace. (Diapositives 5,6) Lorsque ces points sont reliés par des lignes droites, un cadre spatial se forme, appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds du réseau.

Les élèves notent la définition dans leur cahier : « Un réseau cristallin est un ensemble de points dans l'espace dans lesquels se trouvent les particules qui forment un cristal. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds du réseau.

Selon les types de particules situées aux nœuds de ce réseau, il existe 4 types de réseaux. (Diapositive 8) S'il y a des ions aux nœuds d'un réseau cristallin, alors un tel réseau est appelé ionique.

L'enseignant pose des questions aux élèves :

– Quel sera le nom des réseaux cristallins, dans les nœuds desquels se trouvent des atomes et des molécules ?

Mais il existe des réseaux cristallins aux nœuds desquels se trouvent à la fois des atomes et des ions. De telles grilles sont appelées grilles métalliques.

Nous allons maintenant remplir le tableau : « Réseaux cristallins, type de liaison et propriétés des substances ». Au fur et à mesure que nous remplirons le tableau, nous établirons la relation entre le type de réseau, le type de connexion entre les particules et les propriétés physiques des solides.

Considérons le 1er type de réseau cristallin, appelé ionique. (Diapositive 9)

– Quelle est la liaison chimique dans ces substances ?

Regardez le réseau cristallin ionique (un modèle d'un tel réseau est présenté). Ses nœuds contiennent des ions chargés positivement et négativement. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium est composé d’ions sodium positifs et d’ions chlorure négatifs, formant un réseau en forme de cube. Les substances à réseau cristallin ionique comprennent les sels, les oxydes et les hydroxydes de métaux typiques. Les substances dotées d'un réseau cristallin ionique ont une dureté et une résistance élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.

Professeur: Les propriétés physiques des substances à réseau cristallin atomique sont les mêmes que celles des substances à réseau cristallin ionique, mais souvent à un degré superlatif : très dures, très durables. Le diamant, qui possède un réseau cristallin atomique, est la substance la plus dure de toutes les substances naturelles. Il sert de norme de dureté qui, selon un système de 10 points, est notée avec la note la plus élevée de 10. (Diapositive 10). Pour ce type de réseau cristallin, vous saisirez vous-même les informations nécessaires dans le tableau en travaillant vous-même avec le manuel.

Professeur: Considérons le 3ème type de réseau cristallin, appelé métallique. (Diapositives 11,12) Aux nœuds d'un tel réseau se trouvent des atomes et des ions, entre lesquels les électrons se déplacent librement, les reliant en un seul tout.

Cette structure interne des métaux détermine leurs propriétés physiques caractéristiques.

Professeur: Quelles propriétés physiques des métaux connaissez-vous ? (malléabilité, plasticité, conductivité électrique et thermique, éclat métallique).

Professeur: En quels groupes toutes les substances sont-elles divisées selon leur structure ? (Diapositive 12)

Considérons le type de réseau cristallin que possèdent des substances aussi connues que l'eau, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'azote et autres. C'est ce qu'on appelle moléculaire. (Diapositive 14)

– Quelles particules se trouvent aux nœuds de ce réseau ?

La liaison chimique dans les molécules situées sur les sites du réseau peut être covalente polaire ou covalente non polaire. Malgré le fait que les atomes à l'intérieur de la molécule soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaires agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les substances possédant un réseau cristallin moléculaire ont une faible dureté, de faibles points de fusion et sont volatiles. Lorsque des substances gazeuses ou liquides se transforment en solides dans des conditions particulières, elles développent alors un réseau cristallin moléculaire. Des exemples de telles substances peuvent être de l'eau solide - glace, du dioxyde de carbone solide - neige carbonique. Ce treillis contient du naphtalène, qui est utilisé pour protéger les produits en laine des mites.

– Quelles propriétés du réseau cristallin moléculaire déterminent l’utilisation du naphtalène ? (volatilité). Comme nous le voyons, les solides ne sont pas les seuls à pouvoir posséder un réseau cristallin moléculaire. simple substances : gaz rares, H 2, O 2, N 2, I 2, O 3, phosphore blanc P 4, mais et complexe: eau solide, chlorure d'hydrogène solide et sulfure d'hydrogène. La plupart des composés organiques solides possèdent des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

Les sites du réseau contiennent des molécules non polaires ou polaires. Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par de fortes liaisons covalentes, de faibles forces intermoléculaires agissent entre les molécules elles-mêmes.

Conclusion : Les substances sont fragiles, ont une faible dureté, un faible point de fusion et sont volatiles.

Question : Quel processus est appelé sublimation ou sublimation ?

Réponse : La transition d'une substance d'un état d'agrégation solide directement à un état gazeux, en contournant l'état liquide, est appelée sublimation ou sublimation.

Démonstration d'expérience : sublimation de l'iode

Ensuite, les élèves nomment à tour de rôle les informations qu’ils ont notées dans le tableau.

Réseaux cristallins, type de liaison et propriétés des substances.

Professeur: Quelle conclusion peut-on tirer du travail effectué sur la table ?

Conclusion 1 : Les propriétés physiques des substances dépendent du type de réseau cristallin. Composition de la substance → Type de liaison chimique → Type de réseau cristallin → Propriétés des substances . (Diapositive 18).

Question: Quel type de réseau cristallin parmi ceux évoqués ci-dessus ne se trouve pas dans les substances simples ?

Répondre: Réseaux cristallins ioniques.

Question: Quels réseaux cristallins sont caractéristiques des substances simples ?

Répondre: Pour les substances simples - les métaux - un réseau cristallin métallique ; pour les non-métaux – atomiques ou moléculaires.

Travailler avec le système périodique D.I. Mendeleïev.

Question: Où se trouvent les éléments métalliques dans le tableau périodique et pourquoi ? Éléments non métalliques et pourquoi ?

Répondre : Si vous dessinez une diagonale du bore à l'astatine, alors dans le coin inférieur gauche de cette diagonale il y aura des éléments métalliques, car au dernier niveau d'énergie, ils contiennent de un à trois électrons. Il s'agit des éléments I A, II A, III A (sauf le bore), ainsi que l'étain et le plomb, l'antimoine et tous les éléments des sous-groupes secondaires.

Les éléments non métalliques sont situés dans le coin supérieur droit de cette diagonale, car au dernier niveau d'énergie, ils contiennent de quatre à huit électrons. Ce sont les éléments IV A, V A, VI A, VII A, VIII A et le bore.

Professeur: Trouvons des éléments non métalliques dont les substances simples ont un réseau cristallin atomique (Réponse : C, B, Si) et moléculaire ( Réponse : N, S, O , halogènes et gaz rares )

Professeur: Formulez une conclusion sur la façon dont vous pouvez déterminer le type de réseau cristallin d’une substance simple en fonction de la position des éléments dans le tableau périodique de D.I. Mendeleïev.

Répondre: Pour les éléments métalliques appartenant aux groupes I A, II A, IIIA (sauf le bore), ainsi que l'étain et le plomb, et tous les éléments des sous-groupes secondaires d'une substance simple, le type de réseau est le métal.

Pour les éléments non métalliques IV A et le bore dans une substance simple, le réseau cristallin est atomique ; et les éléments V A, VI A, VII A, VIII A dans les substances simples ont un réseau cristallin moléculaire.

Nous continuons à travailler avec le tableau complété.

Professeur: Regardez attentivement la table. Quel modèle peut-on observer ?

Nous écoutons attentivement les réponses des élèves, puis, avec la classe, nous tirons une conclusion. Conclusion 2 (diapositive 17)

4. Fixation du matériel.

Test (maîtrise de soi) :

En règle générale, les substances qui ont un réseau cristallin moléculaire :
a) Réfractaire et hautement soluble dans l'eau
b) Fusible et volatile
c) Solide et électriquement conducteur
d) Thermoconducteur et plastique

La notion de « molécule » n'est pas applicable à l'unité structurelle d'une substance :
de l'eau
b) Oxygène
c) Diamant
d) Ozone

Le réseau cristallin atomique est caractéristique de :
a) Aluminium et graphite
b) Soufre et iode
c) Oxyde de silicium et chlorure de sodium
d) Diamant et bore

Si une substance est hautement soluble dans l’eau, a un point de fusion élevé et est électriquement conductrice, alors son réseau cristallin est :
a) Moléculaire
b) Nucléaire
c) Ionique
d) Métal

5. Réflexion.

6. Devoirs.

Caractériser chaque type de réseau cristallin selon le plan : Ce qu'il y a dans les nœuds du réseau cristallin, unité structurale → Type de liaison chimique entre les particules du nœud → Forces d'interaction entre les particules du cristal → Propriétés physiques dues au cristal réseau → État global de la substance dans des conditions normales → Exemples.

À l'aide des formules des substances données : SiC, CS 2, NaBr, C 2 H 2 - déterminer le type de réseau cristallin (ionique, moléculaire) de chaque composé et, sur cette base, décrire les propriétés physiques attendues de chacun des quatre substances.

Il existe deux types de solides dans la nature, qui diffèrent sensiblement par leurs propriétés. Ce sont des corps amorphes et cristallins. Et les corps amorphes n'ont pas de point de fusion exact ; lors du chauffage, ils se ramollissent progressivement puis passent à l'état fluide. Un exemple de telles substances est la résine ou la pâte à modeler ordinaire. Mais la situation est complètement différente avec les substances cristallines. Ils restent à l'état solide jusqu'à une certaine température, et ce n'est qu'après l'avoir atteinte que ces substances fondent.

Tout dépend de la structure de ces substances. Dans les solides cristallins, les particules qui les composent sont localisées en certains points. Et si vous les connectez avec des lignes droites, vous obtenez une sorte de cadre imaginaire, appelé réseau cristallin. Et les types de réseaux cristallins peuvent être très différents. Et selon le type de particules à partir desquelles ils sont « construits », les réseaux sont divisés en quatre types. Ce sont des éléments ioniques, atomiques, moléculaires et

Et aux nœuds, en conséquence, les ions sont localisés et il existe une liaison ionique entre eux. peut être simple (Cl-, Na+) ou complexe (OH-, SO2-). Et ces types de réseaux cristallins peuvent contenir des hydroxydes et oxydes métalliques, des sels et d’autres substances similaires. Prenez, par exemple, le chlorure de sodium ordinaire. Il alterne des ions chlore négatifs et des ions sodium positifs, qui forment un réseau cristallin cubique. Les liaisons ioniques dans un tel réseau sont très stables et les substances « construites » selon ce principe ont une résistance et une dureté assez élevées.

Il existe également des types de réseaux cristallins appelés atomiques. Ici, les nœuds contiennent des atomes entre lesquels il existe une forte liaison covalente. Peu de substances possèdent un réseau atomique. Ceux-ci comprennent le diamant, ainsi que le germanium cristallin, le silicium et le bore. Il existe également des substances complexes qui contiennent et possèdent, par conséquent, un réseau cristallin atomique. Ce sont le cristal de roche et la silice. Et dans la plupart des cas, ces substances sont très résistantes, dures et réfractaires. Ils sont également pratiquement insolubles.

Et les types moléculaires des réseaux cristallins contiennent une variété de substances. Il s'agit notamment de l'eau gelée, c'est-à-dire de la glace ordinaire, de la « glace carbonique » - du monoxyde de carbone solidifié, ainsi que du sulfure d'hydrogène solide et du chlorure d'hydrogène. Les réseaux moléculaires contiennent également de nombreux composés organiques solides. Il s'agit notamment du sucre, du glucose, du naphtalène et d'autres substances similaires. Et les molécules situées aux nœuds d'un tel réseau sont reliées entre elles par des liaisons chimiques polaires et non polaires. Et malgré le fait qu'à l'intérieur des molécules il existe de fortes liaisons covalentes entre les atomes, ces molécules elles-mêmes sont retenues dans le réseau en raison de liaisons intermoléculaires très faibles. Par conséquent, ces substances sont assez volatiles, fondent facilement et n’ont pas une grande dureté.

Eh bien, les métaux ont une variété de types de réseaux cristallins. Et leurs nœuds peuvent contenir à la fois des atomes et des ions. Dans ce cas, les atomes peuvent facilement se transformer en ions, abandonnant leurs électrons pour un « usage commun ». De la même manière, les ions, ayant « capturé » un électron libre, peuvent devenir des atomes. Et ce réseau détermine les propriétés des métaux telles que la plasticité, la malléabilité, la conductivité thermique et électrique.

En outre, les types de réseaux cristallins de métaux et d'autres substances sont divisés en sept systèmes principaux en fonction de la forme des cellules élémentaires du réseau. La plus simple est la cellule cubique. Il existe également des cellules unitaires rhombiques, tétragonales, hexagonales, rhomboédriques, monocliniques et tricliniques qui déterminent la forme de l'ensemble du réseau cristallin. Mais dans la plupart des cas, les réseaux cristallins sont plus complexes que ceux énumérés ci-dessus. Cela est dû au fait que les particules élémentaires peuvent être localisées non seulement dans les nœuds du réseau eux-mêmes, mais également en son centre ou sur ses bords. Et parmi les métaux, les plus courants sont les trois réseaux cristallins complexes suivants : cubique à faces centrées, cubique à corps centré et hexagonal compact. Les caractéristiques physiques des métaux dépendent également non seulement de la forme de leur réseau cristallin, mais également de la distance interatomique et d'autres paramètres.

Dans les solides, les particules (molécules, atomes et ions) sont si proches les unes des autres que les forces d'interaction entre elles ne leur permettent pas de se séparer. Ces particules ne peuvent effectuer que des mouvements oscillatoires autour de la position d'équilibre. Les solides conservent donc leur forme et leur volume.

Selon leur structure moléculaire, les solides sont divisés en cristalline Et amorphe .

Structure des corps cristallins

Cellule de cristal

Les cristallins sont les solides, molécules, atomes ou ions dans lesquels ils sont disposés dans un ordre géométrique strictement défini, formant une structure dans l'espace appelée réseau cristallin . Cet ordre est périodiquement répété dans toutes les directions dans l’espace tridimensionnel. Il persiste sur de longues distances et n'est pas limité dans l'espace. Il est appelé sur un long chemin .

Types de réseaux cristallins

Un réseau cristallin est un modèle mathématique qui peut être utilisé pour imaginer comment les particules sont disposées dans un cristal. En reliant mentalement les points de l'espace où se trouvent ces particules avec des lignes droites, nous obtenons un réseau cristallin.

La distance entre les atomes situés aux sites de ce réseau est appelée le paramètre de maille .

Selon les particules situées aux nœuds, les réseaux cristallins peuvent être moléculaire, atomique, ionique et métallique .

Les propriétés des corps cristallins telles que le point de fusion, l'élasticité et la résistance dépendent du type de réseau cristallin.

Lorsque la température atteint une valeur à laquelle commence la fusion d’un solide, le réseau cristallin est détruit. Les molécules gagnent plus de liberté et la substance cristalline solide passe au stade liquide. Plus les liaisons entre molécules sont fortes, plus le point de fusion est élevé.

Réseau moléculaire

Dans les réseaux moléculaires, les liaisons entre molécules ne sont pas fortes. Par conséquent, dans des conditions normales, ces substances sont à l’état liquide ou gazeux. L'état solide n'est possible pour eux qu'à basse température. Leur point de fusion (passage du solide au liquide) est également bas. Et dans des conditions normales, ils sont à l’état gazeux. Des exemples sont l'iode (I 2), la « glace carbonique » (dioxyde de carbone CO 2).

Réseau atomique

Dans les substances possédant un réseau cristallin atomique, les liaisons entre les atomes sont fortes. Les substances elles-mêmes sont donc très dures. Ils fondent à haute température. Le silicium, le germanium, le bore, le quartz, les oxydes de certains métaux et la substance la plus dure de la nature, le diamant, possèdent un réseau atomique cristallin.

Réseau ionique

Les substances dotées d'un réseau cristallin ionique comprennent les alcalis, la plupart des sels et les oxydes de métaux typiques. La force d’attraction des ions étant très forte, ces substances ne peuvent fondre qu’à des températures très élevées. On les appelle réfractaires. Ils ont une résistance et une dureté élevées.

Grille métallique

Aux nœuds du réseau métallique que possèdent tous les métaux et leurs alliages, se trouvent à la fois des atomes et des ions. Grâce à cette structure, les métaux ont une bonne malléabilité et ductilité, une conductivité thermique et électrique élevée.

Le plus souvent, la forme du cristal est un polyèdre régulier. Les faces et les bords de ces polyèdres restent toujours constants pour une substance particulière.

Un monocristal s’appelle monocristal . Il a une forme géométrique régulière, un réseau cristallin continu.

Des exemples de monocristaux naturels sont le diamant, le rubis, le cristal de roche, le sel gemme, le spath d'Islande et le quartz. Dans des conditions artificielles, les monocristaux sont obtenus par le processus de cristallisation, lorsque, en refroidissant des solutions ou en fondant à une certaine température, une substance solide sous forme de cristaux en est isolée. Avec un taux de cristallisation lent, la coupe de ces cristaux a une forme naturelle. De cette manière, dans des conditions industrielles particulières, on obtient des monocristaux de semi-conducteurs ou de diélectriques.

Les petits cristaux fusionnés au hasard sont appelés polycristaux . L’exemple le plus clair de polycristal est la pierre de granit. Tous les métaux sont également polycristallins.

Anisotropie des corps cristallins

Dans les cristaux, les particules sont situées avec différentes densités dans différentes directions. Si nous connectons les atomes dans l'une des directions du réseau cristallin avec une ligne droite, alors la distance entre eux sera la même dans toute cette direction. Dans toute autre direction, la distance entre les atomes est également constante, mais sa valeur peut déjà différer de la distance dans le cas précédent. Cela signifie que des forces d’interaction de différentes ampleurs agissent entre les atomes dans des directions différentes. Par conséquent, les propriétés physiques de la substance dans ces directions seront également différentes. Ce phénomène est appelé anisotropie - dépendance des propriétés de la matière à la direction.

La conductivité électrique, la conductivité thermique, l'élasticité, l'indice de réfraction et d'autres propriétés d'une substance cristalline varient en fonction de la direction dans le cristal. Le courant électrique est conduit différemment dans différentes directions, la substance est chauffée différemment et les rayons lumineux sont réfractés différemment.

Dans les polycristaux, le phénomène d'anisotropie n'est pas observé. Les propriétés de la substance restent les mêmes dans toutes les directions.

La plupart des substances se caractérisent par leur capacité, selon les conditions, à se trouver dans l'un des trois états d'agrégation suivants : solide, liquide ou gazeux.

Par exemple, l'eau à pression normale dans la plage de température de 0 à 100 °C est un liquide, à des températures supérieures à 100 °C, elle ne peut exister qu'à l'état gazeux et à des températures inférieures à 0 °C, elle est un solide.
Les substances à l'état solide sont divisées en amorphes et cristallines.

Un trait caractéristique des substances amorphes est l'absence de point de fusion clair : leur fluidité augmente progressivement avec l'augmentation de la température. Les substances amorphes comprennent des composés tels que la cire, la paraffine, la plupart des plastiques, le verre, etc.

Pourtant, les substances cristallines ont un point de fusion spécifique, c'est-à-dire une substance à structure cristalline passe de l'état solide à l'état liquide non pas progressivement, mais brusquement, lorsqu'elle atteint une température spécifique. Des exemples de substances cristallines comprennent le sel de table, le sucre et la glace.

La différence entre les propriétés physiques des solides amorphes et cristallins est principalement due aux caractéristiques structurelles de ces substances. Quelle est la différence entre une substance à l’état amorphe et cristallin peut être plus facilement comprise à partir de l’illustration suivante :

Comme vous pouvez le constater, dans une substance amorphe, contrairement à une substance cristalline, il n'y a pas d'ordre dans la disposition des particules. Si, dans une substance cristalline, vous reliez mentalement deux atomes proches l'un de l'autre par une ligne droite, vous constaterez que les mêmes particules se trouveront sur cette ligne à des intervalles strictement définis :

Ainsi, dans le cas des substances cristallines, nous pouvons parler d'un concept tel que réseau cristallin.

Réseau cristallin appelé cadre spatial reliant les points de l’espace dans lesquels se trouvent les particules qui forment le cristal.

Les points de l'espace où se trouvent les particules formant le cristal sont appelés nœuds du réseau cristallin .

Selon les particules situées aux nœuds du réseau cristallin, on les distingue : moléculaire, atomique, ionique Et réseaux cristallins métalliques .

Dans les nœuds réseau cristallin moléculaire

Il existe des molécules dans lesquelles les atomes sont reliés par de fortes liaisons covalentes, mais les molécules elles-mêmes sont maintenues les unes près des autres par de faibles forces intermoléculaires. En raison de ces faibles interactions intermoléculaires, les cristaux dotés d’un réseau moléculaire sont fragiles. Ces substances diffèrent des substances ayant d'autres types de structure par des points de fusion et d'ébullition nettement inférieurs, ne conduisent pas le courant électrique et peuvent ou non se dissoudre dans divers solvants. Les solutions de ces composés peuvent ou non conduire le courant électrique, selon la classe du composé. Les composés avec un réseau cristallin moléculaire comprennent de nombreuses substances simples - non-métaux (H 2, O 2, Cl 2 durcis, soufre orthorhombique S 8, phosphore blanc P 4), ainsi que de nombreuses substances complexes - composés hydrogènes de non-métaux, acides, oxydes non métalliques, la plupart des substances organiques. Il est à noter que si une substance est à l'état gazeux ou liquide, il est inapproprié de parler de réseau cristallin moléculaire : il est plus correct d'utiliser le terme de structure de type moléculaire.

Dans les nœuds réseau cristallin atomique

il y a des atomes. De plus, tous les nœuds d’un tel réseau cristallin sont « liés » entre eux par de fortes liaisons covalentes en un seul cristal. En fait, un tel cristal est une molécule géante. En raison de leurs caractéristiques structurelles, toutes les substances possédant un réseau cristallin atomique sont solides, ont des points de fusion élevés, sont chimiquement inactives, insolubles dans l'eau ou dans les solvants organiques, et leurs matières fondues ne conduisent pas le courant électrique. Il convient de rappeler que les substances ayant une structure de type atomique comprennent le bore B, le carbone C (diamant et graphite), le silicium Si provenant de substances simples et le dioxyde de silicium SiO 2 (quartz), le carbure de silicium SiC, le nitrure de bore BN provenant de substances complexes.

Pour les substances avec réseau cristallin ionique

les sites du réseau contiennent des ions reliés les uns aux autres par des liaisons ioniques.
Étant donné que les liaisons ioniques sont assez fortes, les substances possédant un réseau ionique ont une dureté et un caractère réfractaire relativement élevés. Le plus souvent, ils sont solubles dans l'eau et leurs solutions, comme les matières fondues, conduisent le courant électrique.
Les substances dotées d'un réseau cristallin ionique comprennent les sels métalliques et d'ammonium (NH 4 +), les bases et les oxydes métalliques. Un signe certain de la structure ionique d'une substance est la présence dans sa composition d'atomes d'un métal typique et d'un non-métal.

observé dans les cristaux de métaux libres, par exemple le sodium Na, le fer Fe, le magnésium Mg, etc. Dans le cas d'un réseau cristallin métallique, ses nœuds contiennent des cations et des atomes métalliques, entre lesquels se déplacent les électrons. Dans ce cas, les électrons en mouvement s'attachent périodiquement aux cations, neutralisant ainsi leur charge, et les atomes de métal neutre individuels « libèrent » en retour certains de leurs électrons, se transformant à leur tour en cations. En fait, les électrons « libres » n’appartiennent pas à des atomes individuels, mais au cristal entier.

De telles caractéristiques structurelles font que les métaux conduisent bien la chaleur et le courant électrique et ont souvent une ductilité élevée (malléabilité).
L’étendue des températures de fusion des métaux est très large. Par exemple, le point de fusion du mercure est d'environ moins 39°C (liquide dans des conditions normales) et celui du tungstène est de 3422°C. Il convient de noter que dans des conditions normales, tous les métaux, à l'exception du mercure, sont des solides.

Comme nous le savons déjà, une substance peut exister dans trois états d’agrégation : gazeux, dur Et liquide. L'oxygène, qui dans des conditions normales est à l'état gazeux, à une température de -194°C se transforme en un liquide bleuâtre, et à une température de -218,8°C il se transforme en une masse semblable à de la neige avec des cristaux bleus.

La plage de température d'existence d'une substance à l'état solide est déterminée par les points d'ébullition et de fusion. Les solides sont cristalline Et amorphe.

U substances amorphes il n'y a pas de point de fusion fixe - lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Dans cet état, par exemple, on trouve diverses résines et pâte à modeler.

Substances cristallines Ils se distinguent par la disposition régulière des particules qui les composent : atomes, molécules et ions, en des points strictement définis de l'espace. Lorsque ces points sont reliés par des lignes droites, un cadre spatial est créé, on l'appelle un réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds de réseau.

Les nœuds du réseau que nous imaginons peuvent contenir des ions, des atomes et des molécules. Ces particules effectuent des mouvements oscillatoires. Lorsque la température augmente, la plage de ces oscillations augmente également, ce qui entraîne une dilatation thermique des corps.

Selon le type de particules situées aux nœuds du réseau cristallin et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, atomique, moléculaire Et métal.

Ionique On les appelle des réseaux cristallins dans lesquels les ions sont situés aux nœuds. Ils sont formés de substances possédant des liaisons ioniques, qui peuvent lier à la fois les ions simples Na+, Cl- et les complexes SO24-, OH-. Ainsi, les réseaux cristallins ioniques contiennent des sels, certains oxydes et hydroxyles de métaux, c'est-à-dire les substances dans lesquelles une liaison chimique ionique existe. Considérons un cristal de chlorure de sodium ; il consiste en une alternance positive d’ions Na+ et négatifs CL-, qui forment ensemble un réseau en forme de cube. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont extrêmement stables. Pour cette raison, les substances possédant un réseau ionique ont une résistance et une dureté relativement élevées ; elles sont réfractaires et non volatiles.

Atomique Les réseaux cristallins sont les réseaux cristallins dont les nœuds contiennent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes très fortes. Par exemple, le diamant est l’une des modifications allotropiques du carbone.

Les substances possédant un réseau cristallin atomique ne sont pas très courantes dans la nature. Il s'agit notamment du bore cristallin, du silicium et du germanium, ainsi que des substances complexes, par exemple celles contenant de l'oxyde de silicium (IV) - SiO 2 : silice, quartz, sable, cristal de roche.

La grande majorité des substances ayant un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (pour le diamant, il dépasse 3500°C), ces substances sont solides et dures, pratiquement insolubles.

Moléculaire On les appelle des réseaux cristallins dans lesquels les molécules sont situées aux nœuds. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent également être polaires (HCl, H 2 0) ou non polaires (N 2, O 3). Et bien que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes. C'est pourquoi les substances dotées de réseaux cristallins moléculaires se caractérisent par une faible dureté, un faible point de fusion et une volatilité.

Des exemples de telles substances comprennent l'eau solide - glace, le monoxyde de carbone solide (IV) - «neige carbonique», le chlorure d'hydrogène solide et le sulfure d'hydrogène, les substances solides simples formées par un - (gaz rares), deux - (H 2, O 2, CL 2 , N 2 , I 2), trois - (O 3), quatre - (P 4), huit molécules atomiques (S 8). La grande majorité des composés organiques solides possèdent des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

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