La transition d’une substance d’un état cristallin solide à un état liquide est appelée fusion. Pour faire fondre un corps cristallin solide, il doit être chauffé à une certaine température, c'est-à-dire qu'il faut fournir de la chaleur.La température à laquelle une substance fond est appeléepoint de fusion de la substance.
Le processus inverse – la transition d’un état liquide à un état solide – se produit lorsque la température diminue, c’est-à-dire que la chaleur est évacuée. La transition d’une substance de l’état liquide à l’état solide s’appelledurcissement , ou cristallisation . La température à laquelle une substance cristallise est appeléetempérature des cristauxtion .
L'expérience montre que toute substance cristallise et fond à la même température.
La figure montre un graphique de la dépendance à la température corps cristallin(glace) à partir du temps de chauffage (à partir du point UN jusqu'au point D) et le temps de refroidissement (à partir du point D jusqu'au point K). Dessus axe horizontal le temps est tracé et la température est tracée verticalement.
Le graphique montre que l'observation du processus a commencé à partir du moment où la température de la glace était de -40 °C, ou, comme on dit, la température était de -40 °C. moment de départ temps tdébut= -40 °C (point UN sur le graphique). Avec un chauffage supplémentaire, la température de la glace augmente (sur le graphique c'est la section UN B). La température augmente jusqu’à 0 °C – la température de fonte de la glace. À 0°C, la glace commence à fondre et sa température cesse d’augmenter. Pendant tout le temps de fusion (c'est-à-dire jusqu'à ce que toute la glace soit fondue), la température de la glace ne change pas, bien que le brûleur continue de brûler et que de la chaleur soit donc fournie. Le processus de fusion correspond à la section horizontale du graphique Soleil . Ce n’est que lorsque toute la glace a fondu et s’est transformée en eau que la température recommence à augmenter (section CD). Une fois que la température de l'eau atteint +40 °C, le brûleur s'éteint et l'eau commence à refroidir, c'est-à-dire que la chaleur est évacuée (pour ce faire, vous pouvez placer un récipient contenant de l'eau dans un autre récipient plus grand contenant de la glace). La température de l'eau commence à baisser (section DE). Lorsque la température atteint 0 °C, la température de l'eau cesse de baisser, même si la chaleur est toujours évacuée. C'est le processus de cristallisation de l'eau - formation de glace (section horizontale E.F.). Jusqu'à ce que toute l'eau se transforme en glace, la température ne changera pas. Ce n'est qu'après cela que la température de la glace commence à diminuer (section FK).
L’apparence du graphe considéré s’explique comme suit. Localisation sur UN B En raison de la chaleur fournie, l'énergie cinétique moyenne des molécules de glace augmente et sa température augmente. Localisation sur Soleil toute l'énergie reçue par le contenu du ballon est dépensée pour la destruction du réseau cristallin de glace : la disposition spatiale ordonnée de ses molécules est remplacée par une disposition désordonnée, la distance entre les molécules change, c'est-à-dire Les molécules sont réarrangées de telle manière que la substance devient liquide. L'énergie cinétique moyenne des molécules ne change pas, la température reste donc inchangée. Augmentation supplémentaire de la température de l'eau glacée en fusion (dans la zone CD) signifie une augmentation de l'énergie cinétique des molécules d'eau due à la chaleur fournie par le brûleur.
Lors du refroidissement de l'eau (section DE) une partie de l'énergie lui est retirée, les molécules d'eau se déplacent à des vitesses plus faibles, leur énergie cinétique moyenne diminue - la température diminue, l'eau se refroidit. A 0°C (coupe horizontale E.F.) les molécules commencent à s’aligner dans un certain ordre, formant un réseau cristallin. Jusqu'à ce que ce processus soit terminé, la température de la substance ne changera pas, même si la chaleur est évacuée, ce qui signifie qu'en se solidifiant, le liquide (l'eau) libère de l'énergie. C'est exactement l'énergie que la glace a absorbée, se transformant en liquide (section Soleil). L'énergie interne d'un liquide est supérieure à celle de solide. Lors de la fusion (et de la cristallisation), l’énergie interne du corps change brusquement.
Les métaux qui fondent à des températures supérieures à 1650 ºС sont appelés réfractaire(titane, chrome, molybdène, etc.). Le tungstène a le point de fusion le plus élevé d'entre eux - environ 3 400°C. Les métaux réfractaires et leurs composés sont utilisés comme matériaux résistants à la chaleur dans la construction aéronautique, la production de fusées et technologie spatiale, énergie nucléaire.
Soulignons encore une fois qu'en fondant, une substance absorbe de l'énergie. Au contraire, lors de la cristallisation, il le cède à environnement. Recevant une certaine quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation, le milieu s'échauffe. Ceci est bien connu de nombreux oiseaux. Il n’est pas étonnant qu’on puisse les voir en hiver, par temps glacial, assis sur la glace qui recouvre les rivières et les lacs. En raison de la libération d'énergie lors de la formation de la glace, l'air au-dessus est de plusieurs degrés plus chaud que dans les arbres de la forêt, et les oiseaux en profitent.
Fusion de substances amorphes.
Disponibilité d'un certain point de fusion- Ce signe important substances cristallines. C'est par cette caractéristique qu'ils se distinguent facilement des corps amorphes, qui sont également classés comme solides. Il s'agit notamment du verre, des résines très visqueuses et des plastiques.
Substances amorphes(contrairement aux cristallins) n'ont pas de point de fusion spécifique - ils ne fondent pas, mais se ramollissent. Lorsqu'il est chauffé, un morceau de verre, par exemple, devient d'abord mou à partir de dur, il peut facilement être plié ou étiré ; à une température plus élevée, la pièce commence à changer de forme sous l'influence de sa propre gravité. En chauffant, l’épaisse masse visqueuse prend la forme du récipient dans lequel elle repose. Cette masse est d'abord épaisse, comme du miel, puis comme de la crème sure, et finalement devient presque le même liquide à faible viscosité que l'eau. Cependant, il est impossible d'indiquer ici une certaine température de transition d'un solide à un liquide, puisqu'elle n'existe pas.
Les raisons en sont la différence fondamentale entre la structure des corps amorphes et celle des corps cristallins. Les atomes des corps amorphes sont disposés de manière aléatoire. Les corps amorphes ressemblent à des liquides dans leur structure. Déjà dans le verre massif, les atomes sont disposés de manière aléatoire. Cela signifie qu'augmenter la température du verre ne fait qu'augmenter la gamme de vibrations de ses molécules, leur donnant progressivement de plus en plus d'ampleur. plus de liberté mouvement. Par conséquent, le verre se ramollit progressivement et ne présente pas de transition « solide-liquide » brutale, caractéristique de la transition entre la disposition des molécules dans ordre strict aux désordonnés.
Température de fusion.
Chaleur de fonte est la quantité de chaleur qui doit être transmise à une substance lorsque pression constante Et Température constante, température égale fondre pour le transformer complètement d’un état cristallin solide à un liquide. La chaleur de fusion est égale à la quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation d’une substance à l’état liquide. Lors de la fusion, toute la chaleur fournie à une substance va augmenter l'énergie potentielle de ses molécules. L'énergie cinétique ne change pas puisque la fusion se produit à température constante.
Étudier expérientiellement la fonte diverses substances de même masse, on voit que pour les transformer en liquide il faut différentes quantités chaleur. Par exemple, pour faire fondre un kilogramme de glace, vous devez dépenser 332 J d'énergie, et pour faire fondre 1 kg de plomb, 25 kJ.
La quantité de chaleur dégagée par le corps est considérée comme négative. Par conséquent, lors du calcul de la quantité de chaleur dégagée lors de la cristallisation d'une substance de masse m, vous devez utiliser la même formule, mais avec un signe moins :
Chaleur de combustion.
Chaleur de combustion(ou Valeur calorifique, teneur en calories) est la quantité de chaleur dégagée lorsque combustion complète carburant.
Pour chauffer les corps, l'énergie libérée lors de la combustion du carburant est souvent utilisée. Les carburants conventionnels (charbon, pétrole, essence) contiennent du carbone. Lors de la combustion, les atomes de carbone se combinent aux atomes d’oxygène présents dans l’air, entraînant la formation de molécules de dioxyde de carbone. L'énergie cinétique de ces molécules s'avère supérieure à celle des particules d'origine. L'augmentation de l'énergie cinétique des molécules lors de la combustion est appelée libération d'énergie. L'énergie dégagée lors de la combustion complète du carburant est la chaleur de combustion de ce carburant.
La chaleur de combustion du carburant dépend du type de carburant et de sa masse. Comment plus de masse carburant, donc plus de quantité chaleur dégagée lors de sa combustion complète.
La grandeur physique montrant la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant pesant 1 kg est appelée chaleur spécifique de combustion du carburant.La chaleur spécifique de combustion est désignée par la lettreqet est mesuré en joules par kilogramme (J/kg).
Quantité de chaleur Q libéré lors de la combustion m kg de carburant est déterminé par la formule :
Pour connaître la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant de masse arbitraire, il vous faut chaleur spécifique combustion de ce carburant multipliée par sa masse.
La structure de la matière est déterminée non seulement par la disposition relative des atomes dans les particules chimiques, mais également par la localisation de ces particules chimiques dans l'espace. L'arrangement le plus ordonné d'atomes, de molécules et d'ions se trouve dans cristaux(du grec " cristallis" - glace), où les particules chimiques (atomes, molécules, ions) sont disposées dans un certain ordre, formant un réseau cristallin dans l'espace. Dans certaines conditions de formation, elles peuvent avoir forme naturelle correct polyèdres symétriques. L'état cristallin est caractérisé par la présence d'un ordre à longue distance dans la disposition des particules et par la symétrie du réseau cristallin.
L'état amorphe est caractérisé par la présence uniquement d'ordre à courte portée. Structures substances amorphes Ils ressemblent à des liquides, mais sont beaucoup moins fluides. L'état amorphe est généralement instable. Sous l'influence de charges mécaniques ou de changements de température, les corps amorphes peuvent cristalliser. Réactivité substances dans état amorphe nettement plus élevé que dans le cristallin.
Substances amorphes
Signe principal amorphe(du grec " amorphe" - état sans forme de la matière - absence d'atome ou réseau moléculaire, c'est-à-dire la périodicité tridimensionnelle de la structure caractéristique de l'état cristallin.
Lors du refroidissement substance liquide la cristallisation ne se produit pas toujours. dans certaines conditions, un état solide amorphe (vitreux) hors équilibre peut se former. L'état vitreux peut contenir des substances simples (carbone, phosphore, arsenic, soufre, sélénium), des oxydes (par exemple, bore, silicium, phosphore), des halogénures, des chalcogénures et de nombreux polymères organiques.
Dans cet état, la substance peut rester stable pendant une longue période. Par exemple, l'âge de certains verres volcaniques est estimé à des millions d'années. Physique et Propriétés chimiques les substances à l'état vitreux amorphe peuvent différer considérablement des propriétés d'une substance cristalline. Par exemple, le dioxyde de germanium vitreux est chimiquement plus actif que le dioxyde cristallin. Les différences dans les propriétés de l'état amorphe liquide et solide sont déterminées par la nature du mouvement thermique des particules : à l'état amorphe, les particules ne sont capables que de vibrer et mouvements de rotation, mais ne peut pas se déplacer à travers la substance.
Certaines substances ne peuvent exister sous forme solide qu’à l’état amorphe. Il s'agit de polymères avec une séquence irrégulière d'unités.
Corps amorphes isotrope, c'est-à-dire que leurs propriétés mécaniques, optiques, électriques et autres ne dépendent pas de la direction. Les corps amorphes n'ont pas de point de fusion fixe : la fusion se produit dans une certaine plage de température. Le passage d'une substance amorphe d'un état solide à un état liquide ne s'accompagne pas d'un changement brusque de propriétés. Modèle physique l'état amorphe n'a pas encore été créé.
Substances cristallines
Solide cristaux- formations tridimensionnelles caractérisées par une stricte répétabilité du même élément structurel ( cellule unitaire) dans tous les sens. La maille unitaire est le plus petit volume d'un cristal sous la forme d'un parallélépipède se répétant dans le cristal nombre infini une fois.
Géométriquement Forme correcte Les cristaux sont déterminés avant tout par leur structure interne strictement régulière. Si, au lieu d'atomes, d'ions ou de molécules dans un cristal, nous représentons des points comme centres de gravité de ces particules, nous obtenons une distribution régulière tridimensionnelle de ces points, appelée réseau cristallin. Les points eux-mêmes sont appelés nœuds réseau cristallin.
Types de réseaux cristallins
En fonction des particules qui composent le réseau cristallin et de la nature de la liaison chimique entre elles, il existe Divers types cristaux.
Les cristaux ioniques sont formés de cations et d'anions (par exemple, les sels et les hydroxydes de la plupart des métaux). En eux, il existe une liaison ionique entre les particules.
Les cristaux ioniques peuvent être constitués de monatomique ions. C'est ainsi que les cristaux sont construits chlorure de sodium, iodure de potassium, fluorure de calcium.
Les cations métalliques monoatomiques et les anions polyatomiques, par exemple l'ion nitrate NO 3 −, l'ion sulfate SO 4 2−, l'ion carbonate CO 3 2−, participent à la formation de cristaux ioniques de nombreux sels.
Il est impossible d’isoler des molécules uniques dans un cristal ionique. Chaque cation est attiré par chaque anion et repoussé par les autres cations. Le cristal entier peut être considéré comme une énorme molécule. La taille d’une telle molécule n’est pas limitée, puisqu’elle peut croître en ajoutant de nouveaux cations et anions.
La plupart des composés ioniques cristallisent dans l'un des types structuraux, qui diffèrent les uns des autres par la valeur du numéro de coordination, c'est-à-dire le nombre de voisins autour d'un ion donné (4, 6 ou 8). Pour les composés ioniques avec nombre égal cations et anions, quatre principaux types de réseaux cristallins sont connus : le chlorure de sodium (le numéro de coordination des deux ions est 6), le chlorure de césium (le numéro de coordination des deux ions est 8), la sphalérite et la wurtzite (les deux types structuraux sont caractérisés par le numéro de coordination du cation et de l'anion égal à 4). Si le nombre de cations est doublé moins de nombre anions, alors le nombre de coordination des cations doit être le double du nombre de coordination des anions. Dans ce cas, ils sont mis en œuvre types structurels fluorine ( numéros de coordination 8 et 4), rutile (numéros de coordination 6 et 3), cristobalite (numéros de coordination 4 et 2).
Les cristaux ioniques sont généralement durs mais cassants. Leur fragilité est due au fait que même avec une légère déformation du cristal, les cations et les anions sont déplacés de telle manière que les forces répulsives entre ions du même nom commencent à dominer les forces d’attraction entre les cations et les anions, et le cristal s’effondre.
Les cristaux ioniques ont des points de fusion élevés. À l’état fondu, les substances qui forment les cristaux ioniques sont conductrices d’électricité. Lorsqu'elles sont dissoutes dans l'eau, ces substances se dissocient en cations et anions, et les solutions résultantes conduisent le courant électrique.
Haute solubilité dans les solvants polaires, accompagnée de dissociation électrolytique est dû au fait que dans un environnement solvant avec une constante diélectrique ε élevée, l'énergie d'attraction entre les ions diminue. La constante diélectrique l'eau est 82 fois supérieure au vide (existant conditionnellement dans un cristal ionique), l'attraction entre les ions dans le solution aqueuse. L'effet est renforcé par la solvatation des ions.
Les cristaux atomiques sont constitués d'atomes individuels combinés des liaisons covalentes. Parmi les substances simples, seuls les éléments du bore et du groupe IVA possèdent de tels réseaux cristallins. Souvent, les composés de non-métaux entre eux (par exemple, le dioxyde de silicium) forment également des cristaux atomiques.
Tout comme les cristaux ioniques, les cristaux atomiques peuvent être considérés comme des molécules géantes. Ils sont très durables et durs et ne conduisent pas bien la chaleur et l’électricité. Les substances possédant un réseau cristallin atomique fondent à haute température. Ils sont pratiquement insolubles dans tous les solvants. Ils se caractérisent par une faible réactivité.
Les cristaux moléculaires sont constitués de molécules individuelles au sein desquelles les atomes sont reliés par des liaisons covalentes. Des forces plus faibles agissent entre les molécules forces intermoléculaires. Ils sont facilement détruits, c'est pourquoi les cristaux moléculaires ont basses températures fusion, faible dureté, haute volatilité. Les substances qui forment des réseaux cristallins moléculaires n'ont pas conductivité électrique, leurs solutions et leurs fusions ne conduisent pas non plus le courant électrique.
Les forces intermoléculaires résultent de l'interaction électrostatique des électrons chargés négativement d'une molécule avec les noyaux chargés positivement des molécules voisines. La force des interactions intermoléculaires est influencée par de nombreux facteurs. Le plus important d'entre eux est la présence liaisons polaires, c'est-à-dire un déplacement de la densité électronique d'un atome à un autre. De plus, les interactions intermoléculaires sont plus fortes entre les molécules un grand nombre des électrons.
La plupart des non-métaux sous forme de substances simples (par exemple, iode I 2, argon Ar, soufre S 8) et composés entre eux (par exemple, eau, dioxyde de carbone, chlorure d'hydrogène), ainsi que presque tous les solides matière organique former des cristaux moléculaires.
Les métaux sont caractérisés par un réseau cristallin métallique. Il contient une liaison métallique entre les atomes. Dans les cristaux métalliques, les noyaux des atomes sont disposés de manière à ce que leur emballage soit aussi dense que possible. La liaison dans ces cristaux est délocalisée et s’étend dans tout le cristal. Les cristaux métalliques ont une conductivité électrique et thermique élevée, un éclat et une opacité métalliques et une déformabilité facile.
La classification des réseaux cristallins correspond à des cas limites. La plupart des cristaux substances inorganiques appartient aux types intermédiaires - covalent-ionique, moléculaire-covalent, etc. Par exemple, dans un cristal graphite Au sein de chaque couche, les liaisons sont métalliques covalentes et entre les couches elles sont intermoléculaires.
Isomorphisme et polymorphisme
Beaucoup substances cristallines ont les mêmes structures. Dans le même temps, la même substance peut former différentes structures cristallines. Cela se reflète dans les phénomènes isomorphisme Et polymorphisme.
Isomorphisme réside dans la capacité des atomes, des ions ou des molécules à se remplacer dans les structures cristallines. Ce terme (du grec " ISO" - égal et " morphe" - forme) a été proposé par E. Mitscherlich en 1819. La loi de l'isomorphisme a été formulée par E. Mitscherlich en 1821 ainsi : « Les mêmes nombres d'atomes, connectés de la même manière, donnent les mêmes formes cristallines ; dans ce cas, la forme cristalline ne dépend pas de nature chimique atomes, mais est déterminé uniquement par leur nombre et leur position relative.
Travaille dans laboratoire chimique Université de Berlin, Mitscherlich a attiré l'attention sur la similitude complète des cristaux de sulfates de plomb, de baryum et de strontium et sur la similitude des formes cristallines de nombreuses autres substances. Ses observations ont attiré l'attention du célèbre chimiste suédois J.-Ya. Berzelius, qui a suggéré à Mitscherlich de confirmer les schémas observés en utilisant l'exemple de composés d'acides phosphorique et arsenique. À la suite de l’étude, il a été conclu que « les deux séries de sels diffèrent uniquement par le fait que l’une contient de l’arsenic comme radical acide et que l’autre contient du phosphore ». La découverte de Mitscherlich a très vite attiré l'attention des minéralogistes, qui ont commencé des recherches sur le problème de la substitution isomorphe des éléments dans les minéraux.
Lors de la cristallisation conjointe de substances sujettes à l'isomorphisme ( isomorphe substances), des cristaux mixtes (mélanges isomorphes) se forment. Cela n'est possible que si les particules qui se remplacent diffèrent peu en taille (pas plus de 15 %). De plus, les substances isomorphes doivent avoir une disposition spatiale similaire d’atomes ou d’ions et, par conséquent, des cristaux de forme externe similaires. De telles substances comprennent, par exemple, l'alun. Dans les cristaux d'alun de potassium KAl(SO 4) 2 . Les cations potassium 12H 2 O peuvent être remplacés partiellement ou totalement par des cations rubidium ou ammonium, et les cations aluminium par des cations chrome(III) ou fer(III).
L'isomorphisme est répandu dans la nature. La plupart des minéraux sont des mélanges isomorphes de complexes composition variable. Par exemple, dans la sphalérite minérale ZnS, jusqu'à 20 % des atomes de zinc peuvent être remplacés par des atomes de fer (alors que ZnS et FeS ont des structures cristallines différentes). L'isomorphisme est associé au comportement géochimique des éléments rares et traces, à leur répartition dans rochers et les minerais, où ils sont contenus sous forme d'impuretés isomorphes.
La substitution isomorphe détermine de nombreux fonctionnalités bénéfiques matériaux artificiels technologie moderne- semi-conducteurs, ferromagnétiques, matériaux laser.
De nombreuses substances peuvent former des formes cristallines structure différente et propriétés, mais la même composition ( polymorphe modifications). Polymorphisme- capacité des solides et cristaux liquides existent sous deux formes ou plus avec des structures et des propriétés cristallines différentes avec la même composition chimique. Ce mot vient du grec " polymorphe"- divers. Le phénomène de polymorphisme a été découvert par M. Klaproth, qui découvrit en 1798 que deux minéraux différents - la calcite et l'aragonite - ont le même composition chimique CaCO3.
Le polymorphisme des substances simples est généralement appelé allotropie, alors que le concept de polymorphisme ne s'applique pas aux substances non cristallines. formes allotropiques(par exemple, O 2 et O 3 gazeux). Exemple typique formes polymorphes - modifications du carbone (diamant, lonsdalite, graphite, carabines et fullerènes), dont les propriétés diffèrent fortement. La forme d'existence la plus stable du carbone est le graphite, cependant, ses autres modifications dans des conditions normales peuvent persister indéfiniment. À haute température, ils se transforment en graphite. Dans le cas du diamant, cela se produit lorsqu’il est chauffé au-dessus de 1 000 °C en l’absence d’oxygène. La transition inverse est beaucoup plus difficile à réaliser. Non seulement une température élevée est requise (1 200-1 600 ° C), mais également une pression énorme - jusqu'à 100 000 atmosphères. La transformation du graphite en diamant est plus facile en présence de métaux en fusion (fer, cobalt, chrome et autres).
Dans le cas des cristaux moléculaires, le polymorphisme se manifeste par un empilement différent des molécules dans le cristal ou par des changements dans la forme des molécules, ainsi que par des changements dans la forme des molécules. cristaux ioniques- dans divers position relative cations et anions. Certains sont simples et substances complexes ont plus de deux modifications polymorphes. Par exemple, le dioxyde de silicium a dix modifications, le fluorure de calcium - six, le nitrate d'ammonium - quatre. Les modifications polymorphes sont généralement notées lettres grecquesα, β, γ, δ, ε,... à partir de modifications stables aux basses températures.
Lors de la cristallisation à partir de vapeur, d'une solution ou d'une matière fondue d'une substance présentant plusieurs modifications polymorphes, une modification moins stable dans des conditions données se forme d'abord, qui se transforme ensuite en une modification plus stable. Par exemple, lorsque la vapeur de phosphore se condense, elle se forme phosphore blanc, qui dans des conditions normales se transforme lentement, mais lorsqu'il est chauffé, se transforme rapidement en phosphore rouge. Lorsque l'hydroxyde de plomb est déshydraté, il se forme d'abord (environ 70 °C) du β-PbO jaune, moins stable à basse température, à environ 100 °C il se transforme en α-PbO rouge et à 540 °C il se transforme en α-PbO rouge. retour en β-PbO.
Le passage d'un polymorphe à un autre est appelé transformation polymorphe. Ces transitions se produisent lorsque la température ou la pression change et s'accompagnent d'un changement brusque des propriétés.
Le processus de transition d'une modification à une autre peut être réversible ou irréversible. Ainsi, lorsqu'une substance blanche semblable à du graphite mou de composition BN (nitrure de bore) est chauffée à 1500-1800 ° C et à une pression de plusieurs dizaines d'atmosphères, sa modification à haute température se forme - Borazon, proche du diamant en dureté. Lorsque la température et la pression sont abaissées à des valeurs correspondant aux conditions normales, la borazone conserve sa structure. Un exemple de transition réversible est transformations mutuelles deux modifications du soufre (orthorhombique et monoclinique) à 95 o C.
Des transformations polymorphes peuvent se produire sans changements significatifs dans la structure. Change parfois structure en cristal est totalement absent, par exemple, lors de la transition de α-Fe en β-Fe à 769°C, la structure du fer ne change pas, mais ses propriétés ferromagnétiques disparaissent.
Comme nous le savons déjà, une substance peut exister sous trois formes 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 font mouvements oscillatoires. Lorsque la température augmente, l'étendue de ces fluctuations augmente également, ce qui conduit à dilatation thermique tél.
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 dans les nœuds desquels se trouvent 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'un des modifications allotropiques 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 possédant un réseau cristallin atomique ont des propriétés très hautes températures fondant (pour le diamant, elle dépasse 3500° C), ces substances sont résistantes 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, il existe entre les molécules elles-mêmes un lien forces faibles attraction intermoléculaire. 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 eau dure– glace, monoxyde de carbone solide (IV) – « glace carbonique », chlorure d'hydrogène solide et sulfure d'hydrogène, substances solides simples qui n'en formaient qu'un - ( gaz nobles), 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 solides composés organiques avoir des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).
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DANS interactions chimiques Ce ne sont pas des atomes ou des molécules individuels qui entrent, mais des substances. Les substances sont classées selon le type de liaison moléculaire et non moléculaire bâtiments.
Ce sont des substances constituées de molécules. Les liaisons entre les molécules de ces substances sont très faibles, beaucoup plus faibles qu'entre les atomes à l'intérieur de la molécule, et même à des températures relativement basses, elles se brisent - la substance se transforme en liquide puis en gaz (sublimation de l'iode). Les points de fusion et d'ébullition des substances constituées de molécules augmentent avec l'augmentation masse moléculaire. À substances moléculaires inclure des substances à structure atomique (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), parmi lesquelles se trouvent des métaux et des non-métaux.
Structure non moléculaire des substances
Aux substances non moléculaire les bâtiments sont composés ioniques. La plupart des composés de métaux avec des non-métaux ont cette structure : tous les sels (NaCl, K 2 S0 4), certains hydrures (LiH) et oxydes (CaO, MgO, FeO), des bases (NaOH, KOH). Les substances ioniques (non moléculaires) ont des points de fusion et d'ébullition élevés.
Solides : cristallins et amorphes
Substances amorphes n'ont pas de point de fusion clair - lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Par exemple, la pâte à modeler et diverses résines sont à l'état amorphe.
Substances cristallines se caractérisent emplacement correct les 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 se forme, appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds de treillis.
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 métallique .
Réseaux cristallins ioniques
Ionique sont appelés réseaux cristallins, dans les nœuds desquels se trouvent des ions. Ils sont formés de substances avec des liaisons ioniques, qui peuvent lier à la fois les ions simples Na +, Cl - et le complexe S0 4 2-, OH -. Par conséquent, les sels et certains oxydes et hydroxydes de métaux ont des réseaux cristallins ioniques. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium est construit à partir d'une alternance ions positifs Na + et Cl négatif -, formant un réseau en forme de cube.
Réseau cristallin ionique de sel de table
Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très stables. Par conséquent, les substances dotées d'un réseau ionique se caractérisent par une dureté et une résistance relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.
Réseaux cristallins atomiques
Atomique sont appelés réseaux cristallins, dans les nœuds desquels se trouvent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes très fortes. Un exemple de substances présentant ce type de réseaux cristallins est le diamant, l’une des modifications allotropiques du carbone.
Réseau cristallin atomique de diamant
La plupart des substances ayant un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (par exemple, pour le diamant, il est supérieur à 3 500°C), elles sont solides et dures, et pratiquement insolubles.
Réseaux cristallins moléculaires
Moléculaire appelés réseaux cristallins, dans les nœuds desquels se trouvent des molécules.
Réseau cristallin moléculaire de l'iode
Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent être à la fois polaires (HCl, H 2 O) et non polaires (N 2, O 2). Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaires agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les substances dotées de réseaux cristallins moléculaires ont une faible dureté, de faibles points de fusion et sont volatiles. La plupart des composés organiques solides possèdent des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).
Treillis cristallins métalliques
Substances avec liaison métallique avoir métal réseaux cristallins.
Sur les sites de tels réseaux se trouvent des atomes et des ions (soit des atomes, soit des ions, dans lesquels les atomes métalliques se transforment facilement, abandonnant leur électrons externes" V usage commun"). Ce structure interne les métaux déterminent leur caractéristique propriétés physiques: malléabilité, plasticité, conductivité électrique et thermique, éclat métallique caractéristique.
