Модель кристаллической решетки льда своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 31.08.2024

Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.

Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой .

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.

В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную , металлическую , атомную и молекулярную .

Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием.

Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na + и хлора Cl - , а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия K + и сложные сульфат-ионы S O 4 2 - .

Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые , тугоплавкие , нелетучие . Такие вещества хорошо растворяются в воде .

Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.

Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).

Температуры плавления металлов могут быть разными (от \(–37\) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск , ковкость , пластичность , хорошо проводят электрический ток и тепло .

Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.

Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит , кремний , бор и германий , а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём , кварц , горный хрусталь , песок , в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) Si O 2 .

Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость . Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.

У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения . Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С.

Молекулярными называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.

Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость , низкие температуры плавления и кипения .

Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами ( He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn ), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами ( H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , I 2 , O 3 , P 4 , S 8 ).

Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд , иод , твёрдые аммиак , кислоты , оксиды большинства неметаллов . Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы ( нафталин , сахар , глюкоза ).

Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия , фтороводорода и фтора .

У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки. Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные. Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.

Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления NaF , HF и F 2 составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С, \(–220\) °С.

\u00a0">,\u041f\u043b\u0430\u043d \u0438\u0437\u0433\u043e\u0442\u043e\u0432\u043b\u0435\u043d\u0438\u044f \u043c\u043e\u0434\u0435\u043b\u0438 \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438.
1.\u041f\u0440\u0435\u0434\u0432\u0430\u0440\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u043e \u0437\u0430\u043c\u043e\u0447\u0438\u0442\u044c \u0441\u0443\u0445\u043e\u0439 ,\u043a\u0440\u0443\u0433\u043b\u044b\u0439 ,\u043d\u0435\u0434\u0440\u043e\u0431\u043b\u0435\u043d\u044b\u0439 \u0433\u043e\u0440\u043e\u0445.
2.\u041d\u0430\u043d\u0438\u0437\u0430\u0442\u044c \u0440\u0430\u0437\u043c\u044f\u0433\u0447\u0435\u043d\u043d\u044b\u0435 \u0433\u043e\u0440\u043e\u0448\u0438\u043d\u044b \u043d\u0430 \u0437\u0443\u0431\u043e\u0447\u0438\u0441\u0442\u043a\u0438.
3.\u041f\u043e \u0441\u0445\u0435\u043c\u0435 \u0441\u043e\u0431\u0440\u0430\u0442\u044c \u043c\u043e\u0434\u0435\u043b\u044c \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u043e\u0439 \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0438 \u043f\u043e\u0432\u0430\u0440\u0435\u043d\u043d\u043e\u0439 \u0441\u043e\u043b\u0438 \u0438 \u043a\u0432\u0430\u0441\u0446\u043e\u0432.
4.\u0414\u0430\u0442\u044c \u0432\u044b\u0441\u043e\u0445\u043d\u0443\u0442\u044c \u0433\u043e\u0440\u043e\u0445\u0443.
5.\u041f\u043e \u0436\u0435\u043b\u0430\u043d\u0438\u044e \u043f\u043e\u043a\u0440\u044b\u0442\u044c \u043a\u0440\u0438\u0441\u0442\u0430\u043b\u043b\u0438\u0447\u0435\u0441\u043a\u0443\u044e \u0440\u0435\u0448\u0435\u0442\u043a\u0443 \u043b\u0430\u043a\u043e\u043c.">]" data-testid="answer_box_list">

Можно так :-D
План изготовления модели кристаллической решетки.
1.Предварительно замочить сухой ,круглый ,недробленый горох.
2.Нанизать размягченные горошины на зубочистки.
3.По схеме собрать модель кристаллической решетки поваренной соли и квасцов.
4.Дать высохнуть гороху.
5.По желанию покрыть кристаллическую решетку лаком.

Новые вопросы в Физика

СРОЧНООООООО. 6. В два сосуда налито разное количество воды (рис. 126). В каком сосуде давление воды на дно больше и на сколько, если h=48 см, а h … , = 14 см? Какой уровень воды установится в сосудах после того, как кран Откроют, если диаметры сосудов различаются в 4 раза?

СРОЧНО ДАМ 10 БАЛЛОВ! 1) Визначити кількість протонів та нейтронів у ядрі атома: Al, Ag, W, Os, Lu, Th, Ba 2) Атом якого хімічного елементу утвориться … внаслідок a-розпаду Md? 3) Записати v-розпад для Rf. 4) Який ізотоп утворюється з урану (маса-239, порядковий номер-92) після двох v-розпадів і одного a- розпаду? 5) Скільки a- і v-частинок випускає ядро урану (маса-233, порядковий номер-92) , перетворюючись в ядро вісмуту (маса-209, порядковий номер-83)

1) Визначити кількість протонів та нейтронів у ядрі атома: Al, Ag, W, Os, Lu, Th, Ba СРОЧНО. ДАМ 15 БАЛЛОВ

1) Визначити кількість протонів та нейтронів у ядрі атома: Al, Ag, W, Os, Lu, Th, Ba 2) Атом якого хімічного елементу утвориться внаслідок a-розпаду M … d? 3) Записати v-розпад для Rf. 4) Який ізотоп утворюється з урану (маса-239, порядковий номер-92) після двох v-розпадів і одного a- розпаду? 5) Скільки a- і v-частинок випускає ядро урану (маса-233, порядковий номер-92) , перетворюючись в ядро вісмуту (маса-209, порядковий номер-83) ? СРОЧНО. ДАМ 80 БАЛЛОВ

Каток работающий по укладке фоссе, оказывает на него давление 300Кпа. Площадь опоры катка 0,12м?.Определите силу с которой каток оказывает давление на … шоссе. (Нужно написать дано, найти, решение и ответ) срочно. даю 17 баллов!

1. Знайдіть, скільки електронів, нуклонів, протонів, нейтронів в атомах Заліза, Карбону 2. Знайдіть заряд їх ядра 3. Який атом має заряд ядра 4.8 х10- … 19 Кл? Поясніть 4. Як називається атом цинку, який має 28 електронів? Поясніть 5. Як називається атом сірки, якщо має 17 електронів? ПояснітьСРОЧНО НАДО ,ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА

Рабочий переносит груз весом 800 H при помощи тачки. Вычислите силу F1(в H-ах), если di=1,6 м и d2=40 см.

Рабочий переносит груз весом 800 Hпри помощи тачки. Вычислите силу F1(в H-ах), если di=1,6 м и d2=40 см.

У каждого вещества есть набор физических свойств. Например, соли легко растворяются в воде и проводят электрический ток, а металлы имеют характерный блеск и ковкость. Такие характеристики зависят от строения вещества — от его кристаллической решетки. В этом материале мы расскажем о видах кристаллических решеток и о том, какие свойства придает веществу каждая из них.

О чем эта статья:

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).

Что такое кристаллическая решетка

Как известно, все вещества состоят из частиц — атомов, которые могут располагаться хаотично или в определенном порядке. У аморфных веществ частицы расположены беспорядочно, а у кристаллических они образуют определенную структуру. Эта структура называется кристаллической решеткой. Она определяет такие характеристики вещества, как твердость, хрупкость, температура кипения и/или плавления, пластичность, растворимость, электропроводность и т. д.

Кристаллическая решетка — это внутренняя структура кристалла, порядок взаимного расположения атомов, ионов или молекул. Точки, в которых находятся эти частицы, называются узлами решетки.

Частицы удерживаются на своих местах благодаря химическим связям между ними. В зависимости от того, какой вид связи удерживает атомы или ионы данного вещества, в химии выделяют основные типы кристаллических решеток:

атомная (ковалентные связи),

молекулярная (ковалентные связи и притяжение между молекулами),

металлическая (металлические связи),

ионная (ионные связи).

Не путайте эти два понятия — кристаллическая решетка и химическая связь. Тип решетки говорит о том, как расположены атомы/ионы в молекуле вещества, а тип связи — по какому принципу они между собой взаимодействуют.

Строение и агрегатное состояние веществ

Выделяют три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ. Каждое из них предполагает определенное расположение частиц. Ниже мы расскажем подробнее, как связаны в химии кристаллическая решетка и агрегатное состояние вещества, а пока осветим общие закономерности.

Если частицы хаотично движутся, а расстояние между ними многократно превышает их собственные размеры — это газ. За счет большой удаленности друг от друга молекулы и атомы в таком веществе слабо взаимодействуют между собой.

Если частицы расположены все так же беспорядочно, но на небольшом расстоянии друг от друга — это жидкость. В жидком состоянии вещества его молекулы и атомы имеют более прочные связи, которые сложнее разорвать.

Если частицы собраны близко друг к другу и в определенном порядке — это твердое тело. В таком состоянии связи между ними наиболее прочны. Частицы могут двигаться только в пределах своего расположения и почти не перемещаются в пространстве.

Большинство веществ могут находиться и в твердом, и в жидком, и газообразном состоянии, а в зависимости от давления и температуры легко переходить из одного в другое. Типичный пример — вода, которая при нагревании превращается в пар, а при остывании становится твердым льдом.

Атомная кристаллическая решетка

Согласно своему названию, атомная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой расположены атомы. Они взаимодействуют с помощью ковалентных связей, то есть один атом отдает другому свободный электрон или же электроны из разных атомов образуют общую пару. В кристаллах с атомной решеткой частицы прочно связаны, что обуславливает ряд физических характеристик.

Свойства веществ с атомной решеткой:

неспособность к растворению в воде,

высокая температура кипения и плавления.

К примеру, атомную кристаллическую решетку имеет алмаз — самый твердый минерал в мире.

Другие примеры: германий Ge, кремний Si, нитрид бора BN, карборунд SiC. Типичный представитель этой группы — обычный песок, который по сути является оксидом кремния SiO₂.

Если нужно рассказать о свойствах веществ с атомной кристаллической решеткой, достаточно вспомнить песок и перечислить его характеристики.

Молекулярная кристаллическая решетка

Как и в предыдущей группе, в этой находятся вещества с ковалентными связями между атомами. Но физические характеристики этих веществ совершенно иные — они легко плавятся, превращаются в жидкость, растворяются в воде. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь кристаллы строятся не из атомов, а из молекул.

Молекулярная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой находятся не атомы, а молекулы.

Внутри молекул атомы имеют прочные ковалентные связи, но сами молекулы связаны между собой слабо. Поэтому кристаллы таких веществ непрочные и легко распадаются.

Молекулярная кристаллическая решетка характерна для воды. При комнатной температуре это жидкость, но стоит нагреть ее до температуры кипения (которая сравнительно низка), как она тут же начинает превращаться в пар, т. е. переходит в газообразное состояние.

Некоторые молекулярные вещества — например, сухой лед CO₂, способны преобразоваться в газ сразу из твердого состояния, минуя жидкое (данный процесс называется возгонкой).

Свойства молекулярных веществ:

у некоторых — наличие запаха.

Помимо воды к веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся аммиак NH₃, гелий He, радон Rn, йод I, азот N₂ и другие. Все благородные газы — молекулярные вещества. Также к этой группе принадлежит и большинство органических соединений (например, сахар).

Ионная кристаллическая решетка

Как известно, в ходе ионной химической связи один атом отдает другому ионы и приобретает положительный заряд, в то время как принимающий атом заряжается отрицательно. В итоге появляются разноименно заряженные ионы, из которых и состоит структура кристалла.

Ионная решетка — это кристаллическая структура, в узловых точках которой находятся ионы, связанные взаимным притяжением.

Ионную кристаллическую решетку имеют практически все соли, типичным представителем можно считать поваренную соль NaCl. О ней стоит вспомнить, если нужно перечислить физические характеристики этой группы. Также ионную решетку имеют щелочи и оксиды активных металлов.

Свойства веществ с ионной структурой:

способность растворяться в воде.

Примеры веществ с ионной кристаллической решеткой: оксид кальция CaO, оксид магния MgO, хлорид аммония NH₄Cl, хлорид магния MgCl₂, оксид лития Li₂O и другие.

Металлическая кристаллическая решетка

Для начала вспомним, как проходит металлическая химическая связь. В молекуле металла свободные отрицательно заряженные электроны перемещаются от одного иона к другому и соединяются с некоторыми из них, а после отрываются и мигрируют дальше. В результате получается кристалл, в котором ионы превращаются в атомы и наоборот.

Металлическая кристаллическая решетка — это структура, которая состоит из ионов и атомов металла, а между ними свободно передвигаются электроны. Как несложно догадаться, она характерна лишь для металлов и сплавов.

Свободные электроны, мигрирующие между узлами решетки, образуют электронное облако, которое под воздействием электротока приходит в направленное движение. Это объясняет такое свойство металлов, как электрическая проводимость.

В химии типичным примером вещества, которое имеет металлическую кристаллическую решетку, считается медь. Она очень ковкая, пластичная, имеет высокую тепло- и электропроводность. Впрочем, все металлы ярко демонстрируют эти характеристики, поэтому назвать физические свойства данной группы несложно.

Свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

При этом температура плавления веществ может существенно различаться. Например, у ртути это -38,9°С, а у бериллия целых +1287°С.

Подведем итог: о характеристиках разных типов кристаллических решеток расскажет таблица.

Частицы в узлах решетки

Тип связи между частицами

Физические свойства веществ

Как определить кристаллическую решетку

Как понятно из предыдущего материала, строение вещества, его состав и физические характеристики тесно связаны. Поэтому для определения вида кристаллической решетки можно руководствоваться теми данными, которые у нас есть. Как правило, известен состав вещества, а значит, мы можем сделать вывод о химических связях внутри его молекулы, что позволит в свою очередь предположить тип решетки.

Также можно провести быстрый анализ:

если это неметалл, который при комнатной температуре представляет собой твердое тело — скорее всего он имеет атомную решетку;

если в обычных условиях это жидкость или газ либо речь об органическом веществе — предполагаем молекулярную решетку;

если это соль либо щелочь — кристаллы имеют ионную решетку;

если это металл или сплав — решетка точно будет металлической.

Вопросы для самопроверки:

Назовите виды кристаллических решеток.

Чем отличается кристаллическая решетка от химической связи?

Назовите примеры веществ с металлической кристаллической решеткой, с ионной, атомной и молекулярной.

Выберите лишнее вещество: молекулярную кристаллическую решетку имеет вода, поваренная соль, аргон, криптон.

Команда ученых из Китая и США придумала, как сделать кристаллы льда гибкими. Прозрачные волокна можно использовать как оптоволокно.

Обычный лед хрупок. Естественным образом он получается в природе при замерзании воды (эта его разновидность именуется лед I_h).

Молекулы воды при температуре ниже 0 °С выстраиваются в шестиугольные призмы. Это элементарные ячейки кристаллов льда. В основании призм лежат правильные шестиугольники, призмы имеют общие стороны и грани. И выходит, что каждая молекула воды окружена четырьмя своими "сестрами", расположенными от нее на одинаковом расстоянии в вершинах шестиугольной призмы – узлах кристаллической решетки льда.

К слову, похожая кристаллическая решетка у графита.

По разным причинам, в том числе из-за примесей в воде, кристаллическая решетка естественного льда может иметь дефекты. Это как сделать шестиугольную табуретку с одной ножкой короче остальных пяти. Если сесть на такую табуретку, упадёшь. Так и со льдом: дефекты кристаллической решетки делают его хрупким, не устойчивым, ломким.

Но учёные знают, что существуют и другие разновидности льда. Различия в строении их кристаллической решётки приводят к образованию кристаллов разной формы. Обычно лёд других разновидностей получают по специальным технологиям или в специальных лабораторных условиях.

Например, лед со сферическими кристаллами – жидкий лед – открыли в конце 1980-х годов и с тех пор используют в кондиционерах, холодильниках супемаркетов и в рыбной промышленности. Он текуч, как вода, и его кристаллы не забивают трубы.

Исследователи из Чжэцзянского университета вместе с коллегами из Университета Шаньси и Калифорнийского университета изобрели способ выращивания твердого водяного льда без дефектов кристаллической решетки. Он получается гибким и эластичным.

Свой способ производства гибкого льда ученые описали в статье, которую опубликовал журнал Science.

Устройство для получения гибкого льда состояло из вольфрамовой иглы, которую поместили в камеру, охлажденную до минус 50 °С. В камеру выпускался водяной пар, послечего включалось электрическое поле. Электрические поля заставляли молекулы воды притягиваться к кончику иглы. Там они выстраивались в монокристалл и образовывали микроволокно толщиной около 10 микрометров – тоньше человеческого волоса.

Выращенные на кончике иглы кристаллы льда были не шестиугольными, а четырехугольными призмами с основаниями в виде ромбов (лед II).

Затем температуру в камере снижали и последовательно доводили ее до минус 150 °С. Получившиеся волокна льда пытались сгибать при столь низких температурах.

Выяснилось, что при минус 150°С микроволокно диаметром 4,4 микрометра может изогнуться почти в круг радиусом 20 микрометров. Когда волокно изгибать перестали, оно вернуло себе прежнюю прямую форму.

Полученные ледяные волокна оказались состоящими из двух разных видов льда с разной плотностью.

Ученые утверждают, что волокно льда продемонстрировало максимальную упругую деформацию в 10,9%. Теоретический предел упругой деформации льда составляет 15%. Упругая деформация природного льда значительно ниже – 0,3%.

Исследователи также отмечают в своей статье чистоту и безупречность выращенных ими кристаллов льда. Они настолько прозрачны, что могут служить световодами.

"Мы можем представить себе использование монокристаллических микроволокон льда в качестве низкотемпературных датчиков для изучения, например, молекулярной адсорбции на льду, изменений окружающей среды, структурных изменений и деформации поверхности льда, – отмечают исследователи в своей статье. – Эластичные микроволокна льда могут предложить альтернативную платформу для изучения физики льда и открыть ранее неизведанные возможности для технологий, связанных со льдом, в различных дисциплинах", – резюмируют они.

Ранее мы сообщали, что ученые изобрели гибкий кристалл для зарядки гаджетов во время ходьбы, рассказывали, как новая технология превращает любую бумажку в гаджет и как обычное стекло превратить в экран дополненной реальности.

А ещё мы писали о работе, в которой физики сообщали об обнаружении двух модификаций воды.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".

Читайте также: