Chemija · Pamoka
Kristaliniai ir amorfiniai kietieji kūnai
Atskirkite kristalo tolimąją tvarką nuo ryšių, laikančių kietąjį kūną, tipo. Remdamiesi struktūra ir judriaisiais krūvininkais paaiškinkite pasirinktas savybes, kartu atsižvelgdami į artimąją tvarką ir konkrečioms medžiagoms būdingas išimtis.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Atskirti kristalinę tolimąją tvarką nuo amorfinėms medžiagoms būdingo vietinio dalelių išsidėstymo.
- Atpažinti joninės, metalinės, kovalentinio tinklo ir molekulinės struktūros aprašymus.
- Vengti laikyti kietųjų kūnų daleles nejudančiomis, o visus kietuosius kūnus – molekulių sankaupomis.
Tolimoji tvarka gali būti įvairių formų
Kristalui būdinga tolimoji erdvinė atomų, jonų ar molekulių tvarka. Įprastuose periodiniuose kristaluose išsidėstymo motyvas kartojasi atstumais, gerokai didesniais už atstumus tarp atomų. Kai kurie tvarkios sandaros kristalai, įskaitant kvazikristalus, yra aperiodiniai: kristalinei tvarkai nebūtina trimatė pasikartojanti gardelė. Vien tvarkos pobūdis neatskleidžia, kokio tipo ryšiai ją lemia.
Įprastame kietajame kūne atomai vis tiek juda, dažnai svyruodami apie sandaros nulemtas padėtis. Taip pat gali būti defektų ir vykti kitoks judėjimas. Gardelės schema vaizduoja dalelių išsidėstymą, o ne teigia, kad kiekvienas atomas amžinai lieka visiškai nejudrus.
Amorfiniams kietiesiems kūnams taip pat gali būti būdinga vietinė tvarka
Amorfinis kietasis kūnas neturi kristalinės tolimosios tvarkos. Vis dėlto gretimiems atomams gali būti būdinga tam tikra vietinė koordinacija. Vien periodinės gardelės nebuvimas nepatvirtina amorfiškumo, nes aperiodiniai kristalai išlaiko tolimąją tvarką. Amorfinėms medžiagoms taip pat būdinga tam tikra sandara ir fizikinės savybės.
Esant nurodytam slėgiui, kristalinėse medžiagose gali vykti staigus lydymosi virsmas, jei tai leidžia jų sudėtis ir sąlygos. Daugelis amorfinių medžiagų minkštėja tam tikrame temperatūrų intervale ir pasižymi stiklėjimo reiškiniais. Nepriskirkite visoms amorfinėms medžiagoms tos pačios virsmo temperatūros ir nevadinkite jų tiesiog įprastais skysčiais kambario temperatūroje.
Nustatykite struktūrinius vienetus
Molekuliniame kristale atpažįstamos molekulės yra išsidėsčiusios tam tikra tvarka, o jas kartu išlaiko tarpusavio sąveikos. Joniniame kristale priešingų krūvių jonai sudaro erdviškai išplitusią struktūrą. Tinklinės kovalentinės sandaros kietuosiuose kūnuose atomus jungia erdviškai išplitusios kovalentinės struktūros, o metalams aprašyti būtina elektronus laikyti delokalizuotais.
Šios klasės padeda sisteminti paaiškinimus, tačiau nenulemia vieno visiems atvejams bendro kietumo, lydymosi temperatūros ar laidumo. Svarbios yra sandara, defektai, fazė ir sudėtis. Molekuliniam kristalui gali būti būdingos stiprios kryptinės sąveikos; dviejų tinklinės kovalentinės sandaros medžiagų elektroninės ir mechaninės savybės gali labai skirtis.
| Pavyzdžio aprašymas | Struktūriniai vienetai | Klausimas apie struktūros tvarkingumą | Ką turėtų parodyti ryšių modelis |
|---|---|---|---|
| Molekulinis kristalas | Molekulės | Ar molekulių padėtys ir orientacijos kartojasi? | Ryšiai molekulių viduje ir sąveikos tarp molekulių |
| Joninis kristalas | Jonai, sudarantys ištisinę struktūrą | Ar jonų išsidėstymas kartojasi? | Pasiskirsčiusios joninės sąveikos, o ne atskiros druskos molekulės |
| Kovalentinė tinklinė kietoji medžiaga | Atomai ištisiniame ryšiais sujungtame tinkle | Ar tinklui būdinga kristalinė tolimoji tvarka, ar tik vietinė tvarka? | Junglumas dėl kovalentinių ryšių |
| Metalas | Atomų kamienai ir delokalizuotos elektroninės būsenos | Kokia periodinė struktūra ir kokie defektai yra medžiagoje? | Elektronų dalyvavimas visoje struktūroje |
| Amorfinė medžiaga | Priklauso nuo sudėties | Vietinė koordinacija be kristalinės tolimosios tvarkos | Joje iš tikrųjų esantys ryšiai; amorfiškumas nėra penktas universalus ryšių tipas |
Kokybiniai pavyzdžiai įprastame įvadiniame kontekste. Paskutiniame stulpelyje nurodoma, ką turėtų parodyti naudingas modelis, neteigiant, kad medžiagų savybės yra universalios.
Klauskite, kokio judėjimo ar persitvarkymo reikia
Norėdami paaiškinti elektrinį laidumą, nustatykite krūvininkus ir tai, ar jie gali judėti nurodytame kietajame kūne. Norėdami paaiškinti mechaninį atsaką, klauskite, kaip sandara gali deformuotis ar persitvarkyti. Norėdami paaiškinti fazinį virsmą, nustatykite, koks dalelių išsidėstymas keičiasi ir esant kokiam slėgiui.
Druskos sudėties formulė nereiškia, kad druska yra atskirų neutralių druskos molekulių rinkinys. O iš molekulių sudarytame kietajame kūne išlieka skirtumas tarp sąveikų molekulių viduje ir sąveikų tarp molekulių. Remiantis iš tikrųjų esančiomis dalelėmis, galima paaiškinti aiškiau, nei priskiriant savybę vien pagal žodžius „kietasis kūnas“.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Atskirkite du medžiagos apibūdinimus
Kietajam kūnui būdinga ryšiais nulemta vietinė koordinacija, bet nebūdinga kristalinė tolimoji tvarka. Ar tai patvirtina, kad jame nėra ryšių ar struktūros?
- Stebėjimas susijęs su kristaline tolimąja tvarka.
- Vietinė koordinacija gali išlikti ir nesant kristalinės tolimosios tvarkos.
- Ryšių tipui nustatyti reikia atskirų duomenų apie atomus ir sąveikas.
Ne. Tai pagrindžia struktūros apibūdinimą kaip amorfinės, tačiau vietinę sandarą ir ryšius vis tiek reikia aprašyti.
Pabandykite patys
Kas skiria kristalinę tvarką nuo amorfinio kietojo kūno vietinės sandaros?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Kristalinė tolimoji tvarka.
Amorfiniams kietiesiems kūnams gali būti būdinga vietinė tvarka be kristalinės tolimosios tvarkos; kai kurie tvarkingi kristalai yra aperiodiniai.
Ar kristalo schema reiškia, kad jo atomai niekada nejuda?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Diagrama vaizduoja struktūrą; atomai gali virpėti, taip pat gali vykti kitoks judėjimas ar atsirasti defektų.
Ar visos kietosios medžiagos sudarytos iš atskirų molekulių?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Joninių, metalinių ir tinklinių kovalentinių kietųjų medžiagų struktūrą reikia aprašyti kaip ištisinę, o ne kaip atskiras molekules.
Ar vien priskyrimas tinklinėms kovalentinėms medžiagoms lemia vieną konkrečią elektrinio laidumo vertę?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Krūvio pernašą lemia tikroji elektroninė struktūra, sudėtis ir sąlygos.
Ką verta įsidėmėti
- Kristališkumas nusako tolimąją tvarką; periodinis pasikartojimas dažnas, bet ne visuotinis.
- Amorfinėse medžiagose gali išlikti vietinė tvarka.
- Tvarka ir ryšių tipas atsako į skirtingus klausimus.
- Savybes aiškinkite remdamiesi tikrąja struktūra ir judriomis dalelėmis.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.