- •Г.А. Тихановская, л.М. Воропай, в.В. Кочетова химия
- •Предисловие
- •Введение
- •Основные понятия и законы в химии
- •1.1. Основные химические понятия
- •1.2 Закон эквивалентов. Понятие эквивалент. Молярная масса эквивалента
- •1.3. Законы газового состояния. Определение молярных масс газообразных веществ
- •2. Строение атома и периодический закон д.И.Менделеева
- •2.1. Этапы на пути создания квантовой механики
- •2.2. Элементы квантово-механической теории атома
- •Характеристика квантовых чисел
- •3. Типы химической связи
- •3.1. Ковалентная связь. Метод валентных связей
- •Возможная геометрическая конфигурация молекул при Sp3 – гибридизации
- •3.2. Ионная связь
- •3.3. Металлическая связь
- •3.4. Водородная связь
- •3.5. Молекулярное взаимодействие
- •4. Общие закономерности протекания и типы химических реакций
- •4.1. Энергетика химических превращений
- •4.1.1. Термохимия. Закон Гесса
- •4.1.2. Энтропия
- •4.1.3. Энергия Гиббса и направленность химических процессов
- •4.2. Химическая кинетика
- •Стандартные теплоты (энтальпии) образования некоторых веществ
- •Стандартная энергия Гиббса образования некоторых веществ
- •Стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ
- •4.2.1. Скорость химической реакции
- •4.2.2. Физические методы стимулирования химических превращений
- •4.2.3. Катализ
- •4.3. Химическое равновесие
- •4.3.1. Константа химического равновесия
- •4.3.2. Принцип Ле Шателье
- •5. Дисперсные системы
- •5.1. Способы выражения концентрации растворов
- •5.2. Свойства разбавленных растворов
- •5.3 Растворы электролитов
- •Степень диссоциации различных электролитов
- •5.4. Ионное произведение воды. Водородный показатель
- •5.5 Равновесие в гетерогенных системах, произведение растворимости
- •6. Гидролиз солей
- •Примеры сильных и слабых кислот и оснований
- •6.1. Произведение растворимости. Примеры решения задач
- •7. Жесткость воды
- •8. Окислительно-восстановительные процессы
- •8.1. Электродные потенциалы и электродвижущие силы
- •Стандартные электронные потенциалы(∆е0) некоторых металлов
- •8.2. Электролиз
- •8.3. Коррозия металлов
- •9. Кристаллическое состояние
- •9.1.Основные понятия
- •9.2 Симметрия кристаллов. Система кристаллов
- •9.3. Кристаллические решетки
- •10. Сплавы
- •10.1. Диаграммы состояния металлических систем
- •Библиографический список
- •Произведение растворимости малорастворимых веществ в воде при 25оС
- •Стандартные, окислительно – восстановительные потенциалы ( по отношению к потенциалу стандартного водородного электрода при t 25oC).
- •Термодинамические константы некоторых веществ
- •Оглавление
9.3. Кристаллические решетки
Зонке (1879 г.), Чермак, Шенфлис, Федоров (1891 г.) и другие показали геометрически, что все кристаллические формы можно представить как результат распределения точек (мельчайших вещественных частиц) в пространстве по законам симметрии; получающиеся конфигурации они назвали кристаллическими решетками.
Распределяя согласно элементам симметрии точки в пространстве, они получили 230 комбинаций, 230 кристаллических решеток, которые соответствуют всем встречающимся в природе кристаллическим формам.
Последующее исследование кристаллов с помощью лучей Рентгена немецким ученым Лауэ (1912 г.) подтвердило те предположения и выводы, которые были сделаны косвенным путем. Были получены прямые доказательства существования атомов, ионов и способов их расположения в пространстве.
Рис.6. Схематическое изображение осей кристаллов и граней
Кристаллические решетки, как выяснилось, делятся на следующие группы: атомные, ионные, молекулярные и металлические.
Атомные решетки. Каждое узловое место в атомной решетке занято нейтральным атомом. Примером может служить кристаллическая решетка аргона, приведенная на рисунке 7.
Рис. 7. Кристаллическая решетка аргона
Ионные решетки. Каждое узловое место в ионной решетке занято ионом. Примеры ионных решеток приведены на рисунках 8 и 9. На рис. 8, а показана кристаллическая решетка Na+Cl-, на рис. 8,6 — решетка CsJ; на рис. 9 приведена кристаллическая решетка CaF2.
Кристаллическая решетка Na+Cl- типична для бинарных электролитов, состоит из двух центрированных в гранях решеток, вдвинутых одна в другую на ½ длины ребра куба. Одна решетка — катиона Na+, другая такая же—аниона С1-.
Рис. 8. Кристаллическая решетка NaCl и CsJ
Кристаллическая решетка Cs+J- представляет собой сочетание двух простых кубических решеток: решетки иона Cs+ и решетки иона J-, вдвинутых одна в другую так, что в центре куба находится ион йода, а в углах — ионы Cs+. Эта решетка центрирована в пространстве так, что в центре куба находится анион, а в углах —катионы.
Рис. 9. Кристаллическая решетка CaF2
Кристаллическая решетка Ca2+F2- типична для многих тройных электролитов. Здесь ионы Са2+ образуют кристаллическую, центрированную в гранях, решетку, ионы же F- расположены в серединах восьми маленьких кубов, на которые может быть разложен большой куб.
В ионных кристаллических решетках отдельные места могут занимать сложные и комплексные ионы. Примеры: решетка нитрата натрия Na+NO3- (pис 9, а) и решетка гексахлороплатината калия K+[PtCl6]2- (рис. 10,б). Здесь отдельные места занимают ионы: Na+, К+, NO3-, [PtCl6]2-.
Рис. 10. Кристаллическая решетка нитрата натрия и гексахлороплатината калия.
В кристаллической решетке нитрата натрия каждый ион NO3- занимает одно место, причем в центре тетраэдра — атом азота N+5, а в углах — атомы кислорода О; атомы сближены друг с другом и составляют прочную, крепко стянутую группу.
Такую же группу представляет собой прочный комплексный ион [PtCl6]2- . Пространственно он построен так: в центре октаэдра — ион Pt4+, а в углах — ионы С1-.
Ионы [PtCl6]2- занимают углы кубической, центрированной в гранях, кристаллической решетки. Ионы К+ составляют куб.
Молекулярные решетки. В молекулярных решетках отдельные места занимают молекулы. Примером молекулярных решеток соединений, которые рассматриваются в неорганической химии, могут служить кристаллические решетки окиси алюминия (рис. 11, а) и двуокиси углерода СО2 (рис. 11,6). В кристаллической решетке окиси алюминия Аl2Оз углы ромба с длиной ребра αo = 5,12А занимают близко расположенные друг к другу группы атомов, образующие нейтральную молекулу.
В кристаллической, центрированной в гранях, решетке двуокиси углерода отдельные места занимают нейтральные молекулы СО2, очень сближенные группы из трех атомов С и 2О, сгруппированные так, как это показано на рис.11.
Рис. 11. Кристаллическая решетка окиси алюминия и двуокиси углерода СО2
Металлические решетки. Металлические решетки характеризуются особыми свойствами, отличающими их от других типов кристаллических решеток. В узлах металлических решеток находятся не атомы, а положительные ионы. Внешние электроны атомов металлов свободно мигрируют внутри кристаллической решетки, переходя от одного иона к другому, т. е. ведут себя подобно молекулам газа, поэтому всю совокупность электронов в кристаллической решетке металлов называют электронным газом.
Рис. 12. Кристаллическая решетка металлического натрия
Таким образом, металлическую решетку можно рассматривать как ионную решетку, находящуюся в «атмосфере» электронного газа из внешних электронов. Такова, например, решетка металлического натрия (рис. 12). Характерные свойства металлов — электропроводность и теплопроводность, в частности, зависят от передвижения электронов внутри решетки. Под воздействием внешнего электрического поля валентные электроны, число которых у атомов металлов невелико (1, 2 или 3), перемещаются в направлении поля, создавая электрическую проводимость.