Проходження електричного струму через гази. Проходження електричного струму через газ

Іонні сполуки (наприклад, хлорид натрію NaCl) - тверді та тугоплавкі від того, що між зарядами їх іонів ("+" і "-") існують потужні силиелектростатичного тяжіння.

Негативно заряджений іон хлору притягує як " свій " іон Na+, а й інші іони натрію навколо себе. Це призводить до того, що біля будь-якого з іонів знаходиться не один іон з протилежним знаком, А кілька (рис. 1).

Мал. 1.

іонний зв'язок поляризація

Фактично, біля кожного іона хлору розташовується 6 іонів натрію, а біля кожного іона натрію - 6 іонів хлору.

Таке впорядковане пакування іонів називається іонним кристалом. Якщо в кристалі виділити окремий атом хлору, то серед навколишніх атомів натрію вже неможливо знайти той, з яким хлор вступав у реакцію. Притягнуті один до одного електростатичними силами, Іони вкрай неохоче змінюють своє місце під впливом зовнішнього зусилля або підвищення температури. Але якщо температура дуже велика (приблизно 1500 ° C), NaCl випаровується, утворюючи двоатомні молекули. Це свідчить, що сили ковалентного зв'язування будь-коли вимикаються повністю.

Іонні кристали відрізняються високими темпертурами плавлення, зазвичай значною шириною забороненої зони, володіють іонною провідністю при високих температурах і рядом специфічних оптичних властивостей(наприклад, прозорістю у ближній області ІЧ спектру). Вони можуть бути побудовані як з одноатомних, так і багатоатомних іонів. Приклад іонних кристалів першого типу - кристали галогенідів лужних та лужноземельних металів; аніони розташовуються за законом щільної кульової упаковки або щільної кульової кладки, катіони займають відповідні порожнечі. Найбільш характерні структуритакого типу - NaCl, CsCl, CaF2. Іонні кристали другого типу побудовані з одноатомних катіонів тих же металів та кінцевих або нескінченних аніонних фрагментів. Кінцеві аніони (кислотні залишки) - NO3-, SO42-, СО32- та ін. Кислотні залишкиможуть з'єднуватися в нескінченні ланцюги, шари або утворювати тривимірний каркас, порожнини якого розташовуються катіони, як, наприклад, в кристалічних структурах силікатів. Для іонних кристалів можна розрахувати енергію кристалічної структури U (див. табл.), приблизно рівну ентальпії сублімації; результати добре узгоджуються з експериментальними даними. Відповідно до рівняння Борна-Майєра, для кристала, що складається з формально однозарядних іонів:

U = -A/R + Ве-R/r - C/R6 - D/R8 + E0

(R - найкоротша міжіонна відстань, А - константа Маделунга, що залежить від геометрії структури, В і r - параметри, що описують відштовхування між частинками, C/R6 і D/R8 характеризують відповідні диполь-дипольне і диполь-квадрупольне взаємодія іонів, E0 - ен нульових коливань, е – заряд електрона). З укрупненням катіона зростає внесок диполь-дипольних взаємодій.

Більшість твердих речовинмає кристалічнийбудова, що характеризується строго певним розташуванням частинок. Якщо з'єднати частинки умовними лініями, то вийде просторовий каркас кристалічною решіткою. Точки, в яких розміщені частинки кристала, називають вузлами ґрат . У вузлах уявної решітки можуть бути атоми, іони чи молекули.

Залежно від природи частинок, розташованих у вузлах, і характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних ґрат: іонну, металеву, атомну та молекулярну.

Іонними називають ґрати, у вузлах яких є іони.

Їх утворюють речовини з іонним зв'язком. У вузлах таких грат розташовуються позитивні і негативні іони, пов'язані між собою електростатичною взаємодією

Іонні кристалічні грати мають солі, луги, оксиди активних металів . Іони можуть бути прості чи складні. Наприклад, у вузлах кристалічної решітки хлориду натрію знаходяться прості іони натрію Na і хлору Cl − , а у вузлах решітки сульфату калію чергуються прості іони калію K та складні сульфат-іони S O 4 2 − .

Зв'язки між іонами у таких кристалах міцні. Тому іонні речовинитверді, тугоплавкі, нелеткі. Такі речовини добре розчиняються у воді.

Кристалічні грати хлориду натрію

Кристал хлориду натрію

Металевими називають грати, які складаються з позитивних іонівта атомів металу та вільних електронів.

Їх утворюють речовини з металевим зв'язком. У вузлах металевих ґратзнаходяться атоми та іони (то атоми, то іони, на які легко перетворюються атоми, віддаючи свої зовнішні електрониу загальне користування).

Такі кристалічні решітки характерні для простих речовин металів та сплавів.

Температури плавлення металів можуть бути різними (від (37) ° С у ртуті до двох-трьох тисяч градусів). Але всі метали мають характерний металевий блиск , ковкість , пластичність , добре проводять електричний струмі тепло.

Металеві кристалічні грати

Металеві вироби

Атомними називають кристалічні ґрати, у вузлах яких знаходяться окремі атоми, з'єднані ковалентними зв'язками.

Такий тип ґрат має алмаз - одне з алотропних видозмін вуглецю. До речовин з атомними кристалічними ґратами відносяться графіт, кремній, бір та германій, а також складні речовини, наприклад, карборунд SiC та кремнезем, кварц, гірський кришталь, пісок, До складу яких входить оксид кремнію(\(IV\)) Si O 2 .

Таким речовинам характерні висока міцністьі твердість. Так, алмаз є найтвердішою природною речовиною. У речовин з атомними кристалічними гратами дуже високі температуриплавленняі кипіння.Наприклад, температура плавлення кремнезему - (1728) °С, а у графіту вона вище - (4000) °С. Атомні кристали практично нерозчинні.

Кристалічні грати алмазу

Алмаз

Молекулярними називають грати, у вузлах яких знаходяться молекули, пов'язані слабкою міжмолекулярною взаємодією.

Незважаючи на те, що всередині молекул атоми з'єднані дуже міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі силиміжмолекулярного тяжіння Тому молекулярні кристали мають невелику міцністьі твердість, низькі температуриплавленняі кипіння. Багато молекулярні речовинипри кімнатній температуріявляють собою рідини та гази. Такі речовини летючі. Наприклад, кристалічні йод і твердий оксид вуглецю(\(IV\)) («сухий лід») випаровуються, не переходячи в рідкий стан. Деякі молекулярні речовини мають запах.

Такий тип решітки мають прості речовиниу твердому агрегатному стані: благородні гази з одноатомними молекулами (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), а також неметали з дво- та багатоатомними молекулами (H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , I 2 , O 3 , P 4 , S 8).

Молекулярну кристалічні гратимаютьтакож речовини з ковалентними полярними зв'язками: вода - лід, тверді аміак, кислоти, оксиди неметалів. Більшість органічних сполуктеж є молекулярні кристали (нафталін , цукор , глюкоза ).