Химическая связь в твердых телах

 

Три основных агрегатных состояния – твердое, жидкое и газообразное.

Особым состоянием материи является плазменное состояние.

 

В газообразном состоянии:

· хаотичное движение частиц;

· кинетическая энергия частиц больше их межмолекулярного взаимодействия.

В жидком состоянии:

· упорядоченное состояние частиц только в ближайшем соседнем окружении данной частицы, так называемый ближний порядок.

Энергия межмолекулярного взаимодействия удерживает частицы

рядом только на коротких расстояниях.

· на дальних расстояниях регулярность в расположении частиц не сохраняется вследствие броуновского движения.

Твердое состояние – кристаллическое и аморфное:

· кристаллическое - упорядоченное состояние частиц по всему объему кристалла, так называемый дальний порядок

· анизотропия – различие в свойствах по разным направлениям (осям) кристалла.

· Аморфное – «застывшая жидкость» с зафиксированной хаотичностью

· изотропность аморфных тел, т. е. однородность свойств в различных пространственных направлениях

В реальных условиях при комнатной температуре

большинство веществ находится в твердом состоянии.

При этом - для большинства твердых веществ наиболее устойчиво и

практически важно кристаллическое состояние.

 

Свойства	Физическое состояние
газообразное	жидкое	твердое
Объем	Совпадает с объемом сосуда	Фиксированный	Фиксированный
Зависимость объема от температуры и давления	Высокая	Малая	Малая
Форма	Принимает форму сосуда	Заполняет сосуд полностью или частично	Фиксированная
Сжимаемость	Высокая	Незначительная	Практически отсутствует
Текучесть	Очень высокая	Высокая	При обычных температурах отсутствует
Диффузия	Быстрая	Медленная	Очень медленная
Плотность	Низкая	От умеренной до большой	Большая

 

Примеры веществ в аморфном состоянии: стекла, полимеры, смолы.

Некоторые вещества получают как в аморфном, так и кристаллическом состоянии.

Примеры: простые вещества – селен (Sе), сера (S), кремний (Si), серебро (Аg); сложные – некоторые оксиды (В₂О₃, SiО₂ и другие), сульфиды, карбонаты, сложные неорганические соединения.

Кристаллическое состояние.

Основной характерной чертой кристаллического состояния является обязательное наличие дальнего порядка, т. е. регулярного, периодически повторяющегося расположения частиц вещества по всему объему кристалла.

Пространственную структуру кристаллических тел принято рассматривать в виде кристаллической решетки с периодически повторяющимися частицами в узлах этой решетки.

Для монокристаллов, не имеющих нарушений в регулярности кристаллической решетки по всему объему, характерна анизотропия, т.е. отличие свойств кристалла в различных направлениях.

 

Энергия кристаллической решетки – это энергия, необходимой для удаления частиц, составляющих решетку на расстояния, превышающие пределы их взаимодействия, в расчете на 1 моль вещества. (Размерность кДж/моль)

Типы кристаллов -

в соответствии с природой частиц в узлах кристаллической решетки, и типом взаимодействия между ними различают

четыре основных вида:

Молекулярные, ионные, атомные и металлические.

Молекулярные кристаллы.

В узлах кристаллических решеток молекулярных кристаллов находятся индивидуальные молекулы, которые связаны между собой относительно слабыми силами Ван-дер-Ваальса – ориентационными, индукционными, дисперсионными, а иногда – водородными связями.

Пример: твердые Н₂, N₂, О₂, Сl₂, СО₂, СН₄, SiCl₄, МоF₅, НСl, Н₂О, многие органические кристаллы, кристаллические решетки благородных одноатомных газов (Ar, Хе).

Молекулярные кристаллы характеризуются низкими энергиями кристаллических решеток, малой механической прочностью – легко разрушаются, низкими температурами плавления – особенно у неполярных молекул. Не проводят электрический ток (диэлектрики).

-Наличие ориентационной составляющей (полярные молекулы)-

- более высокая прочность и температура плавления.

-Наличие между молекулами в кристалле водородных связей (Н₂О, NH₃, НF) - более высокая энергия кристаллической решетки, прочность и температура плавления.

Ионные кристаллы.

В узлах кристаллических решеток ионных кристаллов находятся положительные и отрицательные ионы, связанные между собой ионной связью, с достаточно высокой энергией .

Вследствие ненаправленности и ненасыщаемости межионного взаимодействия расположение ионов в кристаллической решетке зависит только от размеров ионов и величины их заряда.

Типичные представители - соли: NaCl, СsCl, СаF₂, КNO₃, и т. д.

Относительно высокие значения энергии кристаллической решетки, высокие температуры плавления.