Кристаллические решетки

Цели:

  1. познавательные: дать определение и изучить типы кристаллических решеток, рассмотреть все агрегатные состояния веществ;
  2. развивающие: научить приводить примеры веществ с разными типами кристаллических решеток и их физическими свойствами;
  3. воспитательные: интереса к предмету, умения работать в парах (т.е. взаимопонимание, взаимовыручку), самоорганизации учебного процесса.

Тип урока: изучение нового материала.

Формы и методы обучения: лекция – беседа, работа в парах, фронтальный опрос домашнего задания.

План урока:

  1. Организационный момент (1-2 мин)
  2. Опрос, проверка домашнего задания (3 мин)
  3. Объяснение нового материала (16 мин)
  4. Закрепление (решение уравнений), работа в парах (10 мин)
  5. Обобщение, систематизация (5 мин)
  6. Выводы, выставление оценок (3 мин)
  7. Домашнее задание, комментарии (2 мин).

Наглядность и оборудование к уроку:

  1. Таблица «Типы кристаллических решеток»
  2. Модели кристаллических решеток
  3. Образцы металлов, солей, сахара

Конспект урока

Вещество, как вам известно, может существовать в разных агрегатных состояниях: твердое (кристаллическое и амфорное), жидкое, жидкокристаллическое и газообразное.

1. Жидкое состояние вещества.

Жидкость отличается от газообразного и твердого состояний тем, что не имеет собственной формы. Последнее, однако, верно только в отношении жидкости, находящейся под действием гравитации. Естественная форма жидкости – шар – реализуется в отсутствии силы тяжести. Тяжесть отсутствует у свободно падающего тела. И падающие капли шарообразны.

2. Газообразное состояние вещества.

В газообразном состоянии молекулы вещества не связаны между собой и находятся на расстояниях, приблизительно на порядок больших, чем их диаметры.

3. Жидкокристаллическое состояние вещества.

Многие дисплейные устройства современной электронной техники работают на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы образуются при растворении некоторых веществ в определенных растворителях. Например, водные растворы мыл, полипептидов, белков, пептидов, ДНК и т. д. образуют жидкие кристаллы в определенном интервале концентраций. Число описанных жидких кристаллов превышает сотни тысяч и непрерывно увеличивается.

4. Твердое состояние вещества.

В твердом состоянии находятся вещества кристаллического и аморфного строения.

Амфорное вещество (синоним – стекло) образуется в неравновесных условиях при переохлаждении жидкого состояния, когда скорость охлаждения превышает скорость кристаллизации.

Всем известный пример – стекло.

Трудно кристаллизуется глицерин, легко переходя в переохлажденное стеклообразное состояние. Он накапливается осенью в клетках зимующих растений и при охлаждении не кристаллизуется, хотя и затвердевает. Таким образом, не возникает кристаллов, которые могли бы разрушить клетку во время своего роста.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которого они состоят: атомов, молекул и ионов в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки.

В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы и молекулы. В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки и характера связи между ними различают ионные, атомные, молекулярные, а металлической кристаллической решетки, которая рассматривается во всех школьных учебниках, не существует, т. к. вещества металлы отличаются от веществ металлов не решеткой, а электронным строением.

Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы, так и сложные. Следовательно, ионные кристаллические решетки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов, т.е. те вещества, в которых существует ионная химическая связь. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивые. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз – одно из аллотропных видоизменений углерода.

Число веществ с атомной кристаллической решеткой не очень велико. К ним относятся кристаллический бор, кремний и германий, а также сложные вещества, например такие в состав которых входит оксид кремния: кремнезем, кварц, песок, горный хрусталь.

Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 градусов по Цельсию), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть полярными и неполярными. Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи.

Кристаллическими решетками являются твердая вода, твердый оксид углерода – «сухой лед», твердые хлороводород и сероводород. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).

Вопросы закрепления (работа в парах):

  1. Какие качества амфорных тел применимы для описания особенностей характера отдельных людей?
  2. Какой тип кристаллической решетки характерен для следующих веществ: хлорид калия, графит, сахар, иод, сульфид натрия.
  3. На конкретных примерах покажите, как проявляется зависимость некоторых физических свойств веществ от типа их кристаллических решеток.
  4. Изобразите фрагмент кристаллической решетки хлорида натрия, состоящей из 8 атомов. Можно ли в этой решетке выделить отдельные молекулы NaCI?
  5. Хлорид и иодид натрия имеют одинаковый тип кристаллической решетки. Как вы думаете, какое из этих веществ будет иметь боле высокую температуру кипения? Ответ поясните.

Проверочная работа по теме «Кристаллические решетки».

Вариант 1.

  1. Что называют кристаллической решеткой вещества? Какие кристаллические решетки имеют: графит, поваренная соль, медь? Какие частицы находятся в узлах каждой кристаллической решетки? Как это отражается на свойствах названных веществ?
  2. Какие свойства проявляют вещества с ионной кристаллической решеткой? Поясните примером.
  3. Какую кристаллическую решетку должен иметь карбид кремния, из которого делают абразивные материалы.

Вариант 2.

  1. Приведите примеры аморфных и кристаллических веществ. В чем их отличие?
  2. По каким свойствам иода и нафталина можно определить, что они имеют молекулярную кристаллическую решетку?
  3. Некое вещество имеет атомную кристаллическую решетку. Охарактеризуйте предположительно его свойства по плану: а) твердость; б) электропроводимость; в) пластичность или хрупкость; г) металлический блеск; д) температура плавления.

Вариант 3.

  1. Какой тип кристаллической решетки в следующих веществах: хлорид натрия, хлороводород, хлор? Как будут изменяться температуры плавления этих веществ в зависимости от типа их кристаллической решетки?
  2. Объясните различие свойств алмаза и графита неодинаковым строением этих веществ. Назовите типы кристаллических решеток у алмаза и графита.
  3. Какие свойства проявляют вещества с металлической кристаллической решеткой? Поясните примерами.

Вариант 4.

  1. Какой тип кристаллической решетки в следующих веществах: фтор, фтороводород, фторид натрия? Какие будут различия в физических свойствах этих веществ?
  2. Какой тип кристаллической решетки будет характерен для следующих веществ в твердом состоянии: а) КВr; б) НВr; в) Вr2; г) С (графит)?
  3. На конкретных примерах покажите, как проявляется зависимость некоторых физических свойств веществ от типа их кристаллических решеток.

Следующий: