Номер 2, страница 93 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

2. Сравните свойства атомных, молекулярных, ионных и металлических кристаллов.

Свойства кристаллов определяются типом частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и характером химической связи между ними. Рассмотрим четыре основных типа кристаллических решеток.

Атомные кристаллы

В узлах атомных кристаллических решеток находятся отдельные атомы, связанные между собой очень прочными и направленными ковалентными связями. Эти связи образуют единый трехмерный каркас, который пронизывает весь кристалл, по сути, превращая его в одну гигантскую макромолекулу.

Свойства:

1. Твердость и прочность: Атомные кристаллы обладают очень высокой твердостью и прочностью, так как для их разрушения необходимо разорвать прочные ковалентные связи. Алмаз — эталон твердости.

2. Температуры плавления и кипения: Очень высокие. Требуется большое количество энергии для преодоления сил ковалентного связывания. Например, температура плавления алмаза > 3550 °C.

3. Электропроводность: В большинстве случаев являются диэлектриками (алмаз) или полупроводниками (кремний, германий), так как валентные электроны жестко локализованы в ковалентных связях и не могут свободно перемещаться. Исключением является графит, который проводит электрический ток благодаря наличию делокализованных электронов в его слоистой структуре.

4. Растворимость: Практически нерастворимы в каких-либо растворителях.

5. Летучесть: Нелетучи.

Примеры: алмаз (C), графит (C), кремний (Si), оксид кремния(IV) (SiO₂, кварц), карбид кремния (SiC).

Ответ: Атомные кристаллы характеризуются очень высокой твердостью, тугоплавкостью, нерастворимостью и, как правило, низкой электропроводностью из-за прочных ковалентных связей между атомами в решетке.

Молекулярные кристаллы

В узлах молекулярных решеток находятся молекулы (полярные или неполярные). Внутри этих молекул атомы связаны прочными ковалентными связями, но сами молекулы в кристалле удерживаются друг около друга слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями). Именно эти слабые межмолекулярные силы определяют физические свойства кристалла.

Свойства:

1. Твердость и прочность: Низкая твердость, малая механическая прочность, хрупкость. Межмолекулярные связи легко разрушаются.

2. Температуры плавления и кипения: Низкие. Вещества с молекулярной решеткой плавятся и кипят при невысоких температурах.

3. Электропроводность: Не проводят электрический ток ни в твердом, ни в жидком состоянии (являются диэлектриками), так как в кристалле нет свободных носителей заряда.

4. Растворимость: Растворимость подчиняется правилу "подобное растворяется в подобном". Вещества с неполярными молекулами (йод, нафталин) растворяются в неполярных растворителях, а с полярными (сахар, лед) — в полярных.

5. Летучесть: Многие из них летучи (например, йод, нафталин, сухой лед).

Примеры: лед (H₂O), твердый диоксид углерода ("сухой лед", CO₂), йод (I₂), нафталин (C₁₀H₈), сера (S₈), белый фосфор (P₄), большинство органических соединений.

Ответ: Молекулярные кристаллы характеризуются низкой твердостью, низкими температурами плавления, неэлектропроводностью и часто высокой летучестью из-за слабых межмолекулярных сил между молекулами.

Ионные кристаллы

В узлах ионных решеток находятся чередующиеся положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы). Они удерживаются вместе за счет сильного электростатического притяжения (ионной связи), которое действует во всех направлениях.

Свойства:

1. Твердость и прочность: Обладают значительной твердостью, но при этом хрупки. При механическом воздействии происходит сдвиг слоев ионов, в результате чего одноименно заряженные ионы оказываются рядом, их взаимное отталкивание приводит к раскалыванию кристалла.

2. Температуры плавления и кипения: Высокие. Для разрушения сильных ионных связей требуется много энергии.

3. Электропроводность: В твердом состоянии являются диэлектриками, так как ионы жестко зафиксированы в узлах решетки. Однако их расплавы и водные растворы хорошо проводят электрический ток, поскольку ионы становятся подвижными и могут переносить заряд.

4. Растворимость: Многие хорошо растворимы в полярных растворителях, таких как вода. Молекулы растворителя сольватируют (окружают) ионы, ослабляя связь между ними.

5. Летучесть: Нелетучи.

Примеры: соли (NaCl, KNO₃, CuSO₄), оксиды активных металлов (MgO, CaO), щелочи (NaOH).

Ответ: Ионные кристаллы — это твердые, но хрупкие, тугоплавкие и нелетучие вещества. Они не проводят ток в твердом виде, но являются проводниками в расплавах и растворах.

Металлические кристаллы

В узлах металлической решетки находятся положительно заряженные ионы металлов. Между ними свободно перемещаются обобществленные валентные электроны, образуя так называемый "электронный газ". Связь между катионами и этим "газом" называется металлической. Эта связь является ненаправленной и неделокализованной.

Свойства:

1. Твердость и прочность: Варьируются в широких пределах — от очень мягких (щелочные металлы, которые можно резать ножом) до очень твердых (хром, вольфрам). Характерной чертой является пластичность (ковкость и тягучесть). При деформации слои ионов могут смещаться друг относительно друга без разрыва связи, так как "электронный газ" мгновенно перераспределяется.

2. Температуры плавления и кипения: Варьируются в очень широком диапазоне (от -39 °C у ртути до 3422 °C у вольфрама).

3. Электропроводность: Обладают высокой электро- и теплопроводностью как в твердом, так и в жидком состоянии благодаря наличию подвижных свободных электронов.

4. Растворимость: Нерастворимы в обычных растворителях, но могут образовывать сплавы с другими металлами или вступать в химические реакции (например, с кислотами).

5. Внешний вид: Имеют характерный металлический блеск, так как "электронный газ" способен отражать световые волны.

Примеры: все металлы (Fe, Cu, Al, Na, W) и их сплавы (сталь, бронза, латунь).

Ответ: Металлические кристаллы характеризуются пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью, металлическим блеском. Их твердость и температуры плавления могут сильно различаться.