Строение и свойства вещества
1.1 Характеристика вещёства в твёрдом состоянии.
Твёрдые вещества характеризуются следующими показателями: расстояния между частицами (атомами, молекулами) соизмеримы с их размерами, потенциальная энергия частиц значительно превосходит кинетическую, частицы находятся в тепловом колебательном движении.
Твёрдые вещества делятся на аморфные и кристаллические.
Таблица 1.1
Общая характеристика аморфных и кристаллических веществ
| Аморфное состояние (стеклообразное) | Кристаллическое состояние |
|
Ближний порядок расположения частиц Изотропность физических свойств Отсутствие конкретной точки плавления Термодинамическая нестабильность (большой запас внутренней энергии) Текучесть Примеры: органические полимеры – стекло, вар, янтарь и т.д. |
Дальний порядок расположения частиц Анизотропность физических свойств Конкретная температура плавления и кристаллизации Термодинамическая устойчивость (малый запас внутренней энергии) Обладают элементами симметрии Примеры: углерод (алмаз, графит), твёрдые соли, металлы, сплавы. |
Геометрическая форма кристалла – это следствие его внутреннего строения, которое характеризуется определённым расположением частиц в пространстве, обуславливающим структуру и свойства данного кристалла (пространственная кристаллическая решётка).
Основные параметры кристаллических решёток описаны в таблице 1.2
Таблица 1.2
Параметры кристаллической решётки (к.р.)
| Параметры | Определения |
|
1. Энергия кристаллической решётки, кДж/моль 2. Константа к.р. (d,[Ao]) 3.Координационное число |
Энергия, которая выделяется при образовании 1моль кристалла из микрочастиц (атомов, молекул, ионов), находящихся в газообразном состоянии и удалённых друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие Наименьшее расстояние между центрами 2-х частиц в кристалле, соединённых химической связью Число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью |
В зависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решётки и типа связи между ними, кристаллы бывают различных типов (см. табл. 1.3).
Таблица 1.3
Типы кристаллов и их свойства
| Тип кристалла (по типу хим. связи) | Вид частиц в узлах к.р. | Тип связи между частицами | Основные свойства кристаллов | Примеры веществ |
|
Молекулярные |
Неполярные или полярные молекулы |
Межмолекулярные силы; водородные связи |
Низкая теплопроводность и электропроводимость, низкая химическая прочность и темп. плавл.; высокая летучесть |
Твёрдые галогены, СН4, Н2, СО2(кр.), Н2О (кр), N2(кр.) |
|
Ковалентные (атомные) |
Атомы одного или разных элементов |
Ковалентные связи |
Высокая температура плавл., твёрдость и механ. Прочность; широкий диапазон электропроводности: от изоляторов (алмаз) и полупроводников (Ge, Si) до электронных проводников (Sn) |
Кристаллы простых и сложных веществ элементов 3-й и 4-й групп главных подгр. Салм, Si, Ge, Snc, SiC, AlN, BN и др. |
|
Ионные |
Простые и сложн. ионы |
Ионная св. – электростатическое взаимодействие |
Промежуточное положение между молекулярными и ковалентными кристаллами; как правило, хор. растворимы в полярн. расторит.; диэлектрики |
NaCl, CaF2, LiNO3, CaO и др. |
|
Металлические |
Атомы и ионы металлов |
Металлическая связь |
Ковки, пластичны; высокие тепло- и электропроводимость непрозрачность, металич. блеск |
Чистые металлы и сплавы |
1.2. Кристаллические проводники, полупроводники, изоляторы. Зонная теория кристаллов.
Все известные кристаллические вещества по величине электропроводимости подразделяются на три класса: проводники, диэлектрики (изоляторы), полупроводники (таблица 1.4).
Таблица 1.4.
Деление кристаллических веществ по величине электропроводимости
|
|
Электропроводность |
Общая характеристика |
Примеры |
|
Диэлектрики Полупроводники |
Вещества с металлической кристаллической решёткой, характеризующейся наличием “переносчиков тока” – свободно-перемещающихся электронов Вещества с атомной, молекулярной и реже ионной решёткой, обладающие большой энергией связи между частицами Вещества с атомной или реже ионной решёткой, обладающие более слабой энергией связи между частицами, чем изоляторы; с ростом температуры электропроводимость растет |
Fe, Al, Ag, Cu и др. Салмаз, слюда, органич. Полимеры, оксиды и др. Si, Ge, B, серое олово и др. |
Класс кристаллич. Вещества 
Различие в величине электропроводимости металлов, полупроводников и диэлектриков объясняет зонная теория строения твёрдого тела, основные положения которой сводятся к следующему. При образовании кристалла из одиночных атомов происходит перекрытие атомных орбиталей (АО) близких энергий и образование молекулярных орбиталей (МО), число которых равно общему числу перекрывающихся АО.
