Почему алмаз режет стекло, а лёд тает в руке — хотя оба «просто кристаллы».
Твёрдое вещество — это упорядоченная решётка. Всё поведение вещества (плавится оно легко или нет, твёрдое или мягкое, проводит ток или нет) определяют две вещи: что стоит в узлах решётки и какие силы держат эти узлы вместе.
Сильная связь между узлами → высокая температура плавления и твёрдость. Слабая → летучесть и мягкость. Именно поэтому по типу решётки можно предсказать физические свойства, ни разу не трогая вещество.
Соли, щёлочи, оксиды металлов. Твёрдые, тугоплавкие, хрупкие. Расплав и раствор проводят ток. Пример: NaCl, KOH, CaO.
Очень твёрдые и очень тугоплавкие, нерастворимые. Пример: алмаз, графит, кремний Si, SiO2 (кварц), карбид SiC, бор.
Летучие, легкоплавкие, мягкие. Между молекулами слабое притяжение. Пример: I2, лёд, «сухой лёд» CO2, сахар, почти вся органика, O2, N2, P4, S8.
Металлы и сплавы. Электро- и теплопроводны, пластичны, с блеском. Пример: Fe, Cu, Al, латунь.
| Молекулярная | Ионная | Атомная | Металлическая | |
|---|---|---|---|---|
| В узлах | молекулы | ионы | атомы | ион-атомы + e- |
| t плавления | низкая | высокая | очень высокая | от низкой до высокой |
| Твёрдость | мягкие | твёрдые, хрупкие | очень твёрдые | пластичные |
| Ток | нет | расплав/раствор — да | нет* | да |
| Пример | I₂, CO₂, лёд | NaCl, KOH | алмаз, SiO₂ | Fe, Cu |
* Исключение — графит: атомная решётка, но проводит ток за счёт подвижных электронов между слоями.
Металл? → металлическая. Металл + неметалл (соль, щёлочь, оксид металла)? → ионная. Только неметаллы? → почти всегда молекулярная. Исключения-«атомники» надо просто выучить: алмаз, графит, кремний, бор, SiO₂, SiC.
1) SiO₂ — атомная (тугоплавкий кварц), а похожий CO₂ — молекулярная (сухой лёд). 2) Графит проводит ток, хотя решётка атомная. 3) Все газы и жидкие неметаллы (O2, Cl2, N2) — молекулярные.
CO2 и I2 — молекулярные (слабые силы) → плавятся легко. SiO2 — атомная решётка с прочными ковалентными связями по всему кристаллу.
Ответ: SiO₂ — тугоплавкий кварц (tпл ≈ 1700 °C).
Это признак ионной решётки: в твёрдом виде ионы закреплены, а в расплаве освобождаются и переносят заряд. Пример — NaCl.
Один тест на проводимость почти однозначно выдаёт тип решётки. Логика простая: ток — это движение заряженных частиц, значит вопрос лишь в том, есть ли в веществе подвижные заряды.
| Решётка | В твёрдом виде | В расплаве | В растворе | Кто переносит заряд |
|---|---|---|---|---|
| Металлическая | проводит | проводит | — | свободные электроны |
| Ионная | не проводит | проводит | проводит | ионы, освободившиеся из решётки |
| Атомная | не проводит | не проводит | нерастворима | нет подвижных зарядов |
| Молекулярная | не проводит | не проводит | зависит от вещества | нет зарядов (молекулы нейтральны) |
Проводит всегда → металл. Проводит только в расплаве и растворе → ионная. Никогда не проводит и при этом тугоплавкое и твёрдое → атомная. Никогда не проводит и легкоплавкое → молекулярная.
Решётка атомная, а ток он проводит. Причина: каждый атом углерода связан лишь с тремя соседями, четвёртый электрон остаётся свободным и гуляет по слою. Поэтому из графита делают электроды. Про это исключение спрашивают постоянно.
Алмаз и графит состоят из одного и того же углерода. Различие только в том, как атомы уложены в пространстве — и свойства расходятся до противоположных.
| Признак | Алмаз | Графит |
|---|---|---|
| Связей у атома C | 4 | 3 (+ свободный электрон) |
| Строение | объёмный каркас, тетраэдры | плоские слои, связанные слабо |
| Твёрдость | самое твёрдое вещество | мягкий, оставляет след |
| Электропроводность | не проводит | проводит |
| Применение | резцы, свёрла, огранка | электроды, грифели, смазка |
Аллотропия — существование одного элемента в виде нескольких простых веществ. Кроме углерода: кислород O₂ и озон O₃, фосфор белый, красный, чёрный, сера ромбическая и пластическая, олово белое и серое.
Внутри слоя связи прочные ковалентные, а между слоями — слабые силы. Слои скользят друг по другу и отслаиваются на бумагу. Та же причина делает графит хорошей сухой смазкой.
Не всякое твёрдое тело — кристалл. У аморфных веществ (стекло, смолы, пластмассы, воск) частицы уложены беспорядочно.
Строгий порядок, чёткая температура плавления. Лёд плавится ровно при 0 °C.
Порядка нет, чёткой tпл тоже нет — размягчаются в интервале температур. Стекло сначала тянется, потом течёт.
Атомная. Тугоплавкость и твёрдость исключают молекулярную, отсутствие проводимости в расплаве — ионную, отсутствие проводимости в твёрдом виде — металлическую. Примеры: алмаз, кварц SiO₂, карборунд SiC, бор.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
Атомная: каждый атом углерода связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседями по всему кристаллу. Разорвать эту сетку крайне трудно — отсюда твёрдость и тугоплавкость.
KCl — ионная (металл + неметалл); O2 — молекулярная; Zn — металлическая; алмаз — атомная.
CO2 — молекулярная решётка со слабыми межмолекулярными силами (легко улетучивается). SiO2 — атомная, связи прочные по всему кристаллу.
Молекулярная — все три признака указывают на слабые межмолекулярные силы.
В алмазе каждый атом отдал все четыре валентных электрона на связи с четырьмя соседями — свободных зарядов не осталось. В графите атом связан только с тремя соседями, четвёртый электрон делокализован и свободно движется внутри слоя. Он и переносит ток.
Сначала определяем решётки: O₂ и H₂O — молекулярные, NaCl — ионная, SiO₂ — атомная.
O₂ (−219 °C) < H₂O (0 °C) < NaCl (801 °C) < SiO₂ (~1700 °C)
Внутри молекулярных вода плавится выше кислорода из-за водородных связей. Порядок по типам решёток: молекулярная → ионная → атомная.
Стекло аморфно: у него нет кристаллической решётки с одинаковыми связями. Частицы уложены беспорядочно, связи разной прочности рвутся при разных температурах — поэтому стекло не плавится скачком, а постепенно размягчается в интервале температур.
Классический портрет ионной решётки: соли, щёлочи, оксиды активных металлов. В кристалле ионы жёстко закреплены в узлах и двигаться не могут; при плавлении или растворении решётка разрушается, ионы освобождаются и начинают переносить заряд. Примеры: NaCl, KNO₃, NaOH, CaO.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно