Кристаллическая решетка

Посмотрите на снежинку. Доказано, что в мире нет двух абсолютно одинаковых снежинок, несмотря на огромное количество снега. За форму, размер и даже температуру, при которой снежинка превратиться в капельку воды, отвечает кристаллическая решетка. 

Изучение кристаллов интересовало людей с давних времен. Есть даже специальная наука о кристаллах – кристаллография. Она включает в себя кристаллохимию и кристаллофизику. М. В. Ломоносов в 1749 году сформулировал гипотезу строения кристаллических тел. Р. Ж. Гаюи является основателем теории решетчатого строения кристаллов, а О. Браве изучил различные геометрические формы и структуры кристаллических решеток. С открытием рентгеновских лучей впервые удалось «увидеть» строение кристалла берилла.

Что такое кристаллическая решетка

Как видно из названия, кристаллическая решетка (КР) указывает на то, что рассматриваемое вещество представляет из себя кристалл. Решетка является совокупностью точек, называемых узлами и связанных между собой условными линиями. В узлах кристаллической решетки могут быть различные частицы вещества, находящиеся на одинаковых расстояниях друг по отношению к другу. Данная структура может выражаться в качестве воображаемого геометрического образа, который позволяет осуществлять совмещение и параллельный перенос каждой кристаллической решетки.

Полезная информация о кристаллической решетке

Типы кристаллических решеток

В любой кристаллической решетке существует элементарная ячейка, которая является ее мельчайшей структурной единицей и обладает всеми характеристиками ее симметрии. В зависимости от того, какие частицы располагаются в узлах кристаллической решетке и какова природа химической связи, выделяют атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую решетку.

Атомная кристаллическая решетка

Атомная кристаллическая решетка бывает трех основных видов:

В узлах такой кристаллической решетке располагаются атомы, объединенные ковалентной связью. Для данных веществ характерна прочность, значительная твердость, устойчивость к плавлению, нерастворимость в подавляющем большинстве растворителей.

1. слоистая форма (например, графит). Атомы в такой решетке объединены в большие молекулы, располагающиеся одна под другой, наподобие слоеного пирога;
2. каркасная форма (например, алмаз), когда углеродные атомы образуют решетку, напоминающая пирамиду. Такая структура придает веществу особую прочность;
3. цепочечная форма (например, киноварь HgS), где совокупность атомов образует длинные цепочки.

Молекулярная кристаллическая решетка

В узловых точках такой кристаллической решетки располагаются молекулы, объединенные слабыми химическими связями. В силу этого молекулярные кристаллы обладают незначительной твердостью, неэлектропроводны, являются летучими и легкоплавкими веществами (например, лед), не растворяются в водной среде.

Ионная кристаллическая решетка

Структура ионной кристаллической решетки представлена положительными и отрицательными ионами в ее узлах и связанными между собой силами электростатического притяжения. Такая решетка характерна для большинства солей (например, NaCl), щелочей (КОН), оксидов металлов (СаО). Подобные соединения обладают твердостью в сочетании с хрупкостью, они нелетучи и тугоплавки, способны к растворению в воде, проводят электрический ток.

Металлическая кристаллическая решетка

Металлы, как известно, отличаются определенным набором характерных свойств: у них высокая твердость в сочетании с пластичностью, хорошая ковкость дополняется высокой температурой плавления, они отлично проводят тепло и электричество. Все эти качества связаны со специфической кристаллической решеткой, в узлах которой могут находиться как атомы, так и ионы металлов. Особенностью является наличие общих электронов, свободно перемещающихся в пространстве кристаллической решетки.

Примеры кристаллической решетки

Большинство веществ, встречающихся в природе, обладает кристаллической структурой на основе одного из четырех видов кристаллической решетки.

Атомная решетка имеется, к примеру, у кремния (Si), бора (В), кварца (SiO₂), германия (Ge). Молекулярной КР обладают благородные газы (He, Ne, Ar и другие), кислород (О₂), иод (I₂), «сухой лед» (СО₂).

Ионная решетка характерна для оксидов большинства металлов (МgO, CaO), щелочей (NaOH, KOH), солей (NaCl, KNO₃).

Металлической кристаллической решеткой обладают металлы и их сплавы.

Как определить кристаллическую решетку

Вид кристаллической решетки, присущий конкретному природному или искусственно полученному веществу, определяют по типу химической связи в соединении.

Если в веществе есть химическое взаимодействие ионов, то с полным основанием можно говорить о кристаллической решетке ионного типа. Металлическая связь однозначно свидетельствует о металлической кристаллической решетке.

Сложнее обстоит дело с ковалентной химической связью, поскольку она может быть как в атомной, так и в молекулярной решетке. В таком случае нужно смотреть на такие характеристики вещества, как прочность, тугоплавкость, твердость, которые различаются у соединений, имеющих молекулярную и атомную кристаллическую решетку.

это интересно

Строение атома

Вместе с экспертами рассмотрим современные научные представления о строении атомов

подробнее

Свойства кристаллических решеток

Свойства кристаллической решетки находятся в зависимости не только от характера связи между различными частицами вещества, но и от их взаимного расположения друг относительно друга. Например, в кристаллах алмаза атомы углерода расположены симметрично и связаны ковалентными неполярными связями, что придает веществу высокую прочность. Напротив, кристаллическая структура графита, также состоящего из атомов углерода, образует плоские шестиугольники, связанные между собой слабыми межмолекулярными связями.

Задачи по теме «Кристаллическая решетка»

Проверьте, что вы узнали или запомнили о кристаллических решетках, ответив на три несложных вопроса

1. Назовите тип кристаллической решетки у кальция (Са).

2. Какая из характеристик ниже относится к веществам с атомной кристаллической решеткой?

а) хрупкие
б) тугоплавкие
в) растворяются в водной среде
г) электропроводны

3. Какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки графита?

а) молекулы
б) ионы
в) атомы
г) атомы и ионы

Ответы к задачам

Давайте проверим ваши ответы.

1. Металлическая
2. б) тугоплавкие
3. в) атомы

3 темы по химии, которые пригодятся на контрольной

Скоро контрольная по химии? Проверьте, все ли из этих тем вам знакомы.

1. Как пользоваться таблицей Менделеева
2. Что такое валентность
3. Современные представления о строении атома

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Виктория Елесина, кандидат биологических наук, преподаватель химии образовательного центра Фонда Андрея Мельниченко в Бийске: