§ 39. Кристалічні речовини

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Чим можуть різнитися тверді речовини за будовою?

Тверді речовини відрізняються порядком розташування частинок. У кристалічних речовинах атоми, молекули чи йони розміщені правильно та періодично в просторі. В аморфних речовинах частинки розташовані хаотично.

Як моделюють будову кристалів?

Будову кристалів відображають через кристалічні ґратки. Використовують дві основні моделі:

1. Кулестержневі: кульки імітують частинки, а стержні — хімічні зв’язки. Це наочно показує внутрішню будову.
2. Масштабні: кульки різних розмірів щільно прилягають одна до одної, демонструючи реальне заповнення простору.

Скільки атомів найближче розташовані до кожного атома в алмазі та графіті?

В алмазі кожен атом Карбону має 4 найближчих сусідів, розташованих у вершинах тетраедра. У графіті кожен атом Карбону оточений 3 сусідами в межах одного плоского шару.

Який ковалентний зв’язок — простий чи подвійний — імітує кожний стержень у кулестержневій моделі кварцу?

У кулестержневій моделі кварцу ($SiO_2$) кожен стержень показує простий (одинарний) ковалентний зв’язок між Силіцієм та Оксигеном.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про кристалічний та аморфний стани твердих речовин і моделі кристалів (кристалічні ґратки) речовин атомної, молекулярної та йонної будови.

Головна відмінність твердих речовин — наявність упорядкованої структури. Кристалічні речовини мають правильну форму та точну температуру плавлення завдяки кристалічним ґраткам. Аморфні речовини (скло, смола) не мають внутрішнього порядку і плавляться поступово.

Властивості залежать від типу кристалічних ґраток:

• Атомні: міцні ковалентні зв’язки роблять речовини твердими, тугоплавкими та нелеткими (алмаз $C$, кварц $SiO_2$).
• Молекулярні: слабкі зв’язки між молекулами зумовлюють легку плавкість, леткість і малу твердість (йод $I_2$, «сухий лід» $CO_2$).
• Йонні: сильне притягання між йонами робить їх твердими, крихкими та тугоплавкими; розплави проводять струм ($NaCl$).

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому при подрібненні кристала кухонної солі ($NaCl$) ми отримуємо дрібні кристалики правильної форми, а при розбиванні скла — безформні уламки з гострими краями?»

Відповідь: Кухонна сіль має кристалічну йонну ґратку. Цей порядок зберігається у дрібних частинках, тому вони зберігають правильну форму (спайність). Скло — аморфне, без внутрішнього порядку, тому його уламки хаотичні та несиметричні.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

407. Охарактеризуйте будову кристала.

Кристал — тверде тіло у формі багатогранника. Його частинки (атоми, молекули, йони) розміщені в просторі строго періодично. Цей порядок описують моделлю кристалічних ґраток, у вузлах яких розташовані частинки.

408. Кристалічним чи аморфним є дрібно розмелений цукор (цукрова пудра); скляний пил, який утворюється під час шліфування скляного виробу?

Цукрова пудра — кристалічна речовина, бо механічне подрібнення не руйнує внутрішній порядок молекул цукру. Скляний пил — аморфний, адже скло від початку не має кристалічної будови, і його дрібні уламки залишаються хаотичними.

409. Чим різняться кулестержнева і масштабна моделі будови кристала?

У кулестержневій моделі кульки рознесені та з’єднані стержнями. Це чітко показує геометрію ґратки та кути між зв’язками. У масштабній моделі кульки пропорційні реальним розмірам частинок і щільно прилягають одна до одної. Вона відображає фактичне заповнення простору.

ПОМІРКУЙМО

410. За зображенням кристалічних ґраток натрій хлориду визначте: а) скільки йонів $Cl^-$ оточує кожний йон $Na^+$ у кристалі солі; б) скільки йонів $Na^+$ оточує кожний йон $Cl^-$.

а) Кожен йон $Na^+$ оточений 6 йонами $Cl^-$.
б) Кожен йон $Cl^-$ оточений 6 йонами $Na^+$.
Координаційне число обох йонів дорівнює 6.

ПОМІРКУЙМО

411. Напишіть формули йонів, які містяться у вузлах кристалічних ґраток мінералів флюориту $CaF_2$ і корунду $Al_2O_3$.

• Флюорит ($CaF_2$): катіони кальцію $Ca^{2+}$ і аніони флуору $F^-$.
• Корунд ($Al_2O_3$): катіони алюмінію $Al^{3+}$ і аніони оксигену $O^{2-}$.

АНАЛІЗУЙМО

412. У старому посібнику з хімії є такий підпис до малюнка: «Модель кристалічної ґратки вуглекислого газу». У чому некоректність цього підпису?

Кристалічні ґратки існують виключно у твердих речовинах. Термін «вуглекислий газ» вказує на газоподібний стан. Коректний підпис: «Модель кристалічної ґратки твердого карбон(IV) оксиду» (або «сухого льоду»).

ДІЗНАВАЙМОСЯ

413. Функціонування різноманітних дисплеїв, моніторів, електронних індикаторів забезпечують речовини, які називають рідкими кристалами. Відшукайте в інтернеті відомості про ці речовини і з’ясуйте, чому вони отримали таку назву.

Рідкі кристали — речовини у проміжному стані між рідиною та кристалом. Назва пояснюється поєднанням текучості рідини зі впорядкованістю молекул кристалів. Електричне поле змінює орієнтацію їхніх молекул і пропускну здатність для світла, що використовується в LCD-дисплеях.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

414. Візьміть участь у віртуальній екскурсії до мінералогічного музею. Підготуйте стислий відгук про екскурсію зі своїми враженнями.

Приклад відгуку: Віртуальний мінералогічний музей вражає різноманіттям природних кристалів. Запам’яталися прозорі шестигранні друзи гірського кришталю ($SiO_2$) та кубічні кристали піриту ($FeS_2$) з металічним блиском. Екскурсія доводить: внутрішня будова (кристалічна ґратка) формує зовнішню красу мінералів.

СТВОРЮЙМО ПРОЄКТ

415. Підготуйте за матеріалами з інтернету повідомлення на тему «Шкала твердості мінералів (історія створення, використання)».

Шкала Мооса — відносна шкала (від 1 до 10) для визначення твердості мінералів методом дряпання (твердіший матеріал залишає слід на м’якшому).

Створена 1812 року німецьким ученим Фрідріхом Моосом. Він розробив практичний метод, обравши 10 еталонних мінералів для порівняння.

10 еталонів:

1. Тальк (дряпається нігтем).
2. Гіпс (дряпається нігтем).
3. Кальцит (дряпається мідною монетою).
4. Флюорит (дряпається ножем чи склом).
5. Апатит (із зусиллям дряпається ножем).
6. Ортоклаз (дряпає скло).
7. Кварц (глибоко дряпає скло).
8. Топаз (дряпає кварц).
9. Корунд (дряпає топаз).
10. Алмаз (найтвердіший, дряпає все).

Примітка: Шкала нелінійна. Різниця між корундом (9) і алмазом (10) значно більша, ніж між тальком (1) і корундом (9).

Сучасне використання:

• Геологія: швидка перевірка порід підручними предметами.
• Ювелірна справа: підбір довговічного каміння (від 8 балів), стійкого до кварцового пилу.
• Матеріалознавство: перевірка екранів і кераміки на стійкість до подряпин.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

416. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Ключові терміни: кристалічні речовини, аморфні речовини, кристал, кристалічні ґратки, вузли ґраток, кулестержнева модель, масштабна модель, атомна будова, молекулярна будова, йонна будова.

417. Складіть двомовний словничок із ключових слів і словосполучень, виписаних вами з параграфів 31—39.

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

418. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад таблиці самооцінювання: