Номер 3, страница 53 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 6. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - номер 3, страница 53.

Условие.

3. Как структура веществ влияет на их физические свойства?

Решение.

Решение 2.

Структура вещества, то есть тип его внутреннего строения, напрямую определяет его физические свойства. Ключевыми факторами являются тип частиц, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы), и характер химических связей и межмолекулярных взаимодействий между этими частицами. В зависимости от строения, вещества делят на кристаллические и аморфные. У кристаллических веществ частицы расположены в строго определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Рассмотрим основные типы кристаллических решеток и их влияние на свойства.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой

В узлах таких решеток находятся молекулы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями). Внутри самих молекул атомы связаны прочными ковалентными связями, но эти связи не влияют на свойства кристалла в целом, а определяют химические свойства самого вещества.

Физические свойства:

• Низкие температуры плавления и кипения. Это связано с тем, что для разрушения решетки (плавления) или преодоления притяжения между молекулами (кипения) нужно затратить мало энергии, так как межмолекулярные силы слабы.
• Невысокая твердость, летучесть.
• Плохая электропроводность как в твердом, так и в жидком состоянии, поскольку нет свободных носителей заряда (ионов или электронов).
• Растворимость зависит от полярности молекул (следуя правилу "подобное растворяется в подобном").

Примеры: йод ($I_2$), твердый диоксид углерода ("сухой лед", $CO_2$), нафталин, вода (лед, $H_2O$), сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$).

Ответ: Вещества с молекулярной решеткой состоят из молекул, связанных слабыми межмолекулярными силами, что обуславливает их низкие температуры плавления, невысокую твердость и плохую электропроводность.

Вещества с атомной кристаллической решеткой

В узлах решетки находятся отдельные атомы, соединенные между собой очень прочными ковалентными связями. Эти связи пронизывают весь кристалл, образуя единую гигантскую макромолекулу.

Физические свойства:

• Очень высокие температуры плавления и кипения. Для разрушения решетки необходимо разорвать прочные ковалентные связи, что требует огромного количества энергии.
• Высокая твердость и прочность.
• Практически нерастворимы в воде и других растворителях.
• В большинстве случаев являются диэлектриками или полупроводниками, так как электроны прочно связаны в ковалентных связях. Исключением является графит, у которого слоистая структура и наличие делокализованных электронов обеспечивают электропроводность и мягкость.

Примеры: алмаз (C), графит (C), кремний (Si), диоксид кремния (кварц, $SiO_2$), карбид кремния (карборунд, $SiC$).

Ответ: Вещества с атомной решеткой состоят из атомов, соединенных прочными ковалентными связями по всему объему, что делает их очень твердыми, тугоплавкими и, как правило, неэлектропроводными.

Вещества с ионной кристаллической решеткой

В узлах решетки находятся поочередно расположенные положительно и отрицательно заряженные ионы. Они удерживаются вместе за счет сильного электростатического притяжения (ионной связи).

Физические свойства:

• Высокие температуры плавления и кипения. Ионные связи очень прочны, и для их преодоления требуется много энергии.
• Твердые, но хрупкие. При механическом воздействии происходит смещение слоев ионов, одноименно заряженные ионы оказываются рядом, что приводит к их отталкиванию и разрушению кристалла.
• В твердом состоянии не проводят электрический ток, так как ионы жестко зафиксированы в узлах решетки.
• Проводят электрический ток в расплавленном состоянии или в водных растворах, поскольку ионы становятся подвижными и могут переносить заряд.
• Многие хорошо растворимы в полярных растворителях, таких как вода.

Примеры: хлорид натрия ($NaCl$), фторид кальция ($CaF_2$), оксид магния ($MgO$), сульфат меди(II) ($CuSO_4$).

Ответ: Вещества с ионной решеткой состоят из ионов, удерживаемых сильным электростатическим притяжением, что придает им тугоплавкость, твердость, хрупкость и способность проводить ток в расплавах и растворах.

Вещества с металлической кристаллической решеткой

В узлах решетки находятся положительные ионы металлов, а между ними свободно перемещаются обобществленные валентные электроны, образуя так называемый "электронный газ". Связь между ионами и электронами называется металлической.

Физические свойства:

• Высокая электропроводность и теплопроводность. Обусловлены наличием свободных, подвижных электронов, которые переносят заряд и энергию.
• Пластичность (ковкость и тягучесть). При деформации не происходит разрыва связей, так как слои ионов могут смещаться друг относительно друга, не нарушая связи с "электронным газом".
• Металлический блеск. Свободные электроны отражают световые волны.
• Температуры плавления сильно варьируются (от низких у ртути и щелочных металлов до очень высоких у тугоплавких металлов, как вольфрам).

Примеры: все металлы и их сплавы, например, железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al), золото (Au).

Ответ: Вещества с металлической решеткой состоят из ионов металла и "электронного газа", что обеспечивает им высокую электро- и теплопроводность, пластичность и металлический блеск.

Отдельно стоит упомянуть аморфные вещества, которые, в отличие от кристаллических, не имеют строгого порядка в расположении частиц (дальний порядок отсутствует, есть только ближний). Из-за этого у них нет определенной температуры плавления – они размягчаются постепенно в некотором интервале температур. Также они изотропны, то есть их свойства одинаковы во всех направлениях. Примеры: стекло, смолы, пластмассы.