Номер 4, страница 48 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 10. Строение кристаллов. Кристаллические решётки. Глава II. Строение вещества - номер 4, страница 48.

Условие.

4. На конкретных примерах сравните физические свойства веществ, существующих в виде металлических и ионных кристаллов.

Решение.

Решение 2.

Физические свойства веществ напрямую зависят от типа их кристаллической решетки и природы химической связи. Сравним свойства веществ с металлической и ионной решеткой на конкретных примерах: меди ($Cu$) как представителя металлов и хлорида натрия ($NaCl$, поваренная соль) как представителя ионных соединений.

В узлах металлической решетки меди находятся положительно заряженные ионы $Cu^{n+}$, а между ними свободно перемещаются обобщенные валентные электроны, образуя так называемый "электронный газ". Эти электроны связывают всю структуру воедино. В узлах ионной решетки хлорида натрия находятся строго чередующиеся положительные ионы натрия ($Na^+$) и отрицательные ионы хлора ($Cl^-$), удерживаемые сильными электростатическими силами притяжения.

Твердость, пластичность и хрупкость

Вещества с ионной решеткой, как правило, твердые, но в то же время хрупкие. Например, кристалл соли ($NaCl$) можно раскрошить. Твердость обусловлена сильным притяжением между ионами. Хрупкость объясняется тем, что при механическом воздействии (ударе) происходит сдвиг слоев решетки. В результате одноименно заряженные ионы оказываются рядом, что приводит к резкому возникновению сил отталкивания и разрушению (раскалыванию) кристалла.

Вещества с металлической решеткой, например медь ($Cu$), характеризуются пластичностью — способностью изменять форму под нагрузкой без разрушения (ковкость, тягучесть). При механическом воздействии слои ионов в металле могут смещаться друг относительно друга, но связь не разрывается, так как "электронный газ" продолжает удерживать их вместе в новом положении.

Ответ: Ионные кристаллы (например, $NaCl$) твердые, но хрупкие, в то время как металлические кристаллы (например, $Cu$) пластичны.

Температуры плавления и кипения

Для веществ с ионной решеткой характерны очень высокие температуры плавления. Чтобы расплавить хлорид натрия, его нужно нагреть до 801 °C. Это связано с тем, что для разрушения прочной кристаллической решетки, удерживаемой мощными электростатическими силами, требуется большое количество энергии.

Большинство металлов также являются тугоплавкими. Например, температура плавления меди составляет 1085 °C. Металлическая связь также является прочной. Однако диапазон температур плавления у металлов очень широк: от ртути ($Hg$, t_пл = -39 °C) до вольфрама ($W$, t_пл = 3422 °C).

Ответ: И для металлических, и для ионных кристаллов характерны, как правило, высокие температуры плавления из-за прочности химических связей в них.

Электропроводность

Ионные кристаллы в твердом состоянии являются диэлектриками (не проводят электрический ток). Это объясняется тем, что ионы жестко зафиксированы в узлах решетки и не могут перемещаться для переноса заряда. Однако при плавлении или растворении в воде ($NaCl$) решетка разрушается, ионы становятся подвижными, и такие расплавы/растворы хорошо проводят электрический ток.

Металлы (например, $Cu$) отлично проводят электрический ток как в твердом, так и в жидком (расплавленном) состоянии. Это их характерное свойство обусловлено наличием свободных электронов ("электронного газа"), которые под действием электрического поля начинают упорядоченно двигаться, создавая электрический ток.

Ответ: Металлы проводят ток в твердом и жидком состоянии, а ионные соединения — только в виде расплавов или растворов.

Растворимость в воде

Многие вещества с ионной кристаллической решеткой, включая хлорид натрия, хорошо растворяются в полярных растворителях, таких как вода. Полярные молекулы воды ($H_2O$) притягиваются к ионам на поверхности кристалла, окружают их (гидратируют) и "вырывают" из решетки, что приводит к ее разрушению и переходу вещества в раствор.

Металлы, в том числе и медь, в воде нерастворимы, так как прочная металлическая связь не может быть разрушена взаимодействием с молекулами воды.

Ответ: Многие ионные соединения хорошо растворимы в воде, в то время как металлы в воде нерастворимы.