Номер 8, страница 116 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

*8. Используя информационные источники, сравните между собой строение твёрдых веществ — неметаллов: серы, белого фосфора, красного фосфора, алмаза, кремния, бора. Что общего в их строении и в чём различия?

Для сравнения строения твердых неметаллов рассмотрим структуру каждого из них. Все они являются простыми веществами, но имеют разное кристаллическое строение, что и определяет различие их свойств.

Сера (S). В твердом состоянии наиболее устойчивая аллотропная модификация — ромбическая сера — имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки располагаются циклические молекулы $S_8$, имеющие форму короны. Атомы серы внутри молекулы связаны прочными ковалентными связями, а сами молекулы в кристалле удерживаются слабыми межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Это обуславливает её хрупкость и невысокую температуру плавления.

Белый фосфор (P). Также имеет молекулярную кристаллическую решетку. Структурными единицами являются молекулы $P_4$, имеющие форму тетраэдра. Внутри молекулы атомы фосфора соединены ковалентными связями. Между молекулами в кристалле действуют слабые межмолекулярные силы. Этим объясняются его мягкость, низкая температура плавления и высокая химическая активность.

Красный фосфор (P). В отличие от белого, является полимером и имеет атомную кристаллическую решетку. Его структура представляет собой сложную пространственную сетку, состоящую из цепей связанных между собой атомов фосфора. Благодаря прочным ковалентным связям по всему кристаллу, красный фосфор значительно более стабилен и тугоплавок, чем белый.

Алмаз (C). Это аллотропная модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, образуя жесткий трехмерный тетраэдрический каркас. Такая структура обеспечивает алмазу исключительную твердость и очень высокую температуру плавления.

Кремний (Si). Имеет атомную кристаллическую решетку, по типу строения аналогичную алмазу. Каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя другими атомами в тетраэдрическом окружении. Это обуславливает его твердость, хрупкость и высокую температуру плавления.

Бор (B). Обладает очень сложной атомной кристаллической решеткой. Ее основной структурной единицей является икосаэдр $B_{12}$ — почти сферическая структура из 12 атомов бора. Эти икосаэдры прочно связаны друг с другом ковалентными связями, образуя трехмерный каркас. Бор отличается высокой твердостью и тугоплавкостью.

Что общего в их строении?

Несмотря на внешние различия, в строении данных неметаллов можно выделить несколько общих черт:

• Все перечисленные вещества в твердом агрегатном состоянии являются кристаллическими, то есть имеют упорядоченную внутреннюю структуру.

• Основным типом химической связи между атомами в их структурах (внутри молекул, цепей или по всему кристаллу) является ковалентная связь.

• Для большинства из этих элементов (углерод, фосфор, сера, бор) характерно явление аллотропии — существование в виде нескольких простых веществ, разных по строению и свойствам.

Ответ: Общим для всех этих веществ является наличие кристаллической структуры в твердом состоянии и ковалентный тип химической связи между атомами. Также для большинства из них характерна аллотропия.

В чём различия?

Основные различия в строении определяют кардинальную разницу в их физических свойствах:

• Тип кристаллической решетки: Это ключевое различие. Сера и белый фосфор имеют молекулярную решетку, состоящую из отдельных молекул ($S_8$ и $P_4$), связанных слабыми межмолекулярными силами. Алмаз, кремний, бор и красный фосфор имеют атомную решетку, где все атомы в кристалле связаны прочными ковалентными связями в единый каркас.

• Строение структурных единиц: В молекулярных решетках структурными единицами являются молекулы разной формы (корона $S_8$, тетраэдр $P_4$). В атомных решетках весь кристалл является единой структурой, но с разной архитектурой: тетраэдрический каркас у алмаза и кремния, полимерные цепи у красного фосфора и сложная икосаэдрическая структура у бора.

• Следствия для свойств: Вещества с молекулярной решеткой (сера, белый фосфор) — мягкие, легкоплавкие, летучие. Вещества с атомной решеткой (алмаз, кремний, бор, красный фосфор) — твердые, тугоплавкие, нелетучие.

Ответ: Главное различие заключается в типе кристаллической решетки: у серы и белого фосфора она молекулярная, а у алмаза, кремния, бора и красного фосфора — атомная. Это приводит к различиям в строении структурных единиц (отдельные молекулы против единого атомного каркаса) и, как следствие, к кардинально разным физическим свойствам, таким как твердость и температура плавления.