Номер 1, страница 111 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 6. Углерод и кремний. Параграф 31. Характеристика углерода и кремния. Аллотропия углерода. Вопросы в начале параграфа - номер 1, страница 111.

Условие.

● Вспомните строение кристаллических решёток алмаза и графита.

Решение.

Решение 2.

Алмаз и графит являются аллотропными модификациями углерода, то есть состоят из атомов одного и того же химического элемента, но имеют разное строение и, как следствие, разные свойства. Различие в свойствах обусловлено разным типом строения их кристаллических решёток.

Строение кристаллической решётки алмаза

Кристаллическая решётка алмаза — атомная. В её узлах находятся атомы углерода. Каждый атом углерода в алмазе находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что четыре валентных электрона атома углерода образуют четыре равноценные гибридные орбитали, направленные к вершинам правильного тетраэдра. Угол между этими направлениями составляет $109,5^\circ$.

Каждый атом углерода связан прочными ковалентными $\sigma$-связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах этого тетраэдра. Такое расположение атомов и связей повторяется по всему объёму кристалла, образуя единую трёхмерную пространственную структуру. Все связи C–C в алмазе одинаково прочны и имеют одинаковую длину.

Благодаря такой жёсткой и прочной структуре алмаз является самым твёрдым из известных природных веществ. Отсутствие свободных электронов (все валентные электроны задействованы в образовании ковалентных связей) делает алмаз диэлектриком (не проводит электрический ток).

Ответ: Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку тетраэдрического строения. Каждый атом углерода ($sp^3$-гибридизация) связан прочными ковалентными связями с четырьмя другими атомами, образуя жёсткий трёхмерный каркас.

Строение кристаллической решётки графита

Кристаллическая решётка графита, как и у алмаза, является атомной, но имеет слоистое строение. Атомы углерода в графите находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Каждый атом образует три прочные ковалентные $\sigma$-связи с тремя соседними атомами углерода, расположенными в одной плоскости под углом $120^\circ$ друг к другу. Это приводит к образованию плоских слоёв, состоящих из правильных шестиугольников (похожих на пчелиные соты).

Четвёртый валентный электрон каждого атома углерода не участвует в гибридизации. Эти электроны (по одному от каждого атома) образуют единую делокализованную $\pi$-систему, общую для всего слоя. Слои графита связаны между собой слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). Расстояние между слоями значительно больше, чем расстояние между атомами внутри слоя.

Такое строение объясняет свойства графита: он мягкий (слои легко скользят друг относительно друга), непрозрачный, имеет металлический блеск и хорошо проводит электрический ток благодаря наличию делокализованных $\pi$-электронов.

Ответ: Графит имеет атомную кристаллическую решётку слоистой структуры. Атомы углерода ($sp^2$-гибридизация) в слоях соединены в плоские шестиугольные сетки прочными ковалентными связями. Слои связаны между собой слабыми межмолекулярными силами.