Искусственно выращенный кристалл висмута

Искусственно выращенный кристалл висмутаИ так на протяжении всего кристалла. В результате образуется кристаллическая решётка, которая называется атомной. Именно она придаёт алмазу чрезвычайно высокую твёрдость.

Попробуйте из спичек и пластилиновых шариков сделать модель такой кристаллической решётки. В ней все расстояния между соседними атомами должны быть одинаковыми.

Четвёртый тип кристаллических веществ встречается у металлов. Их кристаллическая решётка так и называется — металлическая.

Возьмём кристалл любого металла. В нём все атомы одинаковые, поэтому ионная связь между ними исключена: одни атомы не будут отдавать свои валентные электроны другим, точно таким же атомам.

Не образуется обычно между атомами металла и ковалентная связь, иначе в металле присутствовали бы двухатомные молекулы, например Fe2 (такие случаи очень редки). Как же устроен металл?

Оказывается, атомы в нём отдают валентные электроны не друг другу, а «в общее пользование».

Поэтому в металле имеются положительно заряженные катионы и «ничейные» электроны, которые и связывают друг с другом, как клеем, заряженные атомы металла (такая связь называется металлической). Эти электроны могут относительно легко передвигаться по всей решётке, именно поэтому металлы хорошо проводят теплоту и электрический ток. Расшифровка строения твёрдых веществ помогла химикам решить не одну загадку.

Давно было известно, что один и тот же элемент может образовать несколько простых веществ, отличающихся по свойствам.

Например, элемент кислород может образовать два разных простых вещества — газообразные кислород и озон.

И физические, и химические свойства озона сильно отличаются от свойств кислорода. Например, если в воздухе больше 9% озона, он может взорваться; эфир, спирт, скипидар, бытовой газ метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом; в присутствии озона быстро чернеет серебро.

Эту загадку разгадали довольно давно: молекулы кислорода состоят из двух атомов (О2), а молекулы озона — из трёх (О3). Так что неудивительно, что свойства этих веществ разные. Ещё одну загадку смогли разгадать намного позже.

Было известно, что не только кислород, но и другие элементы образуют разные простые вещества.

Так, мягкое блестящее олово на морозе превращается в серый порошок.

Чистый углерод может быть и алмазом, и графитом, и сажей, и недавно открытыми фуллеренами. Не отстаёт от углерода и фосфор: он может быть белым, красным, чёрным, фиолетовым…

И все эти виды фосфора, хотя и состоят из атомов одного сорта, исключительно сильно отличаются по своим свойствам — как будто это разные вещества.

Белый фосфор очень ядовит и может самопроизвольно загореться на воздухе, а красный фосфор неядовитый и сам не загорится, если его не поджигать.

В чём тут дело? Почему одни и те же атомы образуют совершенно разные вещества?

Во многих случаях ответ отыскался в строении кристаллических решёток веществ.

Например, у алмаза она атомная. Графит построен из слоев, составленных сеткой углеродных шестиугольников, напоминающих пчелиные соты.

Внутри слоя связи очень прочные, а между слоями они значительно слабее. Поэтому одни слои могут скользить относительно других, и оттого графит мягкий и легко разрушается.

Белое и серое олово также имеет разную кристаллическую структуру.

Такое явление, когда одно и то же по составу кристаллическое вещество в зависимости от условий (температура, давление) может образовывать вещества с разными свойствами, называется полиморфизмом (по-гречески это слово означает «много форм»).

Со временем выяснилось, что полиморфизм — скорее правило, чем исключение. Однако некоторые кристаллические модификации данного вещества существуют или при очень высокой, или при очень низкой температуре либо при очень высоких давлениях, поэтому при обычных условиях мы их не наблюдаем.

Так, даже для льда известно множество полиморфных модификаций, причём некоторые довольно необычные. Лёд одной модификации плавится уже при -22 «С, другой, наоборот, остаётся твёрдым при температуре намного выше 100 °С! Только, чтобы получить такой лёд, нужны огромные давления — десятки тысяч атмосфер.

Железо также может существовать в нескольких модификациях. Например, при температурах до 917 °С кристаллическая решётка железа кубическая объемно-центрированная.

Это значит, что в центре каждого куба, образованного восемью атомами железа, расположен ещё один, девятый атом.

Такую же решётку имеют натрий и калий.

При более высокой температуре атомы железа перестраиваются в кубическую гранецентрированную решётку.

Из названия видно, что в центре каждой из шести граней куба находится по атому железа.

Такую же решётку, только при обычной температуре, имеют медь и серебро. Другие модификации железа существуют при ещё более высоких температурах или при повышенных давлениях.

Но в повседневной жизни людям (да и химикам тоже) встречаться с такими модификациями приходится нечасто. Зато они постоянно имеют дело с веществами одного и того же состава, различающимися не строением кристаллической решётки, а разным расположением атомов в молекулах.

Такие вещества называются изомерами.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

О химии и химиках
  • Репетитор – это не обязательно

    06.09.2017

    Очень примечательным и ободряющим для российских граждан является тот факт, что во всем мире репетиторство развивается не менее бурными темпами, чем в России. Ведь когда на законодательном уровне было закреплено единый... 
    Читать полностью

  • Чудеса для разминки

    02.02.2017

    Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться. Для первого опыта нужны два вещества, которые,... 
    Читать полностью

  • Варим яйцо в бумажной кастрюле

    02.02.2017

    Возьмите лист плотной бумаги, сверните из него колпачок. Стыки проклейте быстросохнущим клеем и скрепите скобами степлера. В эту бумажную емкость налейте воды, положите сырое яйцо. Согните из проволоки держатель (его можно... 
    Читать полностью

  • Свеча из мыла

    02.02.2017

    Когда мы рассуждали о том, почему мыло моет, то упоминали особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост», причем «голова» стремится к воде, а «хвост», напротив, от воды отталкивается… Рассмотрим... 
    Читать полностью

  • Главные принципы домашнего физика

    01.02.2017

    Правило первое (самое главное). Сначала демонстрация опыта, потом – его объяснение и применение закона! Именно такая последовательность привлекает максимальное внимание, и вызывает главный вопрос исследователя – «Почему?» Правило... 
    Читать полностью