Ионные кристаллы

Субтитры

В предыдущем ролике мы говорили о слабых межмолекулярных и межатомных силах. Дисперсионная сила Лондона, конечно, самая слабая из них. А в этом ролике я начну с самой сильной, и это ковалентная связь. Давайте рассмотрим ковалентный кристалл. Но сначала дадим определение термина «кристалл». Кристаллом называется твердое вещество, особенностью которого является упорядоченное расположение молекул по определенному закону, в отличие от аморфного вещества... аморфного вещества, где перемешаны разные концентрации разных компонентов, разных ионов, разных молекул и разных частей вещества. Кристалл – это упорядоченная структура. Лед – это кристалл, потому что, как только температура воды снижается до необходимого уровня, благодаря водородным связям образуется кристалл с правильной структурой. Мы уже много говорили об этом. Самой прочной кристаллической структурой является ковалентная структура. Самый яркий пример -- это углерод в форме алмаза. Это ковалентный кристалл. Смотрите. У углерода четыре валентных электрона, и он не откажется от еще четырех. В итоге атомы углерода делятся электронами и все остаются довольны. Углерод может образовывать четыре связи с четырьмя углеродами, и каждый из этих углеродов может образовывать еще четыре связи с еще четырьмя углеродами. Как этот, например. 1, 2, 3 и так далее. Это структура алмаза. Это очень прочная структура, потому что, получается, что весь кристалл алмаза можно рассматривать как одну молекулу, потому что атомы в нем связаны ковалентными связями. Все эти атомы углерода делят электроны, и образуется самая прочная молекулярная связь. Соответственно, если твердое вещество состоит из такой прочной углеродной сетки, его температура кипения будет невероятно высокой. Вот почему алмаз такой прочный и его так сложно довести до кипения. А теперь два других типа кристаллов, прочность в их случае зависит не столько от типа связей, а, скорее, от конкретного вещества. Итак, следующие типы – это ионные кристаллы (я запишу оба типа сразу). Итак, это у нас ионный кристалл, а затем металлический кристалл. Он не следующий. Они идут параллельно, так сказать. Давайте теперь получше рассмотрим самую распространенную ионную молекулу, хотя это не совсем подходящее слово. Давайте возьмем немного натрия и немного хлора, помните, что происходит. У натрия есть один лишний электрон, который он легко теряет. А у хлора есть семь электронов и он стремится получить еще один. Итак, натрий отдает свой электрон хлору, и хлор приобретает отрицательный заряд, а на натрий – положительный, и они притягиваются друг к другу. Так, у нас есть положительно заряженный ион натрия и отрицательно заряженный ион хлора, и образуется примерно такая структура, сейчас нарисую. Давайте я выделю натрий зеленым цветом. Так, у нас есть несколько положительно заряженных ионов натрия, и несколько отрицательно заряженных ионов хлора, на самом деле они не такие, но я думаю, вы уловили идею, один атом положительный и один атом отрицательный, и они притягиваются друг к другу. Это достаточно прочная связь, и у такого вещества довольно высокая температура кипения. У вещества достаточно высокая температура кипения и такая структура довольно хрупкая. Если вы возьмете немного сухой поваренной соли не растворенной в воде, даже лучше большой кусок, ударите по нему – от него отколется кусок. Просто отвалится осколок. Вы будто быстро разрезаете кристалл вдоль одной из этих линий. Это любопытный факт. Всегда, когда происходят макроскопические изменения, на самом деле разрываются атомные связи. Так, от прочности атомных связей зависит твердость и прочность вещества. А теперь перейдем к металлическому кристаллу, мы о нем уже много говорили. Металлы отдают свои электроны, точнее они делятся электронами. Чтобы показать, что же происходит, возьмем несколько атомов железа. Подпишем их. Их электроны могут свободно двигаться вокруг. Все электроны свободно перемещаются. Образуется бассейн электронов, заряженный отрицательно, поэтому металлы хорошо проводят электричество. И конечно, атомы железа заряжены положительно, потому что их электроны свободно двигаются по кристаллу. Они будто встроены в эту сеть, или бассейн электронов. Металлические кристаллы иногда тверже ионных, а иногда - нет, в зависимости от конкретного случая. Можно вспомнить много очень твердых и очень мягких металлов. Например, золото. Если взять отвертку и молоток, и чистое золото, золото 560-пробы, ударить по нему, то образуется вмятина. Золото не такое хрупкое, как ионный кристалл. Оно ковкое и легко приобретает нужную форму. Оно немного мягче. Даже очень твердые металлы не такие хрупкие, потому что электронный газ позволяет смещаться слоям металла. Но это не значит, что металлы не твердые. Благодаря тому, что металлы могут изгибаться, они очень прочные, потому что изменяется направление приложенной силы. Итак, прочность, связана с температурой кипения, я уже рассматривал это. Эти связи довольно прочные, поэтому вещество кипит при высокой температуре. Если вы возьмете кристаллик соли и попробуете довести его до кипения, то вам понадобится очень много тепла. Итак, у этого вещества температура кипения выше, чем, к примеру, у таких веществ как благородные газы, в которых действуют только силы Ван-дер-Ваальса, выше даже, чем у фтороводорода. Молекулы фтороводорода связаны диполь-дипольным взаимодействием, если вы помните прошлый ролик. Но что интересно, ионные кристаллы кипят при очень высокой температуре, хотя они растворяются в воде. Так, ионные кристаллы очень твердые, высококипящие, но растворяются в воде. А когда они растворяются в воде, образуются ион-дипольные связи. Ион-дипольные связи. Что это такое? Сейчас объясню. Ион-диполь или ион-полярная связь. Собственно именно поэтому кристалл растворяется в воде. Потому что у молекулы воды, мы повторяли это много раз, есть отрицательно заряженная сторона, потому что кислород стягивает электроны к себе, водород – это положительно заряженная сторона, потому что он отдал свои электроны кислороду. Так, если вы возьмете ионы натрия и хлора, поместите их в водный раствор, положительно заряженные ионы натрия притягиваются к отрицательным концам диполей воды, а отрицательно заряженные ионы хлора, Сl минус, хотят быть рядом с водородами. Вот они немного растворились. Ионы все еще притягиваются друг к другу, но теперь они также притягиваются к разным полюсам молекулы воды, и теперь эти ионы могут раствориться и двигаться по течению воды. В таком случае, когда вы растворяете в воде ионный кристалл, происходят некоторые изменения. Так как у ионного кристалла невысокая проводимость, заряд не мог свободно перемещаться по нему. Но здесь, в растворе, заряженные частицы могут двигаться. А из-за того, что они двигаются, вода может проводить электрический ток, если растворить в ней соль, хлорид натрия. Итак, я хотел, рассказать вам о разных формах вещества. И сейчас, вы сможете разобраться, когда посмотрите на какое-нибудь вещество, высокая или низкая у него температура кипения, прочное это вещество или нет. Универсальный подход – рассмотреть на сколько сильное в этом веществе межмолекулярное взаимодействие. Очевидно, что если вся структура – это одна молекула, то связи между атомами очень и очень прочные. А с другой стороны, если взять несколько молекул неона, между ними действуют только дисперсионные силы Лондона, это самые слабые связи. И такое вещество скорее всего газообразное. Если очень сильно понизить температуру, то можно получить и жидкость. В любом случае, надеюсь, что вы узнали что-то полезное. Subtitles by the Amara.org community