nekrasovI (1114433), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

! П-58. Пропускаемый свинцовым экраном (А) узкий пучок рентгеновских лучси проходит сквозь кристалл (Б) и дает на помещенной за ним фотографмческой пластинке (В) ряд пятен. закономерно окружающих центральное (вызванное нсотклоненными лучами), как это видно из рис. !!1-57. Расчеты на основе подобных фотографий позволяют не только устанавливать взаимное пространственное расположение частиц, но и получать указания по вопросу о самой их п р и р о д е. С этой точки зрения следует различать четыре основные типа структур твердого вещества, схематически показанные на рис.

П!-58. Я Б Как указывает само название. атомная структура характеризуется прежде всего тем, что в узлах пространственной решетки расположены отдельные а т о- Б м ы. Последние соединены друг с другом + обычными к о в а л е нтн ы м и связями (что на рис. П1-58 схематически показано соединительными линиями). Из-зл полной равноценности всех этих связей нет оснований объединять те или иные атомы в отдельные молекулы, а весь кристалл следует рассматривать как гигантскую единую частицу.

Образованные по атомному типу твердые вещества характеризуются обычно в ыс о к и м и температурами плавления и б о л ь ш о й твердостью. Обе этн особенности обусловлены тем, что ковалентные связи соединяют атомы друг с другом весьма прочно.-Типичньгм примером обладающих атомной струкТурой твердых веществ может служить алмаз, в котором каждый атом углерода непосредственно связан с четырьмя другими. Особенности молекулярной структуры определяются наличием в узлах пространственной решетки неполяриых или полярных моле кул, связанных друг с другом только м е ж м о л е к у л я р и ы м и силами.

Хотя молекулы эти могут быть иногда и одноатомными (у инертных Рис. 1П-56. Схема рентгеновского исследования кристаллов. ствующего вещества из твердого в жидкое н затем в газообразное состояние (П $ 2]. Именно поэтому обычно и наблюдается, что в ряду образованных яеполярными или полярными молекулами химически сходных веществ температуры плавления и кипсиия возрастают по мере увеличевия молекулярного веса. Хороший нрпмер для иллюстрация этой общей закономерности дает ход изменения обеих констант инертных газов. 188 !П. Основные нрсдстпвяенин о внутреннем строении веи!сствп газов), однако по всем своим свойствам решетка продолжает оставаться молекулярной. Различие между атомными и молекулярными структурами обусловлено, следовательно, не столько самим типом частиц, сколько характером их взаимодействия.

Так как межмолекулярные силы стягивают частицы друг с другом сравнительно слабо, твердые вещества с молекулярной структурой характеризуются обычно н и з к н м и температурами плавления н м а л о й твердостью. ' Типичной для твердого состояния веществ, образованных ионныии молекулами, является ионная структура, характеризующаяся наличием в узлах пространственной решетки отдельных и о н о в.

Как показывает рис. !!1-58, каждый нз них находится в совершенно одинаковом отношении ко всем непосредственно окружающим его ионам противоположного знака. Таким образом, при переходе а твердое состояние индивидуальность отдельных моРнс. !!1-57. Рентгено. лекул нацело теряется: весь кристалл ионного сое- 5!8О динения представляет собой гигантскую единую частицу. Действующие в иотптых структурах кулон о в с к ие силы обусловливают гораздо более прочное стяжение между частицами, чем межмолекулярные силы. В соответствии с этим и температуры плавления, и твердость ионных соединений з н а ч и тел ь н о выше, чем у веществ, образованных полярными или неполярными молекулами.' Характерная для и стал лов в их твердом (и жидком) агрегатном состоянии снегаллическая структура существенно отличается от рассмотренных выше своей сложностью: она содержит одновременно атомы н нейтральные, и ионизированные, т.

е. отщепнвшие ту или иную часть своих валентных электронов. Так как все атомы данного металла С- +) ~+ э с=Э ~ (=' т) ('- и) Втярнртяярная О О О О 0 О+ О О+ ° ° ° ОООО ОООО ° ° ° ОООО ОООО итре сная ионная Рнс. !1!.58. Основные тнпн структур твердого вещества. одинаковы, каждый из них имеет р а нные с другимн шансы на ионизацию. !1наче говоря, переход электрона от нейтрального атома к ионнзированному может происходить без затраты энергии. Как следствие этого, в металлической структуре непрерывно осуществляется подобный обмен электронами и всегда имеется некоторое число электронов с воб одн ы х, т. с, нс принадлежащих в данный момент каким-либо опрделенным атомам. На схеме рис.

1П-58 этн свободные электроны показаны точками.' Ничтожно малые размеры электронов позволяют пм более нли менее свободно перемещаться по всему металлическому кристаллу. Последний можно в связи с этим рассматривать как пространственную решетку из положительных ионов и нейтральных атомов, находящуюся в атмосфере «э л е к т р о и н о г о г а з а». Так как каждый из структурных элементов металлического кристалла нн с каким другим предпочтительно не связан, весь подобный кристалл представляет собой гигантскую единую частицу.е !оя й д.

Структура твердых тел Наличие свободных электронов во всех металлических структурах обусловливает существование общих свойств металлов. Сюда относятся прежде всего такие характерные для них внешние признаки, как непрозрачность, металлический блеск и большей частью серый цвет. Со свободой перемещения электронов связаны высокая электропроводность металлов н их хорошая теплопроводность. Все эти особенности резко отличают металлы от подобных алмазу и НаС! твердых веществ с атомной или ионной структурой. ' ' Как следует из изложенного выше, общие свойства металлов так нли иначе связаны с наличием в них свободных электронов.

Чем значительнее концентрация последних, тем отчетливее выражены особенности металлического состояния. Но в отдельных металлах концентрация свободных электронов может быть очень различной. С другой стороны, необходимо должны проявляться индивидуальные особенности Рнс. ! П-59. Упаковка ионов в кристалле МаС!. Рис. !!1-бо. Схема строении кристалла МаС!. заполняющих узлы пространственной решетки нейтральных атомов и положительных ионов. Поэтому, наряду с общими свойствами, каждый металл обладает и своими собственными, именно для него характерными. В частности, очень сильно колебл!отся температуры плавления отдельных металлов и их твердость.

Например, натрий плавится около 100'С, а осмий около 3000'С, натрий по твердости близок к воску, а осмий гораздо тверже железа. т-и После рассмотрения твердого агрегатного состояния следуст несколько остановиться на внутреннем строении жидкостей. «Мы должны признать, что в отличие от газов частицы жидкостей сближены и в отличие от твердых тел легко подвижны», — писал Д. И. Менделеев (1887 г.).

Ранее считалось, что жидкости, подобно газам, характеризуются полным отсутствием упорядоченного расположения частиц. Однако на самом деле это не так: имея возможность более или менее свободно перемещаться, частицы жидкости вместе с тем п р с д и о ч т ит е л ь н о занимают некоторыс о п р е д е л е н н ы е позиции по отношению друг к другу.

Состояние жидкости можно грубо сравнить с положением в танцевальном зале, когда м нож е с т во танцующих пар, несмотря на происходящие при постоянном обмене местами отдельные сближения н расхождения, в ц е л о и все же сохраняет известны й порядок. Итак, некоторый порядок во взаимном расположении частиц жидкости существует, Прн приближении ее к температуре замерзании (т, е к твердому состоянию) упорядоченность внутренней структуры становится вырлжешюй более четко.

Напротив, по мере приближения жидкости к температуре кипения (т. е, к газообразному состоянию) все более усиливается беспорядок во взаимном положении частиц. Таким !!о Пй Огнооныс представления о внутреннал строгали леи!гггга образом, с точки зрения внутренней структуры жидкое агрегатное состояние действительно является не р е ходи ы м между твердым н газообразным.'з " В начале параграфа уже отмечалось, что исследование веществ с помощью рентгеновских лучей позволяет точно устанавливать взаимное пространственное расположение частиц.

Тем самым откРЫвается важная для химии возможность определять размеры (точнее — с ф е р ы д е й с т в и я) отдельных атомов и ионов. Например, радиус нона )ч)а+ равен 0,98А, иона С! — 1,81 А. Оба иона можно грубо представ( ) лять себе шарами, упакованными в кристалле ХаС! так, как показано на рнс. Ш-69.

Обычно кристаллические структуры веществ изобрав "э жают более схематично, не считаясь с Размерпш Ш-6!. Влияппе ва- рами частиц, а указывая лишь их взаимное лептяого состоякпя яе рвз- Расположение (рис. 111-60). меры атома Радиусь! нейтральных атомов Ха и С) равны соответственно 1,86 н 0.99 А. Из сопоставления велячин ионных и атомных Радиусов видно, как сильно влияег на размеры отдача нлн присоединение атомов электронов. Для одного и того же элемента это влияние наглядно показано на рнс.

1И-61„где даны увеличенные в 60 миллионов раз Размеры атома серы в нейтральном ($е), отрицательно двухвалентном (Ь з) и положительно шестивалентном (Ь+е) состояниях. В дальнейшем придется чаете иметь дело с размерами атомов н ионов, так как от них сильно зависят многие свойства веществ. 'а 'Дополнения !) Каждая молекулярпвя решетка может быть расчленена на состввлщощяе ее решетки отдельных атомов. Такое расчленение (т. е. точпое определение положепнк каждого пз атомов) позволяет делать вежпые выводы о впутрепвем строеяпп се м их молекул. Напроткв, прп рассмотрении свойств к р иста л л в опо в большпвстве случаев пе является необходимым.

так квк расстояния между отдельными атомами внутри молекулы обычпо зпвчятельяо мепьше, чем расстояния между соседппмк молекуламп, Поэтому в качестве пер в и чн ого структурного элемента кристалла я можно рассматривать молекулу в делом. ( ) О+ О (+) 2) Свлы стяжения между попами в кристалле характеризуются велячшшй энергии кристаллической решет- О О О О кя, под которой понимается энергия, могущая выделиться прп образования грамм-молекулярного количества кристаллов вз свободных гезообрвзпых понов.

Так, для ХаС! (58д г) змеем ОООО О О+ О О+ Хэ+ (г) + С! (г) =ХвС! (т) + )86 ккал рао, ц!.62. ох«ма отро«ааа металла о «бахал«хтроааоа» точна эралаа. Очевпдпо, что прк разложения кристаллов нэ свободные газообразные копы то же колячество энергия должно бЫло бы поглотиться. 2) Металлическую структуру можно рассматривать явк и е р е х о д я у ю между атомной я копной.

Характеристики

Список файлов книги