Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Какая кристаллическая решетка у алмаза и в чем ее уникальность

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Кристаллической решеткой алмаза ученые заинтересовались давно. Благодаря ее характеристикам, камень имеет особые свойства и ценность. Существуют аллотропные модификации, используемые в промышленности, электронике, медицине, космонавтике, авиации. В настоящее время развивается отрасль по созданию искусственных алмазов, но она требует больших затрат.

Строение кристалла и способ образования

Камень алмаз – кубическая аллотропная форма углерода, шестого элемента таблицы Менделеева. Образуется после сверхбыстрого охлаждения под действием сильного давления. Добывается в кимберлитовых трубках – вертикальных образованиях, возникших при прорыве магмы сквозь кору земли.

Под фразой «кристаллическая решетка алмаза» понимают пространственное расположение и соединения атомов углерода, обусловливающие твердость минерала.

По сути алмаз – это модификация углерода.

К какому типу относится кристаллическая решетка алмаза

Минерал имеет атомную кристаллическую решетку, т. е. в узлах расположены атомы углероды.

Особенности строения кристаллической решетки алмаза обусловливают его прочность, т. к. каждый атом находится в центре тетраэдра (треугольная или трехгранная пирамида) и связан ковалентными связями. При этом каждый атом плотно связан с четырьмя соседними атомами.

Минерал плохо или практически совсем не проводит электрический ток (диэлектрик). Это связано с тем, что между атомами одинаковое расстояние и нет свободных электронов.

Для алмаза характерна кубическая сингония, т. е. элементарная ячейка представлена в форме куба.

Строение кристаллической решетки алмаза:

  • по одному атому углерода – на вершинах куба;
  • по одному атому – в каждой грани;
  • четыре атома – внутри куба.

Атомы, расположенные в центре граней – общие для двух ячеек. Атомы, расположенные на вершинах – общие для восьми ячеек. Между собой они соединены наиболее прочным подвидом ковалентной связи – сигма-связью.

Всего химики выделяют 4 типа связи атомов между собой:

  • ионная;
  • металлическая;
  • водородная;
  • ковалентная.

Последний тип связи, формирующий кристаллическую решетку у алмаза, считается самым прочным.

Не все алмазы состоят исключительно из углерода. Иногда в составе встречаются посторонние примеси (кальций, алюминий, бор, магний, кремний, гранит, газы). Если примеси расположены поверхностно, то их можно удалить при огранке. Если же внутри камня, то такие алмазы не представляют ювелирной ценности и используются в промышленности.

Пример кристаллической решетки камня в видео:

Физические и химические свойства

Химическая формула минерала – C. Кристалл хорошо проводит тепло, но не проводит (или слабо проводит) электрический ток. Имеет хорошие преломляющие и отражающие свойства.

Плавится при температуре свыше 3700 градусов. Горит в сочетании с кислородом при температуре более 721 градуса. Устойчив к кислотам и щелочам.

Физические свойства:

  1. Цвет: бесцветный, прозрачный. Возможны оттенки голубого, желтого, синего, розового, красного, бурого, черного.
  2. Форма: кристалл с разным количеством граней.
  3. Блеск: сильный алмазный.
  4. Плотность: 3,5 г/см3.
  5. Твердость: абсолютная, 10 баллов. Но при этом камень очень хрупкий.
  6. Спайность: средняя.
  7. Электропроводность: слабая или отсутствует.
  8. Люминесцирует при ультрафиолете.
  9. Под действием рентгеновского излучения снижается прочность связей.

Аллотропные модификации

Некоторые другие химические элементы имеют схожую с алмазом структуру, но несколько отличную молекулярную кристаллическую решетку. Различие – в расположении атомов.

У алмаза атомы углерода располагаются близко друг другу. А у других элементов с большей атомной массой – расстояние между атомами больше, что снижает их прочность.

Из аллотропных модификаций известны:

  1. Лонсдейлиты – недостаточно изучены, добываются из метеоритов или создаются искусственно, имеют гексагональную кристаллическую решетку.
  2. Графит – имеет похожее строение, но отличается пи-связями и наличием свободных электронов (гексагональная кристаллическая решетка).
  3. Уголь – используется как сырье для получения тепла.
  4. Карбин – мелкие черные кристаллы в форме порошка, искусственно созданные.
  5. Фуллерены – кристаллическая решетка выглядит в виде мяча, собранного из восьмиугольников, искусственно созданные.
  6. Углеродные нанотрубки – используются как каркас к наноизделиям.

Аллотропные модификации способны к трансформации: под действием температуры 1800 градусов они преобразуются в графит.

Дополнительно смотрите видеоматериал об аллотропных формах углерода — алмазе и графите:

Способы применения вещества

Обработанные и ограненные камни высокого качества – бриллианты с идеальной кристаллической решеткой и составом (без примесей и дефектов) – используют для производства ювелирных украшений. Это наиболее прибыльная сфера применения минерала.

Дефектные камни идут на другие нужды:

  • производство подшипников, сверл;
  • использование в электронике и телекоммуникациях;
  • изготовление механизмов из алмазного порошка;
  • обрамление шлифовочных кругов;
  • создание оптических линз;
  • использование в качестве абразивов;
  • создание квантовых компьютеров;
  • применение в ядерной энергетике;
  • изготовление медицинского инструментария.

Получение искусственных минералов

В настоящее время разработаны методики получения алмаза из графита.

По HPHT методу, формирование искусственного камня достигается воздействием 3000-градусной температуры при давлении более 1000 Па и добавлением металлов. Это приводит к изменению ковалентных связей в кристаллической решетке и образованию пористых мутных камней.

Получить небольшие, но геометрически идеальные и прозрачные самоцветы, можно с помощью применения ударной волны (метод взрывного синтеза).

Но считается, что лучший способ получения искусственных самоцветов – это выращивание при температуре 1500 градусов. Но это затратный метод, как и создание алмазов с помощью ультразвука. Поэтому принято получать камни из паров метана. Метод основан на пленочном осаждении графита.

Технологии неуклонно развиваются, и возможно в скором будущем, ученые научатся синтезировать искусственные алмазы при минимальных затратах.

Источник: https://zakamnem.ru/interesno/kristallicheskaya-reshetka-almaza

Типы кристаллических решёток — урок. Химия, 8–9 класс

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение, которое характеризуется строго определённым расположением частиц.

Если соединить частицы условными линиями, то получится пространственный каркас, называемый кристаллической решёткой.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решётки. В узлах воображаемой решётки могут находиться атомы, ионы или молекулы.

В зависимости от природы частиц, расположенных в узлах, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионную, металлическую, атомную и молекулярную.

Ионными называют решётки, в узлах которых находятся ионы.Их образуют вещества с ионной связью. В узлах такой решётки располагаются положительные и отрицательные ионы, связанные между собой электростатическим взаимодействием. Ионные кристаллические решётки имеют соли, щёлочи, оксиды активных металлов.

Ионы могут быть простые или сложные. Например, в узлах кристаллической решётки хлорида натрия находятся простые ионы натрия Na+ и хлора Cl−, а в узлах решётки сульфата калия чередуются простые ионы калия  K+ и сложные сульфат-ионы SO42−.Связи между ионами в таких кристаллах прочные. Поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие.

Такие вещества хорошо растворяются в воде. 

Кристаллическая решётка хлорида натрия

Кристалл хлорида натрия

Металлическими называют решётки, которые состоят из положительных ионов и атомов металла и свободных электронов.

Их образуют вещества с металлической связью. В узлах металлической решётки находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы, отдавая свои внешние электроны в общее пользование).

Такие кристаллические решётки характерны для простых веществ металлов и сплавов.

Температуры плавления металлов могут быть разными (от \(–37\) °С у ртути до двух-трёх тысяч градусов). Но все металлы имеют характерный металлический блеск, ковкость, пластичность, хорошо проводят электрический ток и тепло.

Металлическая кристаллическая решётка

Металлические изделия

Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, соединённые ковалентными связями.

Такой тип решётки имеет алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. К веществам с атомной кристаллической решёткой относятся графит, кремний, бор и германий, а также сложные вещества, например, карборунд SiC и кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(\(IV\)) SiO2.

Таким веществам характерны высокая прочность и твёрдость. Так, алмаз является самым твёрдым природным веществом.

У веществ с атомной кристаллической решёткой очень высокие температуры плавления и кипения. Например, температура плавления кремнезёма — \(1728\) °С, а у графита она выше — \(4000\) °С. 

Атомные кристаллы практически нерастворимы.

Кристаллическая решётка алмаза

Алмаз

Молекулярными  называют решётки, в узлах которых находятся молекулы, связанные слабым межмолекулярным взаимодействием.

Несмотря на то, что внутри молекул атомы соединены очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому молекулярные кристаллы имеют небольшую прочность и твёрдость, низкие температуры плавления и кипения.

Многие молекулярные вещества при комнатной температуре представляют собой жидкости и газы.

Такие вещества летучи. Например, кристаллические иод и твёрдый оксид углерода(\(IV\)) («сухой лёд») испаряются, не переходя в жидкое состояние.

Некоторые молекулярные вещества имеют запах.

Такой тип решётки имеют простые вещества в твёрдом агрегатном состоянии: благородные газы с одноатомными молекулами  (He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn), а также неметаллы с двух- и многоатомными молекулами (H2,O2,N2,Cl2,I2,O3,P4,S8).

Молекулярную кристаллическую решётку имеют также вещества с ковалентными полярными связями: вода — лёд, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды большинства неметаллов. Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).

Кристаллическая решётка углекислого газа

«Сухой лёд»

Кристаллики иода

Если известно строение вещества, то можно предсказать его свойства.

Попробуем определить, каковы примерно температуры плавления у фторида натрия, фтороводорода и фтора.

У фторида натрия — ионная кристаллическая решётка. Значит, его температура плавления будет высокой. Фтороводород и фтор имеют молекулярные кристаллические решётки.

Поэтому их температуры плавления будут невысокими. Молекулы фтороводорода полярные, а фтора — неполярные.

Значит, межмолекулярное взаимодействие у фтороводорода будет сильнее, и его температура плавления будет выше по сравнению со фтором.

Экспериментальные данные подтверждают эти предположения: температуры плавления NaF, HF и F2 составляют соответственно \(995\) °С, \(–83\) °С,  \(–220\) °С.

Источники:

Габриелян О. С. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013. — 133 с.  

Источник: https://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/stroenie-veshchestva-18844/kristallicheskie-reshetki-61860/re-a6ccb0b0-4b1a-4645-897f-e8a126bdc853

Типы кристаллических решёток

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Для определениятипа кристаллической решётки поступают следующим образом. Если связь всоединении ионная, то кристаллическая решётка всегда ионного типа:хлорид калия, нитрат калия, нитрид кальция, карбид кальция, оксид алюминия.

Если связьметаллическая, то и кристаллическая решётка всегда металлическая: латунь, железо,медь, натрий.

Если связьковалентная, то решётка может быть, как атомной, так и молекулярной. Веществами сатомной кристаллической решёткой являются: карборунд, оксид кремния четыре,бор, кремний, алмаз, графит, чёрный и красный фосфор.

У веществ с молекулярнойкристаллической решёткой в узлах кристаллической решётки расположенымолекулы, прочность данной связи слабая.

Для веществ с молекулярнойкристаллической решёткой характерны низкие температуры плавления,то есть они легкоплавки и летучи, значительная сжимаемость, иногда запах, атакже явление сублимации, или возгонки, как для йода и твёрдого углекислогогаза.

Для веществ с молекулярнойкристаллической решёткой характерна небольшая твёрдость,большинство этих веществ хорошо растворимы в воде. Молекулярную кристаллическуюрешётку имеют газы и жидкости в твёрдом агрегатном состоянии. Например,кристаллический йод, сера, белый фосфор, углекислый газ, большинствоорганических соединений.

У веществ с атомнойкристаллической решёткой в узлах расположены атомы. Связь между атомами вкристаллические решёткиковалентная, очень прочная. Дляэтих веществ характерны высокие температуры кипения и плавления, то есть онитугоплавки и нелетучий, очень твёрдые, практически не растворимы в воде и неимеют запаха.

Примером веществ стаким типом кристаллических решёток являются алмаз и графит.

Как известно,твёрдость алмаза оценивается по шкале Мооса самым высоким значением –10. Благодаря высокой твёрдости алмаз используют для изготовления буров, свёрл,шлифовальных инструментов, стеклорезов. Алмаз является камнем ювелиров, онииспользуют отшлифованные алмазы – бриллианты.

Графит также являетсявеществом с атомной кристаллической решёткой, но несмотря на это, он мягкий,так как имеет слоистую структуру.

В кристаллической решётке графита атомыуглерода, лежащие в одной плоскости, связаны в правильные шестиугольники. Связимежду слоями непрочные, за счёт этого графит мягкий. Графит, как и алмаз,тугоплавкий.

Из него изготавливают электроды, твёрдые смазки, стержни длякарандашей, замедлители нейтронов в ядерных реакторах.

Атомныекристаллические решётки имеют не только простые, но и сложные вещества. Например,все разновидности оксида алюминия. Такие, как наждак, корунд, рубин, сапфир.

Наиболеераспространённое соединение кремния – это оксид кремния четыре, которыйтакже имеет атомную кристаллическую решётку. Почти чистым оксидом кремниячетыре является минерал кварц.

У веществ с ионнымтипом связи в узлах кристаллической решётки расположены ионы, связь междучастицами – ионная, она прочная.

Для веществ сионным типом связи характерны следующие свойства: высокие температурыплавления и кипения, они тугоплавки и нелетучи, они твёрдые, хрупкие,многие растворимы в воде.

Их хрупкость объясняется тем, что если попробоватьдеформировать такую кристаллическую решётку, то один из её слоёв будетдвигаться относительно другого слоя до тех пор, пока одинаково заряженные ионыне будут друг против друга.

Эти ионы начнут отталкиваться друг от друга, икристаллическая решётка разрушиться.

Вещества с ионнымтипом связи плохо проводят электрический ток и тепло. Но их растворы и расплавыпроводят электрический ток. Вещества с ионным типом связи не имеют запаха.

Ионное соединениепредставляет собой гигантскую ассоциацию ионов, расположенных в пространствеблагодаря равновесию сил притяжения и отталкивания.

Например, кристаллхлорида натрия состоит из катионов натрия и анионов хлора. Каждый катион натрияокружён шестью анионами хлора, а каждый анион хлора – шестью катионами натрия.Наименьшей структурной единицей кристалла является элементарная ячейка.Строение элементарной ячейки зависит от соотношения размеров катиона и аниона.

У веществ сметаллическим типом связи в узлах кристаллической решётки расположеныатом-ионы, связь между ними металлическая. Связь может быть различной попрочности.

Металлическаякристаллическая решётка определяет свойства металлов: ковкость,пластичность, электро-и теплопроводность, металлический блеск, способностьобразовывать сплавы.

Пластичность выражается вспособности металлов деформироваться под действием механической нагрузки. Этосвойство лежит в основе ковки, прокатки металлов, их способности вытягиваться впроволоку. Пластичность объясняется тем, что под воздействием силы слоиперемещаются относительно друг друга без разрыва связи между ними.

Например, еслидвумя плоскими стеклянными пластинками поместить несколько капель воды, топластинки будут свободно скользить относительно друг друга, но вот разъединитьих будет достаточно сложно. Таким образом, в данном опыте вода играла рольсвободных электронов, которые находятся в металлической кристаллическойрешётке.

Наиболеепластичными металлами являются золото, серебро и медь. Именно из золота можносделать самую тонкую фольгу толщиной три тысячных миллиметра. Такую тонкуюфольгу использую для золочения. Примером может служить Янтарная комната вБольшом Екатерининском дворце.

Высокаяэлектропроводность металлов обусловлена наличием свободных электронов, которыепод действием электрического тока приобретают направленное движение.

Лучшимипроводникамиэлектрического ока являются серебро и медь, немного худшим– алюминий. Однако в большинстве случаев в качестве электропроводов используюталюминий, а не медь.

Теплопроводностьметалловтакже объясняется движением свободных электронов, которыесталкиваются с атом-ионами в узлах кристаллической решётки и обмениваются сними энергией. Благодаря этому свойству металлическая посуда равномернонагревается.

Вещества сметаллическим типом кристаллической решётки имеют металлический блеск из-заотражения световых лучей.

Высокойсветоотражающей способностью обладают ртуть, серебро, палладий и алюминий. Изсеребра, палладия и алюминия изготавливают зеркала, прожектора и фары. Впорошкообразном состоянии металлы теряют свой блеск, только магний и алюминийсохраняют его.

Большинствометаллов имеет серебристо-белый цвет. Только золото окрашено в жёлтый цвет, амедь в красный.

Металлическаякристаллическая решётка характерна не только для металлов, но и для сплавов.Это отличает металлические сплавы от других сплавов: стекла, фарфора, керамики,базальтов, гранитов, гнейсов.

Источник: https://videouroki.net/video/9-tipy-kristallicheskih-reshyotok.html

Виды кристаллических решёток: атомная, молекулярная, металлическая и ионная

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Согласно атомно-молекулярной теории Бойля, все вещества состоят из молекул, которые находятся в постоянном движении. Но существует ли какая-то определённая структура в веществах? Или они просто состоят из хаотично движущихся молекул?

Виды кристаллических решёток

В действительности чёткую структуру имеют все вещества, пребывающие в твёрдом состоянии.

Атомы и молекулы движутся, но силы притяжения и отталкивания между частицами сбалансированы, поэтому атомы и молекулы располагаются в определённой точке пространства (но продолжают совершать небольшие колебания, зависящие от температуры). Такие структуры называются кристаллическими решётками.

Места, в которых находятся сами молекулы, ионы или атомы, называют узлами. А расстояния между узлами получили название – периоды идентичности. В зависимости от положения частиц в пространстве, различают несколько типов:

  1. атомная;
  2. ионная;
  3. молекулярная;
  4. металлическая.

В жидком и газообразном состоянии вещества не имеют чёткой решётки, их молекулы движутся хаотично, именно поэтому они не имеют формы.

Например, кислород, находясь в газообразном состоянии, представляет собой бесцветный газ без запаха, в жидком (при -194 градусов) – раствор голубоватого цвета.

Когда температура опускается до -219 градусов, кислород переходит в твёрдое состояние и приобретает кр. решётку, при этом он превращается в снегообразную массу синего цвета.

Интересно, что у аморфных веществ нет чёткой структуры, поэтому у них и нет строгой температуры плавления и кипения. Смола и пластилин при нагревании постепенно размягчаются и становятся жидкими, у них нет чёткой фазы перехода.

Атомная кристаллическая решётка

В узлах находятся атомы, о чём и говорит название. Эти вещества очень крепкие и прочные, так как между частицами образуется ковалентная связь.

Соседние атомы образуют между собой общую пару электронов (а, точнее, их электронные облака наслаиваются друг на друга), и поэтому они очень хорошо связаны друг с другом. Самый наглядные пример – алмаз, который по шкале Мооса обладит наибольшей твёрдостью.

Интересно, что алмаз, как и графит, состоит из углевода. Графит является очень хрупким веществом (твёрдость по шкале Мооса – 1), что является наглядным примером того, как много зависит от вида.

Атомная кр. решётка плохо распространена в природе, к ней относятся: кварц, бор, песок, кремний, оксид кремния (IV), германий, горный хрусталь.

Для этих веществ характерна высокая температура плавления, прочность, а также эти соединения очень твёрдые и нерастворимые в воде.

Из-за очень сильной связи между атомами, эти химические соединения почти не взаимодействуют с другими и очень плохо проводят ток.

Ионная кристаллическая решётка

В этом типе ионы располагаются в каждом узле. Соответственно, этот вид характерен для веществ с ионной связью, например: хлорид калия, сульфат кальция, хлорид меди, фосфат серебра, гидроксид меди и так далее. К веществам с такой схемой соединения частиц относятся;

  • соли;
  • гидроксиды металлов;
  • оксиды металлов.

Хлорид натрия имеет чередование положительных (Na +) и отрицательных (Cl -) ионов. Один ион хлора, находящийся в узле, притягивает к себе два иона натрия (благодаря электромагнитному полю), которые находятся в соседних узлах. Таким образом, образуется куб, в котором частицы связаны между собой.

Для ионной решётки характерна прочность, тугоплавкость, устойчивость, твёрдость и нелетучесть. Некоторые вещества могут проводить электрический ток.

Молекулярная кристаллическая решётка

В узлах этой структуры находятся молекулы, которые плотно упакованы между собой. Для таких веществ характерна ковалентная полярная и неполярная связь. Интересно, что независимо от ковалентной связи, между частицами образуете очень слабое притяжение (из-за слабых ван-дер-вальсовых сил).

Именно поэтому такие вещества очень хрупкие, обладают низкой температурой кипения и плавления, а также они летучие.

К таким веществам относятся: вода, органические вещества (сахар, нафталин), оксид углерода (IV), сероводород, благородные газы, двух– (водород, кислород, хлор, азот, йод), трёх- (озон), четырёх- (фосфор), восьмиатомные (сера) вещества и так далее.

Одна из отличительных черт – это то, что структурная и пространственная модель сохраняется во всех фазах (как в твёрдых, так в жидких и газообразных).

Металлическая кристаллическая решётка

Из-за наличия в узлах ионов, может показаться, что металлическая решетка похожа на ионную. На самом деле, это две совершенно разные модели, с разными свойствами.

Металлическая гораздо гибче и пластичнее ионной, для неё характерна прочность, высокая электро- и теплопроводность, эти вещества хорошо плавятся и отлично проводят электрический ток.

Это объясняется тем, что в узлах находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы), которые могут перемещаться по всей структуре, тем самым обеспечивают течение электронов.

Частицы хаотично движутся около своего узла (они не имеют достаточной энергии, чтобы выйти за пределы), но как только появляется электрическое поле, электроны образуют поток и устремляются из положительной в отрицательную область.

Металлическая кристаллическая решётка характерна для металлов, например: свинец, натрий, калий, кальций, серебро, железо, цинк, платина и так далее.

Помимо прочего, она подразделяется ещё на несколько типов упаковок: гексагональная, объёмно центрированная (наименее плотная) и гранецентрированная.

Первая упаковка характерна для цинка, кобальта, магния, вторая для бария, железа, натрия, третья для меди, алюминия и кальция.

Таким образом, от типа решётки зависят многие свойства, а также строение вещества. Зная тип, можно предсказать, к примеру, какой будет тугоплавкость или прочность объекта.

Дополнительную информацию о кристаллических решетках вы найдете в нашем видео.

Источник: https://LivePosts.ru/articles/education-articles/himiya/atomnaya-molekulyarnaya-ionnaya-i-metallicheskaya-kristallicheskaya-reshyotka

Графит и алмаз: кристаллическая решетка и свойства

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Узнав физические свойства алмаза и графита, ученые отметили, что это разные формы углерода. Первый – это драгоценный минерал, один из самых твердых в мире. По принятой у геммологов шкале Мооса алмаз имеет наибольший балл твердости – 10.

Графит по этой системе не дотягивает даже до 2. Блестящая драгоценность и грифель простого карандаша состоят из углерода. Различие этих минералов определяет тип кристаллической решетки. Но свойства их сильно отличаются друг от друга.

Об этом читайте ниже.

Алмаз – самый твердый минерал. Внешне это прозрачный камень, у которого четко видна кристаллическая форма. Диаманты бесцветные, но встречаются разные оттенки, среди которых даже черный. Цвет зависит от природных условий, в которых формировался камень, а также от различных примесей в его структуре.

Графит – хрупкое, жирное на ощупь вещество, имеющее металлический блеск, состоящее из молекул углерода, расположенных слоями и образующих мелкие тонкие пластинки. При его нажатии на листке остается след.

Состав минералов

Первое, с чего начнем рассмотрение характеристики алмаза и графита, это состав минералов. Оба – из углерода, шестого элемента периодической системы.

Поскольку алмаз и графит состоят из частиц углерода, тип вещества у них – индивидуальный, а качественный состав образован соединениями атомов углерода. Формула алмаза и графита в химии проста – С, углерод. Этот химический элемент не имеет запаха, поэтому ни алмаз, ни графит ничем не пахнут.

Хотя химическая формула алмаза имеет схожесть с формулой графита, у структур, в которые соединяются атомы углерода, образуя кристаллическую решетку, есть разница.

Когда у минералов кристаллические решетки имеют отличие, но для них характерен идентичный химический состав, их называют полиморфами. Рассматриваемые минералы – разные виды полиморфных модификаций углерода.

Как и где находят углеродные минералы

Сходство элементарного химического состава не обуславливает схожие свойства веществ. Различия объясняются сложностями происхождения двух разных углеродных пород. Алмазы образуются под действием сильного давления после сверхбыстрого охлаждения. А если атмосферное давление занижено, то при довольно высокой температуре образуется графит.

Подтверждением того, что алмаз и графит образовались не одинаково, служит их нахождение в природе. Около 80% всех бриллиантов добывают в кимберлитовых трубках – глубоких воронках, образованных магмой, вышедшей после взрыва и выхода наружу подземного газа.

Графитовых же месторождений много в осадочных породах и пластах, образованных магмой.

Химическая связь в углеродных минералах

Частицы, из которых состоят твердые вещества, соединены в кристаллические решетки. Науке известны 4 вида таких решеток – ионная, молекулярная, атомная и металлическая.

Внешне драгоценный кристалл схож с кристаллами соли, но у солей ионная кристаллическая решетка.

Тип кристаллической решетки алмаза, как и его полиморфа графита, атомная. В ее узлах лежат атомы углерода. Агрегатное состояние – твердое тело. Но все же по твердости углеродные полиморфы различны.

Свойство алмаза быть таким прочным обусловлено силой химической связи атомов. Структура диаманта трехмерная, атомы углерода в нем расположены в форме трехгранной пирамиды, тетраэдра. Каждая атомарная частица одинаково крепко соединяется со всеми четырьмя соседними, это осуществлено посредством ковалентной связи.

Атомарно графит – это множество слоев шестиугольных фигур, в каждой вершине которых расположен атом углерода. Его слоистая структура двухмерна. Связь в слоях ковалентная сильная, а между слоями гораздо слабее, как у веществ с молекулярной кристаллической решеткой. Пласты связаны непрочно. Поэтому твердость графита меньше по сравнению с бриллиантом.

Взаимосвязь атомного строения и физики минерала

Рассмотрим, как внешне проявляется геометрия атомов. Различие свойств алмаза и графита напрямую связано с типом строения кристаллической решетки. Кристаллическая решетка алмаза имеет звенья из 4 хорошо соединенных атомов углерода.

Они образовали сверхпрочные ковалентные сигма-связи. Оптические свойства межатомных соединений поглощают свет, делая кристалл прозрачным.

А крепкая фиксация отрицательно заряженных элементарных частиц в однородных по силе связях придает ему твердость и свойства диэлектрика.

Образованные ковалентные пи-соединения гексагональной кристаллической решетки графита скрепляют атомы углерода в слои.

При такой связи несколько электронов остаются свободными, поэтому пласты скреплены между собой незначительно. Движение нелокализованных элементарных частиц со знаком минус придает графиту электропроводность.

У них отсутствует световая проводимость, что лишает вещество прозрачности, поэтому у графита цвет черный.

Аллотропные модификации углерода

Аллотропия – это способность химических элементов существовать в двух и более физических формах (аллотропах). Самой широкой из всех открытых является аллотропия углерода.

Если вы перечислите основные углеродные аллотропные видоизменения, то это будут:

  • алмаз;
  • графит;
  • карбин;
  • фуллерен.

Из указанных выше два аллотропа углерода синтезированы. Карбин и фуллерен – полученные искусственно аллотропные видоизменения углерода. Карбин – порошок из мелких кристалликов черного цвета. После открытия в лаборатории было найдено и природное вещество. Фуллерен – синтезированный в конце прошлого века в США желтый кристалл около 5 мм в диаметре.

Аллотропические формы углерода могут трансформироваться. Сам по себе переход алмаза в другое состояние не произойдет. Но при нагревании кристалла в безвоздушном пространстве до 1800 градусов он превратится в графит.

Известны методы, позволяющие осуществить и обратные превращения.

Получить алмаз можно из графита. При давлении выше 1000 Па и температуре 3000 градусов с добавлением металлов углерод в графите меняет ковалентные связи. Полученные в результате камни мутные и пористые.

Другой метод – это применение ударной волны, после которой можно любоваться чистыми, прозрачными кристаллами правильной геометрической формы, но очень маленького размера.

Несовершенство этих методов привело к выводу, что алмазы лучше всего выращивать. При нагреве бриллианта до 1,5 тысячи градусов он растет. Но это дорого, поэтому сегодня искусственные драгоценности получают из метана.

Сравнительная характеристика

Сравним строение алмаза и графита и их физические свойства: твердость, теплопроводность, электропроводность, особенности химической связи.

О характеристиках минералов расскажет подробная сравнительная таблица:

Применение в промышленности

Ювелиры ограняют состоящий из углерода алмаз, и он получает блеск бриллианта. Об этом читайте в статье «Что такое бриллиант и для чего он нужен».

В промышленности используют камни, которые имеют трещины, сколы, иные дефекты. Из них делают подшипники, сверла. Необработанные острые кристаллы применяют в электронике в качестве игл, в микросхемах, счетчиках прослойки из алмазов. Из алмазного порошка производят детали различных механизмов, обрамляют шлифовочные круги. Подробнее об этом – в статье «Области применения технических алмазов».

Алмаз имеет меньше ценности в промышленности, чем графит. Черный мягкий минерал встречается и в канцелярском карандаше, и в числе компонентов литейного производства, и в электроугольной промышленности. Электропроводные свойства графита используют для изготовления электродов.

Источник: https://PulsKamnya.ru/dragotsennie/almazy-i-brillianty/kristallicheskaya-reshetka

Кристаллические решетки – Абросимова Елена Владимировна учитель химии и биологии

Кристаллическая решетка алмаза ионная. Ионная кристаллическая решетка

Взаимосвязьтипа химической связи с видом кристаллической решетки

Вещества и кристаллические решетки

         Твердые вещества бывают аморфные или кристаллические (чащевсего имеют кристаллическое строение).

     Кристаллическое строение характеризуетсяправильным расположением частиц в определенных точках пространства. Присоединении этих точек воображаемыми прямыми линиями образуется так называемаякристаллическая решетка. Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки.

         В узлах кристаллической решетки могутнаходиться ионы, атомы или молекулы.

      В зависимости от вида частиц,расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между нимиразличают четыре типа кристаллических решеток:

·       ионные,

·       атомные,

·       молекулярные и

·       металлические.

Ионная решетка

         Эту решетку образуют все вещества сионным типом связи — соли, щелочи, бинарные соединения активных металлов сактивными неметаллами (оксиды, галогениды, сульфиды), алкоголяты, феноляты,соли аммония и аминов. В узлах решетки — ионы, между которыми существуетэлектростатическое притяжение. Ионная связь очень прочная.

Примеры:КОН, СаСО3, СН3СООК, NH4NO3, [CH3NH3]Cl,С2Н5ОК. 

Свойства ионных кристаллов:

·       твердые, но хрупкие;

·       отличаются высокими температурамиплавления;

·       нелетучи, не имеют запаха;

·       расплавы ионных кристаллов обладаютэлектропроводностью;

·       многие растворимы в воде; при растворениив воде диссоциируют на катионы и анионы, и образующиеся растворы проводятэлектрический ток.

Металлическая решетка

         Характерна для веществ с металлическойсвязью. Реализуется в простых веществах — металлах и их сплавах.

В узлахрешетки — атомы и катионы металла, при этом электроны металла обобществляются иобразуют так называемый электронный газ, который движется между узлами решетки,обеспечивая ее устойчивость.

Именно свободно перемещающимися электронами иобусловлены свойства веществ сметаллической решеткой:

·       тепло- и электропроводность;

·       обладают металлическим блеском;

·       высокие температуры плавления.

Атомная решетка

         В узлах решетки — атомы, связанныековалентными связями. Химическая связь — ковалентная полярная или неполярная.Атомная кристаллическая решетка характерна для углерода (алмаз, графит),бора, кремниягермания, оксида кремния SiO2(кремнезем, кварц,речной песок), карбида кремния SiC (карборунд), нитрида бора BN.

Свойства веществ с атомной решеткой:

·       высокая твердость;

·       высокие температуры плавления;

·       нерастворимость;

·       нелетучесть;

·       отсутствие запаха.

Молекулярная решетка

         В узлах — молекулы веществ, которыеудерживаются в решетке с помощью слабых межмолекулярных сил.

Молекулярноестроение имеют:

o   все органические вещества (кроме солей);

o   вещества — газы и жидкости;

o   легкоплавкие и летучие твердые вещества, в молекулахкоторых ковалентные связи (полярные и неполярные).

Подобные вещества часто имеют запах.

Обобщающая таблица

Кристаллические решетки, вид связи исвойства веществ

Тип решетки

Виды частиц в узлах решетки

Вид связи между частицами 

 Примеры веществ

Физические свойства веществ 

Ионная

Ионы

Ионная связь — прочная

Соли, галогениды (IA,IIA), оксиды и гидроксиды щелочных и щел.-зем. металлов

Твердые, прочные, нелетучие, хрупкие, тугоплавкие, многие растворимы в воде, расплавы проводят электрический ток

Атомная

Атомы

1. Ковалентная неполярная -очень прочная

2. Ковалентная полярная связь — очень прочная

Простые вещества: алмаз (C), графит (C), бор (B), кремний (Si)

Сложные вещества: оксид алюминия (Al2O3), оксид кремния (IV) SiO2

Очень твердые, очень тугоплавкие, прочные, нелетучие, нерастворимы в воде

Молекулярная

Молекулы

Между молекулами — слабые силы межмолекулярного притяжения, внутри молекул — прочная ковалентная связь

При обычных условиях — газы, жидкости или летучие твердые вещества:

(О2,Н2,Cl2,N2,Br2, H2O, CO2, HCl); сера, белый фосфор, йод; органические вещества

Непрочные, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, имеют небольшую твердость

Металлическая

Атом-ионы

Металлическая связь — разной прочности

Металлы и сплавы

Ковкие, обладают блеском, пластичностью, тепло- и электропроводны

 источник  информации: http://foxford.ru/wiki/himiya/vzaimosvyaz-tipa-himicheskoy-svyazi-s-vidom-kristallicheskoy-reshetki

Источник: https://www.sites.google.com/site/abrosimovachemy/materialy-v-pomos-ucenikam/distancionnoe-obucenie/11-klass/kristalliceskie-resetki

Мед-Центр Здоровье
Добавить комментарий