Кристаллические решетки

Кристаллические решетки

Кириллова Алла Евгеньевна, учитель химии Лапина Марина Григорьевна, учитель физики

© ИРО, 2007 ГОД © МОУ Дубковская СОШ, 2007 ГОД

О проекте

Информационный проект Категория учащихся - 8-9 классы Предметы физика и химия Длительность - среднесрочный

Цели проекта

Образовательные: Расширить и закрепить знания по физике по теме «Агрегатные состояния вещества» в 8 классе, по теме «Строение атома» в 9 классе. Обобщить знания по химии по теме «Строение атома» в 8 классе. Развивающие: способствовать формированию информационной культуры Воспитательные: способствовать формированию коммуникативной культуры

Аннотация

Данный проект обобщает, расширяет, закрепляет знания учащихся по теме кристаллические решетки и подтверждает межпредметную связь физики и химии. Временная привязка (март - апрель). Представление результатов проекта на дне науки (внеклассное мероприятие)

Частные вопросы и темы исследований

«Как же взвесить 1 моль любого вещества?» Из чего состоят все вещества? Можно ли увидеть атомы и молекулы? «Строение атома. Элементарные частицы» Делим ли атом? «Агрегатные состояния вещества» Почему вода летом жидкая, а зимой застывает в лед? Почему воздух всегда - и летом, и зимой - газообразный? Почему вода в чайнике закипает и превращается в пар, а железо в тех же условиях остается твердым? «Кристаллическая решетка. Выращивание кристаллов некоторых солей» У металлов - металлическая, а у солей?.. «Строение атомов типичных металлов и неметаллов» Что такое «металлы» и «неметаллы»? Строение атома вещества определяет его химические и физические свойства

Этапы проекта

Подготовительный - создание проблемной ситуации. Проектировочный - определение тем исследования. Формулирование частных вопросов. Практический - координация работы по сбору материала и созданию презентаций, публикаций и веб-сайта. Контрольно-коррекционный – контроль за выполнением проекта Заключительный – оценка проекта и создание портфолио.

Состав УМП

Визитка проекта Веб-сайт Дидактические материалы - Тест «Проверьте ваши знания по теме» - Тест «Строение атома» Методические материалы Примеры работ учащихся Информационные ресурсы

Габариты мадам молекулы

Вот и настало время узнать, как из множества частиц (атомов, молекул, ионов) образуются вещества, видимые глазами. Чтобы порция вещества была хорошо заметна, она должна содержать огромное число частиц.

Значит, химическая формула дает нам ключ к количественным соотношениям

в мире веществ

Химики договорились, что новой единицей количества вещества, которая

позволить избежать подсчета нескончаемого ряда отдельных молекул или атомов, будет особая химическая единица - моль.

Как же взвесить 1 моль любого вещества

Это просто, надо только знать молярную массу вещества (в г/моль). А ее рассчитывают по относительным атомным массам всех составных частей молекулы, иначе говоря, по формуле вещества.

Например: Масса 1 молЬ водорода H2 = 2 г Масса 1 молЬ кислорода O2 =

32 г Масса 1 молЬ воды H2O = 18 г Масса 1 молЬ фтороводорода HF = 20 г Масса 1 молЬ диоксида углерода (углекислого газа) CO2 = 44 Г

Для чего же нужна эта новая единица количества вещества - моль

Не проще ли было химикам обойтись «старыми» единицами - граммами и килограммами, а также литрами и миллилитрами? Оказывается, обойтись-то можно, но тогда для каждого отдельного вещества необходимо будет выводить все химические законы.

То, что любое тело состоит из молекул и атомов, было известно

достаточно давно. Ещё в начале XIX века молекулярно-кинетическая теория установила примерные размеры атомов и небольших молекул: около 10-10 м. В конце XIX века были открыты электроны и доказано их существование внутри атомов.

В начале ХХ века моделью ядра атома служил шарик диаметром около 10-14

м, имеющий положительный заряд. Но раз есть заряд, то должен существовать и его носитель - некая частица. И вскоре она была обнаружена.

В середине 1930-х независимо друг от друга советский физик Д.Д

Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, получивших общее название "нуклоны" (лат. "нуклеус" – ядро).

Вещества за решеткой

Кристаллической...

Рано или поздно каждый человек задает себе вопросы: почему вода летом жидкая, а зимой застывает в лед? почему воздух всегда - и летом, и зимой газообразный? почему вода в чайнике закипает и превращается в пар, а железо в тех же условиях остается твердым?

"Необычные" состояния этих веществ

настоящая диковинка! Многие ли из нас наблюдали жидкий и тем более кристаллический воздух? Он затвердевает при температуре ниже ?220 °С. Или жидкое (расплавленное) железо? Температура его плавления +1539 °С. Словом, почему все вещества такие разные: одни почти всегда твердые, другие ? газы, третьи ? жидкости?

Оказывается, все здесь зависит от химических связей между молекулами

или иными частицами, из которых состоит вещество.

Газы летают в пространстве, а жидкости текут и льются

Их молекулы не связаны друг с другом сколько-нибудь прочно. Другое дело ? твердые вещества. Они состоят из отдельных зерен ? кристаллов, иногда крупных, а порой микроскопических, мелких, почти незаметных глазу. В твердом состоянии подавляющее большинство веществ - кристаллические.

Правда, существуют вещества твердые, но все же не состоящие из

кристаллов, например, стекло. На самом деле это "жидкость", только сильно переохлажденная, а вовсе не кристалл…

А любое твердое кристаллическое вещество обладает определенной

структурой ? геометрически правильным расположением частиц в пространстве.

Частицы (молекулы, атомы или ионы), из которых состоит это вещество,

не свалены в кучу как попало, а занимают каждая свое место, как зрители в театре занимают места в соответствии с купленными билетами.

И точно так же, как в зрительном зале, "кресла" в кристалле

расположены рядами и в затылок друг другу. Только стоит добавить еще ? и этажами друг над другом.

Если молекулы (атомы, ионы) "сядут" в эти кресла, то, соединив их

мысленными линиями, мы получим в пространстве трехмерный каркас – кристаллическую решетку вещества. Каждое "кресло" будет называться узлом кристаллической решетки.

Совершенно особая кристаллическая решетка у металлов

Но прежде всего: что такое "металлы"?

У металлов - металлическая, а у солей?..

Физики называют металлами вещества, которые, помимо особого

«металлического» блеска, хорошо проводят тепло и электрический ток и к тому же пластичны (их можно обрабатывать молотом на наковальне). А химики относят к металлам в первую очередь те вещества, которые очень легко превращаются в катионы, теряя электроны внешнего валентного уровня.

Металлическая кристаллическая решетка содержит в узлах положительные

ионы (катионы) или атомы металла, а валентные электроны в виде «электронного газа» стягивают частицы в единую структуру и обеспечивают металлическую связь.

Особого "газа" содержат немало Кристаллы и слитки любого металла...

Электроны, из которых состоит "электронный газ", непрерывно и

беспорядочно движутся внутри кристаллической решетки.

Они мечутся, как мошкара в воздухе летним вечером или снежная пыль во

время метели. Как только появится электрическое напряжение, их будет как ветром сдувать в одну сторону - к положительному электроду.

Кристаллическая решетка, в узлах которой находятся катионы и анионы,

называется ионной.

Ионная кристаллическая решетка

В ионном кристалле нет отдельных "молекул", каждый из катионов

одновременно притягивается ко всем окружающим его анионам-соседям. А их в кристалле хлорида натрия целых шесть (слева, справа, спереди и сзади, сверху и снизу).

Но это еще не все

Каждый катион еще и отталкивается всеми своими братьями-катионами: знай свое место в кристаллической решетке. Точно так же и анионы притягиваются соседями-катионами и отталкиваются родными братьями-анионами. Словом, химические связи в ионном кристалле никак нельзя назвать направленными: электростатические силы распространяются равномерно во все стороны.

Вещества с ионной кристаллической решеткой более твердые и прочные,

чем вещества, состоящие из молекулярных кристаллов. Они плавятся и тем более испаряются при очень высокой температуре, иногда - до нескольких сотен градусов. Но попадая в водный раствор, ионные кристаллы полностью распадаются на составляющие их ионы.

И прочностью своей они горды - Но только если рядом нет воды.

Молекулярная решетка

У веществ с молекулярным строением в узлах кристаллической решетки находятся молекулы с прочными ковалентными связями между атомами. В то же время отдельные молекулы взаимосвязаны гораздо слабее, что делает молекулярный кристалл довольно непрочным.

Свойства молекулярной решетки

Малая твердость Летучесть Низкие температуры плавления Плохая растворимость в воде Растворы веществ с молекулярной решеткой почти не проводят электрический ток Примеры веществ: лед, «сухой лед» (оксид углерода (IV), твердые галогены, твердые галогеноводороды.

Атомная решетка

В узлах находятся атомы, связанные между собой прочными ковалентными связями. Вещества твердые, прочные, нелетучие, с высокой температурой плавления, нерастворимы в воде. Примеры веществ: Графит, алмаз, кварц, бор.

Кристаллы некоторых веществ, применяемых в домашнем обиходе, можно

выращивать дома.

Выращивание кристаллов

Медный купорос

Взять стеклянную баночку с горячей водой и понемногу насыпать медный купорос и перемешивать. Продолжать до тех пор, пока раствор станет насыщенным. Взять палочку, на которую посередине прикрепить ниточку с бисеринкой на конце. Опустить бисеринку в раствор медного купороса таким образом, чтобы бусинка оказалась в центре банки, не касаясь дна. Вскоре на конце ниточки начнет расти кристалл. Получится большой красивый кристалл ярко-голубого цвета.

Сахар

Взять банку, налить в нее горячей воды и растворять в ней сахарный песок, размешивая ложкой. Сахар добавлять до тех пор, пока оН не станет опускаться на дно и его нельзя будет размешать. Раствор получится прозрачный, светло-желтого цвета. Опустить нитку с бисеринкой. Через два дня на бисеринке начнет расти кристалл, намного крупнее, чем в солЕном растворе. Через двенадцать дней можно вынимать кристаллы из раствора.

Поваренная соль

Что такое «металлы» и «неметаллы»

Металлы - это химические элементы, атомы которых легко отдают электроны внешнего (а некоторые – и предвнешнего) электронного слоя. Атомы металлов всегда содержат небольшое количество электронов на внешнем (наружном) энергетическом уровне, поэтому во время химических реакций являются восстановителями.

Сравним распределение электронов в атомах натрия, магния, алюминия

Элемент

Элемент

Число электронов на энергетических уровнях

Число электронов на энергетических уровнях

Число электронов на энергетических уровнях

1-й

2-й

3-й

Натрий

2

8

1

Магний

2

8

2

Алюминий

2

8

3

Неметаллы

Неметаллы – это химические элементы, для атомов которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего слоя. Как правило, у элементов – неметаллов на внешнем слое находится 4 и более электронов, поэтому во время химических реакций они являются, как правило, окислителями.

Рассмотрим распределение электронов в атомах фтора, кислорода, азота и

фосфора

Элемент

Элемент

Число электронов на энергетических уровнях

Число электронов на энергетических уровнях

Число электронов на энергетических уровнях

1-й

2-й

3-й

Фтор

2

7

Кислород

2

6

Азот

2

5

Фосфор

2

8

5

Информационные ресурсы

www.alhimik.ru www.festival.1september.ru www.fizika.ru www.brilliant-info.ru «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия»