Рассмотрите кристаллическую решётку NaCl и графита: чем отличаются типы химических связей и структурные особенности, и как это объясняет различия их физических свойств (твердость, электропроводность, растворимость)?

6 Окт в 10:41
11 +1
0
Ответы
1

Коротко — причина всех различий в типе связи и в расположении атомов в решётке.

1) Строение и тип связи

NaCl

Тип связи: ионная электростатическоепритяжениеNa+иCl−электростатическое притяжение Na+ и Cl−электростатическоепритяжениеNa+иCl.Структура: кубическая структура «роксольт» Cl−образуюткубо−гранецентрированнуюрешётку,Na+занимаютвсеоктaэдрическиевакансииCl− образуют кубо-гранецентрированную решётку, Na+ занимают все октaэдрические вакансииClобразуюткубогранецентрированнуюрешётку,Na+занимаютвсеоктaэдрическиевакансии. Координационное число для обоих ионов = 6.Энергия: наличие большой энергии решётки электростатическаяэнергияэлектростатическая энергияэлектростатическаяэнергия, электроны локализованы на ионах.

Графит

Тип связи: внутри слоёв — ковалентные σ‑связи между атомами углерода sp2sp2sp2, дополнительно π‑электроны делокализованы по плоскости; между слоями — слабые ван‑дер‑ваальсовы дисперсионныедисперсионныедисперсионные взаимодействия.Структура: слоистая, каждая плоская шестиугольная сетка графенграфенграфен связана с соседними слоями слабо; координация в плоскости = 3.Электронная структура: делокализованные π‑электроны формируют проводящую зону вдоль плоскостей графит—полу‑металл/кондукторвплоскостиграфит — полу‑металл/кондуктор в плоскостиграфитполуметалл/кондукторвплоскости.

2) Как это объясняет физические свойства

Твёрдость и механика

NaCl: относительно хрупкий легкорасщепляетсяпокристаллографическимплоскостямлегко расщепляется по кристаллографическим плоскостямлегкорасщепляетсяпокристаллографическимплоскостям. Ионная природа — при сдвиге слоёв ионов одинакового знака они оказываются рядом и отталкиваются, кристалл ломается хрупкостьхрупкостьхрупкость. По твёрдости NaCl — умеренно твёрдый меньше,чембольшинствоковалентныхсетейменьше, чем большинство ковалентных сетейменьше,чембольшинствоковалентныхсетей.Графит: мягкий, легко расслаивается и «смазывается» — потому что слои связаны слабо и легко скользят друг относительно друга, при этом внутри слоя атомы связаны очень прочно высокаяпрочностьвплоскости,нослабаямеждуслоямивысокая прочность в плоскости, но слабая между слоямивысокаяпрочностьвплоскости,нослабаямеждуслоями.

Электропроводность

NaCl: в твердом состоянии — диэлектрик электронылокализованы;ионовмобильнонетэлектроны локализованы; ионов мобильно нетэлектронылокализованы;ионовмобильнонет. При расплавлении или в водном растворе проводит за счёт подвижных ионов Na+,Cl−Na+, Cl−Na+,Cl.Графит: хорошая электропроводность в плоскости слоёв за счёт делокализованных π‑электронов; по направлению, перпендикулярному слоям, проводимость намного меньше.

Растворимость

NaCl: хорошо растворим в полярных растворителях водаводавода — ионы гидратируются энергиягидратациикомпенсируетэнергиюразрушениярешёткиэнергия гидратации компенсирует энергию разрушения решёткиэнергиягидратациикомпенсируетэнергиюразрушениярешётки. Растворение поддерживается сильными ион‑дипольными взаимодействиями.Графит: практически нерастворим в воде и большинстве обычных растворителей — для «растворения» нужно разорвать сильные ковалентные связи внутри слоёв или преодолеть сильную энергию межслоевого сцепления; обычные полярные молекулы не способны стабилизировать отдельные слои. Разделение на слои эксфолиацияэксфолиацияэксфолиация возможно механически или при помощи специальных растворителей/интеркалирующих веществ.

3) Дополнительные следствия

Теплостойкость: графит устойчив при очень высоких температурах сильныеC–Cковалентныесвязивслояхсильные C–C ковалентные связи в слояхсильныеCCковалентныесвязивслоях, NaCl плавится при относительно более низкой температуре 801°C~801 °C 801°C.Анизотропность у графита: свойства прочность,проводимость,теплопроводностьпрочность, проводимость, теплопроводностьпрочность,проводимость,теплопроводность сильно зависят от направления вдоль/поперёкслоёввдоль/поперёк слоёввдоль/поперёкслоёв. Ионные кристаллы типа NaCl обычно более изотропны.

Краткое резюме:

NaCl = трёхмерная ионная решётка → электроны локализованы, твердый диэлектрик в твёрдом виде, растворим в воде, хрупок.Графит = двумерные ковалентные слои + слабые межслойные взаимодействия → хорошие проводящие плоскости, легко расслаивается/мягкий, практически не растворим в воде, очень термостоек.
6 Окт в 11:41
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир