Лекционный курс Химия 9 класс Москва 2004 icon

Лекционный курс Химия 9 класс Москва 2004


Смотрите также:
Углубленный курс. 3 Химия 10 Органическая химия 10 -11 класс 4 химия...
Химия для гуманитариев элективный курс. 17. Химия в повседневной жизни 10-11 классы. 18...
Лекционный курс доктора культурологии п роф...
Лекционный курс по философии на ф-те вмиК 200 3...
Пояснительная записка Рассчитана на 68 часов (2 часа в неделю) Контрольных работ...
Лекционный комплекс: тезисы лекций, иллюстративный и раздаточный материал...
Тематическое планирование курса «Химия», 10 класс...
Программа курса. Курс «Введение в историю мировых цивилизаций» обязательный (лекционный)...
Самостоятельная работа: 15 ч. Nb! Лекционный курс читается в период с 01. 04 по 29...
Самостоятельная работа: 15 ч. Nb! Лекционный курс читается в период с 04. 02 по 04...
Тематическое планирование Программа: О. С. Габриелян М.: Издательство «Дрофа» 2004 год...
Приказ № от 20 г. Рабочая программа учебного курса «Химия» для 9 класса...



Загрузка...
скачать
Звягин А.С.


Строение вещества


Лекционный курс

Химия 9 класс




Москва

2004


Содержание лекционного курса

(7 часов)


Лекция

Название темы

Количество часов

1

Введение

Агрегатные состояния вещества. Твёрдое агрегатное состояние

1

2

Кристаллическое состояние вещества. Кристаллические решётки

2

3

Основные отличия кристаллических решёток

1

4

Жидкое состояние вещества. Жидкие кристаллы

1

5

Различные формы существования веществ

Полиморфизм. Аллотропия


1




Проверочная работа

1



Данный курс лекций написан в соответствии с базовой программой школьного курса химии 9 класса. Рамки некоторых изучаемых тем несколько расширены. Однако необходимо отметить, что предлагаемый курс не является исчерпывающим. Для поступающих в ВУЗы, где одним из вступительных экзаменов является химия, данного содержания будет недостаточно. Для детального изучения данной темы рекомендуется следующая литература:

1. Кузьменко Н.Е., Ерёмин В.В., Попков В.А. Начала химии. – М.: Экзамен, 2000. С. 107 – 134.

(имеются и другие года издания данного пособия).

2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. – М.: Химия, 2000. С. 143 – 171.


^ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА


Обоснование актуальности изучения темы

В повседневной практике химику редко приходится иметь дело с отдельными, не взаимодействующими друг с другом частицами (атомами, молекулами или ионами) и гораздо чаще – с реальными веществами, представляющими собой совокупность большого числа взаимодействующих между собой частиц. Следовательно, знать строение отдельных атомов или молекул веществ не достаточно, так как между частицами возможны какие-либо взаимодействия, которые не могут не отразится на свойствах вещества в целом.


Лекция 1

Агрегатные состояния вещества

Вещества представляют собой совокупность большого числа взаимодействующих между собой частиц.

● В зависимости от характера взаимодействия частиц, образующих вещество, различают четыре агрегатных состояния: твёрдое, жидкое1, газообразное2 и плазменное3.

Схема 1


Данные агрегатные состояния характеризуются двумя важными критериями: энергией связей между частицами (не путать с энергией связи в молекулах вещества) и энергией тепловых колебаний. В различных агрегатных состояниях преобладает тот или иной вид энергии.

^ Твёрдое агрегатное состояние: значительное преобладает энергия связей между частицами.

Жидкое состояние вещества: наблюдается незначительное преобладание энергии тепловых колебаний.

^ Газообразное состояние вещества: значительное преобладание энергии тепловых колебаний, энергия связей между частицами фактически стремится к нулю.


Плазма – газ, состоящий из смеси нейтральных, ионизированных частиц и электронов. Из химических дисциплин изучает плазмохимия. Однако химикам всё же намного больше приходится иметь дело с веществами в твёрдом, жидком и газообразном состояниях.

Охарактеризуем основные агрегатные состояния веществ.

Таблица 1

Характеристики агрегатных состояний веществ

Характеристики

Газы

Жидкости

Твёрдые вещества

Сжимаемость

большая

малая

чрезвычайно мала даже при большом давлении

Собственная форма

нет

нет

есть

Собственный объём

не имеют

имеют

имеют


Твёрдое состояние вещества

Твёрдые вещества встречаются в твёрдом кристаллическом и (или) твёрдом аморфном4 (стеклообразном5) состоянии.

Схема 2

^ Твёрдое состояние вещества

Кристаллическое

Аморфное (стеклообразное)

● Упорядоченная структура




Правильное геометрическое расположение частиц


● Неупорядоченная структура




Не имеют правильного геометрического расположения частиц


● Имеют определённую температуру плавления






● Не имеют определённую температуру плавления




Аморфные вещества плавятся в некотором интервале температур

● Свойства кристаллов анизотропны (анизотропность – неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях). Проявляется в прочности на разрыв, теплопроводности, сжимаемости, в оптических свойствах кристалла

● Свойства аморфных веществ изотропны, т.е. одинаковы по всем направлениям

● Примеры: алмаз, графит и др.

● Примеры: стекло, полимеры



^ Большинство твёрдых веществ имеет кристаллическое строение

Лекция 2

Кристаллическое состояние вещества

Кристаллические решётки


Кристаллическая решётка – строго упорядоченное расположение частиц кристалла в пространстве.

В зависимости от характера частиц, образующих кристалл, и от типа химической связи между ними, различают четыре типа кристаллических решёток: ионные, молекулярные, атомные6, металлические. Необходимо помнить, что вещества, которые будут рассматриваться ниже, находятся в твёрдом агрегатном состоянии.

^ Атомные кристаллические решетки

В узлах атомных решёток находятся атомы, соединённые друг с другом ковалентными связями. В структуре атомного кристалла невозможно выделить отдельные молекулы, весь кристалл можно рассматривать как одну гигантскую молекулу7. Поскольку ковалентные связи весьма прочные, все вещества, имеющие атомные решетки, являются твёрдыми, тугоплавкими, малолетучими. Таких веществ немного: алмаз, кремний, карбиды (соединения элементов с углеродом), силициды (соединения элементов с кремнием).

Примером такого типа кристаллических решёток могут служить фуллерены –

одна из аллотропных модификаций углерода. В узлах решётки находятся атомы углерода (рис 1).

Рассмотрим примеры температур кипения и плавления некоторых веществ с атомной кристаллической решёткой:

Si: tплавления=14200С, tкипения=33000С;

Салмаз: tплавления>35000С

SiC (карбид кремния): tплавления=28300С.


Рис 1 Фуллерен

^ Молекулярные кристаллические решётки

В узлах молекулярных кристаллических решёток находятся молекулы, которые связаны друг с другом слабыми межмолекулярными силами. Такие кристаллы образуют вещества с ковалентной связью в молекулах. Молекулярные кристаллические вещества характеризуются значительной летучестью, небольшой твёрдостью, легкоплавкостью. Веществ с таким типом решётки очень много: твёрдые водород, хлор, углекислый газ8и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы, образуемые благородными газами, также следует отнести к молекулярным, состоящим из одноатомных молекул, так как валентные силы в образовании кристаллов роли не играют («электронный октет»), и связи между частицами – обычные межмолекулярные силы.

Примером такого типа кристаллических решёток могут служить молекулы галогенов (рис 2). В узлах решётки находятся молекулы (не забывайте об их двухатомности).

Рассмотрим примеры температур кипения и плавления некоторых веществ с молекулярной кристаллической решёткой:

О2: tплавления= -218,80С, tкипения= -182,970С;

HCl: tплавления= -114,20С, tкипения= -85,080С;




ацетон: tплавления= -95,350С, tкипения=56,240С.

^ Общая закономерность: чем меньше молекула, тем меньше температуры кипения и плавления вещества.

Ионные кристаллические решётки

В узлах ионных кристаллических решёток находятся катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы) (рис 3). Такой тип решёток характерен для веществ с ионной связью. Как и в атомных кристаллах, в ионных также нельзя выделить отдельные молекулы, весь кристалл можно рассматривать как одну гигантскую молекулу. Связи между ионами прочные, поэтому ионным соединениям свойственны высокие температуры кипения и плавления, малая летучесть, большая твёрдость, хотя обычно несколько меньшая, чем для веществ с атомной решёткой.

Ионы, которые находятся в узлах кристаллических решёток, можно разделить на две группы:

● простые ионы: Na+, Ba2+, Cl-, S2- и другие

● сложные ионы: SO42-, NO3- и другие

Температуры плавления и кипения веществ зависят от размеров ионов, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Если ионы имеют большие размеры, то силы взаимодействия частиц в решётке значительно слабее, чем в решётке, состоящей из одноатомных ионов с теми же зарядами.

Например:

NaCl: tплавления=8010С; NaNO3: tплавления=3080С.

Рис 3 Кристалл NaCl Рассмотрим примеры температур кипения и плавления некоторых веществ с ионной кристаллической решёткой:

NaCl: tплавления=8010С, tкипения=14900С;

NaF: tплавления=9960С, tкипения=17000С;

BaF2: tплавления=13700С, tкипения=22500С.

^ Металлические кристаллические решётки

В узлах металлических решёток находятся положительно заряженные ионы металлов (катионы металлов), а валентные электроны передвигаются между ними в различных направлениях (рис 4). Совокупность свободных электронов называют электронным газом. Такое строение решётки обуславливает большую электропроводность, теплопроводность и высокую пластичность металлов – при механическом деформировании не происходит разрыва связей и разрушения кристалла, так как составляющие его ионы как бы плавают в облаке электронного газа.

Металлическая решётка характерна для всех металлов.

Рассмотрим примеры температур кипения и плавления некоторых веществ с металлической кристаллической решёткой:

Na: tплавления=97,90С, tкипения=8860С;

Ni: tплавления=14550С, tкипения=29000С;

Cs: tплавления=28,50С, tкипения=6720С;


Рис 4 Решётка металла


^ Общий вывод: любое твёрдое кристаллическое вещество имеет определённую структуру, которая влияет на свойства вещества. Следовательно, зная структуру вещества можно предсказать его свойства, и, наоборот, зная свойства вещества, можно предсказать его структуру.

Лекция 3

Основные отличия кристаллических решёток

Таблица 2

Сравнительная характеристика кристаллических решёток


Критерии сравнения

Ионная кристаллическая решётка

Металлическая кристаллическая решётка

Ковалентная кристаллическая решётка

Атомная

Молекулярная

Примеры веществ

NaCl, NaF и другие вещества с ионной связью

Mg, Na, Fe и другие металлы

С (графит, алмаз)

Н2О, НСl и другие вещества с ковалентной связью

Тип химической связи

Ионная

Металлическая

1) ковалентная связь между частицами

2) в слоистых и цепочечных структурах межатомные силы взаимодействия

1) в молекулах – ковалентная связь

2) между молекулами – межмолекулярные силы взаимодействия

Частицы в узлах кристаллической решётки

Катионы и анионы

Катионы металлов. В междоузельном пространстве – электронный газ

Атомы

Молекулы

Температура плавления

Высокая

Высокая

Очень высокая

Низкая

Температура кипения

Высокая

Высокая

Очень высокая

Низкая

Электропроводность

В твёрдом состоянии – отсутствует (но являются электролитами в расплаве или водном растворе)

Являются проводниками

Диэлектрики (исключение графит)

Диэлектрики (но водные растворы могут проводить электрический ток)

Растворимость в воде

Большинство растворимо

Нерастворимы (если химически с водой не взаимодействуют)

Нерастворимы

Растворимы и нерастворимы (смотри таблицу растворимости)


В данной таблице не рассматриваются какие-либо детали и исключения, а только лишь общие закономерности.

Лекция 4

Жидкое состояние вещества

Жидкие кристаллы


1. Жидкости занимают промежуточное положение между газообразными и твёрдыми веществами. При температурах, близких к температурам кипения, свойства жидкостей приближаются к свойствам газов; при температурах, близких к температурам плавления, свойства жидкостей приближаются к свойствам твёрдых веществ (вспомните энергию связей между частицами и энергию тепловых колебаний).

2. Если для твёрдых веществ характерна строгая упорядоченность частиц, распространяющаяся на расстояния до сотен тысяч межатомных или межмолекулярных радиусов (дальний порядок) (рис 5), то в жидком веществе обычно бывает не более нескольких десятков упорядоченных частиц (ближний порядок) (рис 6) – это объясняется тем, что упорядоченность между частицами в разных местах жидкого вещества так же быстро возникает, как и вновь «размывается» тепловым колебанием частиц.






Рис 5 Дальний порядок в кристаллах Рис 6 Ближний порядок в жидкостях

3. Общая плотность упаковки частиц жидкого вещества мало отличается от твёрдого вещества, поэтому их плотность близка к плотности твёрдых тел, а сжимаемость очень мала.




Следовательно, принципиальных отличий между твёрдыми веществами и жидкостями очень мало. В связи с этим твёрдое и жидкое агрегатные состояния объединяют в конденсированное агрегатное состояние.

4. Ряд других свойств жидкостей больше напоминает свойства газов.

• Подобно газам жидкости могут течь – это текучесть (сопротивляемость течению определяется – вязкостью).


^ Жидкие кристаллы (открыты в 1888 г).

ЖК – состояние вещества, в котором оно обладает свойствами как жидкости (текучестью), так и твердого кристалла (анизотропией). Все жидкие кристаллы – органические вещества. Структура жидких кристаллов легко изменяется при нагревании, под воздействием механических напряжений, электрических и магнитных полей и др., что приводит к изменению их оптических, электрических и других свойств. Таким образом, возможно управление этими свойствами с помощью сравнительно слабых внешних воздействий или регистрация указанных воздействий с помощью жидких кристаллов.

Области применения жидких кристаллов:

1. Небольшая потребляемая мощность (примерно 0,1 мВт/см2), низкое напряжение питания (несколько В) и другие особенности этих устройств позволяют сочетать жидкокристаллические дисплеи с интегральными схемами, обеспечивая миниатюризацию приборов для записи и хранения информации.

2. Жидкокристаллическая термография используется для неразрушающих методов контроля, а также в медицине для диагностики некоторых сосудистых заболеваний, опухолей и др.

3. Создание цветных дисплеев, термометров, ювелирных изделий.


Лекция 5

Различные формы существования веществ

Полиморфизм. Аллотропия


Полиморфизм

Существует 14 типов геометрии кристаллических решёток. Разнообразие решёток приводит к тому, что атомы одного и того же химического элемента могут образовывать совершенно различные по своим физическим свойствам кристаллические структуры.

● Способность твёрдых или жидких веществ пребывать в различных кристаллических формах, обладающих различными физическими свойствами, называется полиморфизмом.

В качестве примера полиморфного превращения рассмотрим кремнезём (SiO2). При обычных условиях кремнезём имеет каркасную ковалентную структуру и существует в виде кварца, имеющего гексагональную структуру. При высоких температурах кристаллическая структура кварца переходит в ромбическую, а затем в кубическую формы:

8700С 14700С 17100С

Кварц ↔ Тридимит ↔ Кристобалит ↔ Жидкость

(Гексагональный) (Ромбический) (Кубический)

Температура, при которой одна форма вещества переходит в другую, называется температурой перехода.

Аллотропия9

Аллотропия – явление, при котором атомы одного и того же химического элемента способны образовывать несколько простых веществ, а сами простые вещества называются аллотропными модификациями. Может быть обусловлена двумя факторами:

  1. количественная аллотропия (обусловлена различным количеством атомов химического элемента в составе простого вещества, что принципиально отражается на свойствах веществ). Пример: О2 – кислород, О3 – озон.

  2. Структурная аллотропия (обусловлена различным строением кристаллической решётки простого вещества, что принципиально отражается на свойствах веществ). Пример: Сграфит и Сфуллерены




Рис 7 Графит Рис 8 Фуллерен

Следовательно, аллотропию можно рассматривать как частный случай полиморфизма. Однако к полиморфизму можно относить только те аллотропные модификации, которые находятся в твёрдом агрегатном состоянии. Поэтому, аллотропные модификации кислорода (озон и кислород) никакого отношения к полиморфизму не имеют.

^ Формы существования веществ в твёрдом агрегатном состоянии

Выше были рассмотрены кристаллическое и аморфные состояния веществ. Необходимо отметить, что часто аморфные и кристаллические формы – это различные состояния одного и того же вещества. В зависимости от условий получения вещества можно получить либо его кристаллическую форму, либо аморфную. Для многих веществ не удаётся получить кристаллической формы. Это объясняется тем, что кристаллизация требует определённой переупаковки молекул, которая может быть затруднена кинетически, если молекулы громоздки (как в случае полимеров), а скорость охлаждения (или сжатия) слишком велика.


Заключение

В данном разделе были рассмотрены основные агрегатные состояния вещества. Подробно рассмотрено твёрдое агрегатное состояние вещества. Изучив данный раздел, можно сделать вывод: для изучения свойств вещества недостаточно знать только строение его составляющих компонентов (атомов, молекул, ионов), но необходимо рассматривать структуру вещества в целом. От строения вещества зависит большинство его свойств.

1 Конденсированное состояние. Подробное объяснение причин объединения жидкого и твердого агрегатных состояний в конденсированное смотри в лекции по жидкому состоянию вещества.

2 Газообразное состояние изучается в курсе химии 8 класса.

3 Плазма изучается в школьном курсе физики.

4 Аморфное – «а» - отрицание, «морфа» - форма, т.е. отсутствие строго упорядоченной формы.

5 Стеклообразное состояние вещества. Примером такого состояния служит обычное стекло, которое и дало название этому состоянию вещества.

6 Атомные кристаллические решётки иногда называют макромолекулярными.

7 Отсюда и происходит название макромолекулярные кристаллические решётки.

8 Углекислый газ, находящийся в твёрдом агрегатном состоянии, называется «сухим» льдом.

9 Явление аллотропии изучается в курсе химии 8 класса (в теме кислород), более подробно в 9 классе. Задачей данного раздела не является подробный разбор аллотропных модификаций какого-либо элемента.




Скачать 154.12 Kb.
оставить комментарий
Дата20.04.2012
Размер154.12 Kb.
ТипЛекция, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх