شبکه های کریستالی. انواع شبکه های کریستالی. فرمول نمک خوراکی فرمول شیمیایی: نمک خوراکی. خواص نمک خوراکی

عقب به جلو

توجه! پیش نمایش اسلایدها فقط برای مقاصد اطلاعاتی است و ممکن است نشان دهنده همه ویژگی های ارائه نباشد. اگر به این کار علاقه مند هستید، لطفا نسخه کامل آن را دانلود کنید.

نوع درس: ترکیب شده.

هدف اصلی درس: دادن ایده های خاص به دانش آموزان در مورد مواد بی شکل و کریستالی، انواع شبکه های بلوری، برای ایجاد رابطه بین ساختار و خواص مواد.

اهداف درس

آموزشی: ایجاد مفاهیمی در مورد حالت کریستالی و بی شکل جامدات، آشنایی دانش آموزان با انواع شبکه های کریستالی، تعیین وابستگی خواص فیزیکی کریستال به ماهیت پیوند شیمیایی در کریستال و نوع بلور. شبکه، برای دادن ایده های اساسی به دانش آموزان در مورد تأثیر ماهیت پیوندهای شیمیایی و انواع شبکه های کریستالی بر خواص ماده، به دانش آموزان ایده ای از قانون ثبات ترکیب بدهید.

آموزشی: به شکل گیری جهان بینی دانش آموزان ادامه دهید، تأثیر متقابل اجزای ذرات کل ساختاری مواد را در نظر بگیرید، در نتیجه ویژگی های جدید ظاهر می شود، توانایی سازماندهی کار آموزشی آنها را ایجاد می کند و قوانین کار را رعایت می کند. یک تیم.

رشدی: توسعه علایق شناختی دانش آموزان با استفاده از موقعیت های مشکل. بهبود توانایی دانش آموزان برای ایجاد وابستگی علت و معلولی خواص فیزیکی مواد به پیوندهای شیمیایی و نوع شبکه بلوری، برای پیش بینی نوع شبکه بلوری بر اساس خواص فیزیکی ماده.

تجهیزات: جدول تناوبی D.I. مندلیف، مجموعه "فلزات"، غیر فلزات: گوگرد، گرافیت، فسفر قرمز، اکسیژن. ارائه "شبکه های کریستالی"، مدل های شبکه های کریستالی در انواع مختلف (نمک سفره، الماس و گرافیت، دی اکسید کربن و ید، فلزات)، نمونه هایی از پلاستیک و محصولات ساخته شده از آنها، شیشه، پلاستیک، رزین، موم، آدامس، شکلات , کامپیوتر, نصب چند رسانه ای, آزمایش تصویری ” تصعید بنزوئیک اسید”.

در طول کلاس ها

1. لحظه سازمانی.

معلم از دانش آموزان استقبال می کند و غایبان را ثبت می کند.

سپس موضوع درس و هدف درس را بیان می کند. دانش آموزان موضوع درس را در دفترچه یادداشت می کنند. (اسلاید 1، 2).

2. بررسی تکالیف

(2 دانش آموز در تخته سیاه: نوع پیوند شیمیایی مواد را با فرمول های زیر تعیین کنید:

1) NaCl، CO 2، I 2; 2) Na, NaOH, H 2 S (پاسخ را روی تخته بنویسید و در نظرسنجی بگنجانید).

3. تجزیه و تحلیل وضعیت.

معلم: شیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟ پاسخ: شیمی علم مواد، خواص آنها و تبدیل مواد است.

معلم: ماده چیست؟ جواب: ماده عبارت است از آن چیزی که بدن فیزیکی از آن ساخته شده است. (اسلاید 3).

معلم: چه حالت های ماده را می شناسید؟

پاسخ: سه حالت تجمع وجود دارد: جامد، مایع و گاز. (اسلاید 4).

معلم: نمونه هایی از موادی که در دماهای مختلف می توانند در هر سه حالت تجمع وجود داشته باشند را بیان کنید.

جواب: آب. در شرایط عادی، آب در حالت مایع است، هنگامی که دما به زیر 0 0 C می رسد، آب به حالت جامد - یخ تبدیل می شود و هنگامی که دما به 100 0 C افزایش می یابد، بخار آب (حالت گازی) دریافت می کنیم.

معلم (اضافه): هر ماده ای را می توان به صورت جامد، مایع و گاز به دست آورد. علاوه بر آب ، اینها فلزاتی هستند که در شرایط عادی در حالت جامد هستند ، هنگام گرم شدن شروع به نرم شدن می کنند و در دمای معین (t pl) به حالت مایع تبدیل می شوند - ذوب می شوند. با حرارت دادن بیشتر، تا نقطه جوش، فلزات شروع به تبخیر می کنند، یعنی. به حالت گازی برود هر گازی را می توان با کاهش دما به حالت مایع و جامد تبدیل کرد: به عنوان مثال، اکسیژن که در دمای (194- درجه سانتیگراد) به مایع آبی تبدیل می شود و در دمای (8/218- 0 درجه سانتیگراد) به حالت جامد تبدیل می شود. توده برف مانند متشکل از بلورهای آبی. امروز در درس حالت جامد ماده را در نظر خواهیم گرفت.

معلم: مواد جامد روی میزهای شما را نام ببرید.

پاسخ: فلزات، پلاستیلین، نمک خوراکی: NaCl، گرافیت.

معلم: نظرت چیه؟ کدام یک از این مواد اضافی است؟

جواب : پلاستیک.

معلم: چرا؟

فرضیات مطرح می شود. اگر دانش آموزان دشواری پیدا کنند، با کمک معلم به این نتیجه می رسند که پلاستیکین، بر خلاف فلزات و کلرید سدیم، نقطه ذوب خاصی ندارد - آن (پلاستیسین) به تدریج نرم می شود و به حالت مایع تبدیل می شود. مثلاً شکلاتی که در دهان ذوب می‌شود یا آدامس و همچنین شیشه، پلاستیک، رزین، موم (در هنگام توضیح، معلم نمونه‌های کلاس این مواد را نشان می‌دهد). به چنین موادی آمورف می گویند. (اسلاید 5) و فلزات و کلرید سدیم کریستالی هستند. (اسلاید 6).

بنابراین، دو نوع جامد متمایز می شوند : بی شکل و کریستالی (اسلاید 7).

1) مواد آمورف نقطه ذوب خاصی ندارند و آرایش ذرات در آنها به طور دقیق مرتب نشده است.

مواد کریستالی دارای نقطه ذوب کاملاً مشخصی هستند و مهمتر از همه، با آرایش صحیح ذرات که از آنها ساخته شده اند مشخص می شوند: اتم ها، مولکول ها و یون ها. این ذرات در نقاط کاملاً مشخصی در فضا قرار دارند و اگر این گره ها با خطوط مستقیم به هم متصل شوند، یک قاب فضایی تشکیل می شود - سلول کریستالی.

معلم می پرسد مسائل مشکل ساز

چگونه می توان وجود جامداتی با چنین خواص متفاوتی را توضیح داد؟

2) چرا مواد کریستالی بر اثر برخورد در سطوح خاصی شکافته می شوند در حالی که مواد بی شکل این خاصیت را ندارند؟

به پاسخ های دانش آموزان گوش دهید و آنها را به سمت آنها هدایت کنید نتیجه:

خواص مواد در حالت جامد به نوع شبکه کریستالی (عمدتاً به ذرات موجود در گره های آن) بستگی دارد که به نوبه خود با نوع پیوند شیمیایی در یک ماده مشخص می شود.

بررسی تکالیف:

1) NaCl - پیوند یونی،

CO 2 - پیوند قطبی کووالانسی

I 2 - پیوند غیرقطبی کووالانسی

2) Na – باند فلزی

NaOH - پیوند یونی بین Na + یون - (کووالانس O و H)

H 2 S - قطبی کووالانسی

بررسی از جلو.

• کدام پیوند یونی نامیده می شود؟
• چه نوع پیوندی کووالانسی نامیده می شود؟
• کدام پیوند را پیوند کووالانسی قطبی می نامند؟ غیر قطبی؟
• الکترونگاتیوی چیست؟

نتیجه گیری: یک توالی منطقی وجود دارد، رابطه پدیده ها در طبیعت: ساختار اتم -> EO -> انواع پیوندهای شیمیایی -> نوع شبکه بلوری -> خواص مواد. . (اسلاید 10).

معلم: بسته به نوع ذرات و ماهیت ارتباط بین آنها، آنها را تشخیص می دهند چهار نوع شبکه کریستالی: یونی، مولکولی، اتمی و فلزی. (اسلاید 11).

نتایج در جدول زیر ارائه شده است - جدول نمونه در میز دانش آموزان. (به پیوست 1 مراجعه کنید). (اسلاید 12).

شبکه های کریستالی یونی

معلم: نظرت چیه؟ موادی با چه نوع پیوند شیمیایی با این نوع شبکه مشخص می شوند؟

پاسخ: مواد دارای پیوند شیمیایی یونی با شبکه یونی مشخص می شوند.

معلم: چه ذراتی در گره های شبکه خواهند بود؟

جواب: یونس.

معلم: به چه ذراتی یون می گویند؟

پاسخ: یونها ذراتی هستند که بار مثبت یا منفی دارند.

معلم: ترکیبات یون ها چیست؟

جواب: ساده و پیچیده.

نمایش - مدل شبکه کریستالی کلرید سدیم (NaCl).

توضیح معلم: در گره های شبکه کریستالی کلرید سدیم یون های سدیم و کلر وجود دارد.

در بلورهای NaCl هیچ مولکول منفرد کلرید سدیم وجود ندارد. کل کریستال را باید به عنوان یک ماکرومولکول غول پیکر متشکل از تعداد مساوی یون های Na + و Cl- در نظر گرفت، Na n Cl n، که در آن n یک عدد بزرگ است.

پیوند بین یون ها در چنین کریستالی بسیار قوی است. بنابراین، مواد با شبکه یونی سختی نسبتا بالایی دارند. آنها نسوز، غیر فرار و شکننده هستند. مذاب آنها جریان الکتریکی را هدایت می کند (چرا؟) و به راحتی در آب حل می شود.

ترکیبات یونی ترکیبات دوتایی فلزات (I A و II A)، نمک ها و قلیاها هستند.

شبکه های کریستالی اتمی

نمایش شبکه های کریستالی از الماس و گرافیت.

دانش آموزان نمونه های گرافیت را روی میز دارند.

معلم: چه ذراتی در گره های شبکه کریستالی اتمی قرار خواهند گرفت؟

پاسخ: در گره های شبکه کریستالی اتمی اتم های منفرد وجود دارد.

معلم: چه پیوند شیمیایی بین اتم ها ایجاد می شود؟

پاسخ: پیوند شیمیایی کووالانسی.

توضیحات معلم

در واقع، در محل شبکه‌های کریستالی اتمی، اتم‌های منفرد با پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل هستند. از آنجایی که اتم ها، مانند یون ها، می توانند به طور متفاوتی در فضا قرار گیرند، کریستال هایی با اشکال مختلف تشکیل می شوند.

شبکه کریستالی اتمی از الماس

هیچ مولکولی در این شبکه ها وجود ندارد. کل کریستال را باید به عنوان یک مولکول غول پیکر در نظر گرفت. نمونه ای از مواد با این نوع شبکه های کریستالی، تغییرات آلوتروپیک کربن است: الماس، گرافیت. و همچنین بور، سیلیکون، فسفر قرمز، ژرمانیوم. سوال: این مواد چه ترکیباتی دارند؟ جواب: ساده در ترکیب.

شبکه های کریستالی اتمی نه تنها ساده، بلکه پیچیده نیز هستند. به عنوان مثال، اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیکون. همه این مواد دارای نقطه ذوب بسیار بالایی هستند (الماس بیش از 3500 درجه سانتیگراد دارد)، قوی و سخت، غیر فرار و عملاً در مایعات نامحلول هستند.

شبکه های کریستالی فلزی

معلم: بچه ها، شما مجموعه ای از فلزات روی میزهای خود دارید، بیایید به این نمونه ها نگاه کنیم.

سوال: مشخصه فلزات کدام پیوند شیمیایی است؟

جواب: فلز. پیوند در فلزات بین یون های مثبت از طریق الکترون های مشترک.

سوال: چه خواص فیزیکی کلی برای فلزات مشخص است؟

پاسخ: درخشندگی، رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی، شکل پذیری.

سوال: توضیح دهید علت اینکه بسیاری از مواد مختلف دارای خواص فیزیکی یکسان هستند چیست؟

پاسخ: فلزات دارای ساختار واحد هستند.

نمایش مدل های شبکه های کریستالی فلزی.

توضیح معلم.

مواد با پیوندهای فلزی دارای شبکه کریستالی فلزی هستند

در محل چنین شبکه هایی اتم ها و یون های مثبت فلزات وجود دارد و الکترون های ظرفیت آزادانه در حجم کریستال حرکت می کنند. الکترون ها به صورت الکترواستاتیک یون های فلزی مثبت را جذب می کنند. این پایداری شبکه را توضیح می دهد.

شبکه های کریستالی مولکولی

معلم مواد را نشان می دهد و نام می برد: ید، گوگرد.

سوال: این مواد چه چیز مشترکی دارند؟

پاسخ: این مواد غیرفلزی هستند. ساده در ترکیب.

سوال: پیوند شیمیایی درون مولکول ها چیست؟

پاسخ: پیوند شیمیایی درون مولکول ها کووالانسی، غیرقطبی است.

سوال: چه خصوصیات فیزیکی مشخصه آنهاست؟

پاسخ: فرار، گداز پذیر، کمی محلول در آب.

معلم: بیایید خواص فلزات و غیر فلزات را با هم مقایسه کنیم. دانش آموزان پاسخ می دهند که خواص اساساً متفاوت است.

سوال: چرا خواص غیر فلزات با خواص فلزات بسیار متفاوت است؟

پاسخ: فلزات دارای پیوندهای فلزی و غیر فلزات دارای پیوندهای کووالانسی و غیرقطبی هستند.

معلم: بنابراین نوع شبکه متفاوت است. مولکولی.

سوال: چه ذراتی در نقاط شبکه قرار دارند؟

جواب : مولکول ها

نمایش شبکه های کریستالی دی اکسید کربن و ید.

توضیح معلم.

شبکه کریستالی مولکولی

همانطور که می بینیم، نه تنها جامدات می توانند شبکه کریستالی مولکولی داشته باشند. سادهمواد: گازهای نجیب، H 2، O 2، N 2، I 2، O 3، فسفر سفید P 4، اما همچنین مجتمع: آب جامد، کلرید هیدروژن جامد و سولفید هیدروژن. بیشتر ترکیبات آلی جامد دارای شبکه کریستالی مولکولی (نفتالین، گلوکز، قند) هستند.

محل های شبکه حاوی مولکول های غیر قطبی یا قطبی هستند. علیرغم این واقعیت که اتم های داخل مولکول ها با پیوندهای کووالانسی قوی به هم متصل هستند، نیروهای بین مولکولی ضعیف بین خود مولکول ها عمل می کنند.

نتیجه:این مواد شکننده، سختی کم، نقطه ذوب پایین، فرار هستند و قابلیت تصعید دارند.

سوال : کدام فرآیند را تصعید یا تصعید می نامند؟

پاسخ : انتقال ماده از حالت جامد تجمع مستقیم به حالت گازی با دور زدن حالت مایع را می گویند. تصعید یا تصعید.

نمایش آزمایش: تصعید بنزوئیک اسید (آزمایش تصویری).

کار با جدول تکمیل شده

پیوست 1. (اسلاید 17)

شبکه های کریستالی، نوع پیوند و خواص مواد

نوع توری	انواع ذرات در سایت های شبکه	نوع اتصال بین ذرات	نمونه هایی از مواد	خواص فیزیکی مواد
یونی	یون ها	یونی - پیوند قوی	نمک ها، هالیدها (IA، IIA)، اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات معمولی	جامد، قوی، غیر فرار، شکننده، نسوز، بسیار محلول در آب، مذاب ها رسانای جریان الکتریکی هستند.
اتمی	اتم ها	1. کووالانسی غیرقطبی - پیوند بسیار قوی است 2. قطبی کووالانسی - پیوند بسیار قوی است	مواد سادهآ: الماس (C)، گرافیت (C)، بور (B)، سیلیکون (Si). مواد پیچیده: اکسید آلومینیوم (Al 2 O 3)، اکسید سیلیکون (IY) - SiO 2	بسیار سخت، بسیار نسوز، بادوام، غیر فرار، نامحلول در آب
مولکولی	مولکول ها	بین مولکول ها نیروهای جاذبه بین مولکولی ضعیف وجود دارد، اما در داخل مولکول ها یک پیوند کووالانسی قوی وجود دارد.	جامدات در شرایط خاص که در شرایط عادی گاز یا مایع هستند (O 2 , H 2 , Cl 2 , N 2 , Br 2 , H2O، CO2، HCl)؛ گوگرد، فسفر سفید، ید؛ مواد آلی	شکننده، فرار، قابل ذوب، قابلیت تصعید، سختی کم دارند
فلز	یون های اتم	فلز با مقاومت های مختلف	فلزات و آلیاژها	چکش خوار، براق، انعطاف پذیر، رسانای حرارتی و الکتریکی

سوال: کدام نوع از شبکه های کریستالی از مواردی که در بالا توضیح داده شد در مواد ساده یافت نمی شود؟

پاسخ: شبکه های کریستالی یونی.

سوال: چه شبکه های کریستالی مشخصه مواد ساده هستند؟

پاسخ: برای مواد ساده - فلزات - یک شبکه کریستال فلزی. برای غیر فلزات - اتمی یا مولکولی.

کار با جدول تناوبی D.I.Mendeleev.

سوال: عناصر فلزی در جدول تناوبی کجا قرار دارند و چرا؟ عناصر غیر فلزی و چرا؟

پاسخ: اگر یک مورب از بور به استاتین بکشید، در گوشه سمت چپ پایین این قطر عناصر فلزی وجود دارد، زیرا در آخرین سطح انرژی آنها از یک تا سه الکترون وجود دارد. اینها عناصر I A، II A، III A (به جز بور)، و همچنین قلع و سرب، آنتیموان و همه عناصر زیرگروه های ثانویه هستند.

عناصر غیر فلزی در گوشه سمت راست بالای این مورب قرار دارند، زیرا در آخرین سطح انرژی شامل چهار تا هشت الکترون است. این عناصر IY A، Y A، YI A، YII A، YIII A و بور هستند.

معلم: بیایید عناصر غیرفلزی را پیدا کنیم که مواد ساده آنها دارای یک شبکه کریستالی اتمی هستند. (پاسخ: ج، ب، سی) و مولکولی ( پاسخ: ن، س، او , هالوژن ها و گازهای نجیب ).

معلم: نتیجه گیری در مورد اینکه چگونه می توانید نوع شبکه بلوری یک ماده ساده را بسته به موقعیت عناصر در جدول تناوبی مندلیف تعیین کنید.

پاسخ: برای عناصر فلزی که در I A, II A, IIIA (به استثنای بور) و همچنین قلع و سرب و همه عناصر زیرگروه های فرعی در یک ماده ساده، نوع شبکه فلزی است.

برای عناصر غیرفلزی IY A و بور در یک ماده ساده، شبکه کریستالی اتمی است. و عناصر Y A، YI A، YII A، YIII A در مواد ساده دارای یک شبکه کریستالی مولکولی هستند.

ما به کار با جدول تکمیل شده ادامه می دهیم.

معلم: با دقت به میز نگاه کنید. چه الگویی را می توان مشاهده کرد؟

ما با دقت به پاسخ های دانش آموزان گوش می دهیم و سپس همراه با کلاس نتیجه زیر را می گیریم:

الگوی زیر وجود دارد: اگر ساختار مواد مشخص باشد، می توان خواص آنها را پیش بینی کرد، یا برعکس: اگر خواص مواد مشخص باشد، می توان ساختار را تعیین کرد. (اسلاید 18).

معلم: با دقت به میز نگاه کنید. چه طبقه بندی دیگری از مواد را می توانید پیشنهاد دهید؟

اگر دانش‌آموزان آن را دشوار می‌دانند، معلم آن را توضیح می‌دهد مواد را می توان به مواد با ساختار مولکولی و غیر مولکولی تقسیم کرد. (اسلاید 19).

مواد با ساختار مولکولی از مولکول ها تشکیل شده اند.

مواد ساختار غیر مولکولی از اتم ها و یون ها تشکیل شده اند.

قانون ثبات ترکیب

معلم: امروز با یکی از قوانین اساسی شیمی آشنا می شویم. این قانون ثبات ترکیب است که توسط شیمیدان فرانسوی J.L. Proust کشف شد. این قانون فقط برای مواد با ساختار مولکولی معتبر است. در حال حاضر، این قانون چنین می گوید: "ترکیبات شیمیایی مولکولی، صرف نظر از روش تهیه آنها، دارای ترکیب و خواص ثابت هستند." اما برای مواد با ساختار غیر مولکولی این قانون همیشه صادق نیست.

اهمیت نظری و عملی قانون این است که بر اساس آن ترکیب مواد را می توان با استفاده از فرمول های شیمیایی بیان کرد (برای بسیاری از مواد با ساختار غیر مولکولی، فرمول شیمیایی ترکیب یک مولکول موجود واقعی، بلکه یک مولکول شرطی را نشان می دهد) .

نتیجه: فرمول شیمیایی یک ماده حاوی اطلاعات زیادی است.(اسلاید 21)

به عنوان مثال، SO 3:

1. ماده خاص دی اکسید گوگرد یا اکسید گوگرد (YI) است.

2.نوع ماده - پیچیده; کلاس - اکسید.

3. ترکیب کیفی - از دو عنصر تشکیل شده است: گوگرد و اکسیژن.

4. ترکیب کمی - مولکول از 1 اتم گوگرد و 3 اتم اکسیژن تشکیل شده است.

5. وزن مولکولی نسبی - M r (SO 3) = 32 + 3 * 16 = 80.

6. جرم مولی - M(SO 3) = 80 گرم بر مول.

7. بسیاری از اطلاعات دیگر.

تثبیت و بکارگیری دانش کسب شده

(اسلاید 22 و 23).

بازی تیک تاک: روی موادی که دارای شبکه کریستالی یکسان هستند به صورت عمودی، افقی و مورب خط بکشید.

انعکاس.

معلم این سوال را می پرسد: "بچه ها، چه چیز جدیدی در کلاس یاد گرفتید؟"

جمع بندی درس

معلم: بچه ها، بیایید نتایج اصلی درس خود را خلاصه کنیم - به سوالات پاسخ دهید.

1. چه طبقه بندی مواد را یاد گرفتید؟

2. اصطلاح شبکه کریستالی را چگونه می فهمید؟

3. اکنون چه نوع شبکه های کریستالی را می شناسید؟

4. با چه نظمی در ساختار و خواص مواد آشنا شدید؟

5. مواد در چه حالتی از تجمع، شبکه کریستالی دارند؟

6. چه قانون اساسی شیمی را در کلاس یاد گرفتید؟

تکلیف: §22، یادداشت ها.

1. فرمول مواد را بسازید: کلرید کلسیم، اکسید سیلیکون (IY)، نیتروژن، سولفید هیدروژن.

نوع شبکه کریستالی را تعیین کنید و سعی کنید نقطه ذوب این مواد را پیش بینی کنید.

2. کار خلاق -> برای پاراگراف سؤال بسازید.

استاد از شما برای درس تشکر می کند. به دانش آموزان نمره می دهد.

در آب

35.6 گرم در 100 میلی لیتر (0 درجه سانتیگراد)
35.9 گرم در 100 میلی لیتر (+25 درجه سانتیگراد)
39.1 گرم در 100 میلی لیتر (+100 درجه سانتیگراد) حلالیت در متانول 1.49 گرم در 100 میلی لیتر حلالیت در آمونیاک 21.5 گرم در 100 میلی لیتر خواص نوری ضریب شکست 1.544202 (589 نانومتر) ساختار هندسه هماهنگی هشت وجهی (Na+)
هشت وجهی (Cl -) ساختار کریستالی مکعب صورت محور، cF8 طبقه بندی Reg. شماره CAS 7647-14-5 PubChem Reg. شماره EINECS 231-598-3 لبخند می زند InChI RTECS VZ4725000 ChEBI ChemSpider ایمنی LD 50 3000-8000 میلی گرم بر کیلوگرم NFPA 704 داده ها بر اساس شرایط استاندارد (25 درجه سانتی گراد، 100 کیلو پاسکال) است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

کریستال کلرید سدیم

سدیم کلریدیا سدیم کلرید(NaCl) - نمک سدیم اسید کلریدریک. در زندگی روزمره به نمک سفره معروف است که جزء اصلی آن است. کلرید سدیم به مقدار قابل توجهی در آب دریا یافت می شود و به آن طعم شور می دهد. ] . به طور طبیعی به شکل هالیت معدنی (سنگ نمک) وجود دارد. کلرید سدیم خالص به صورت کریستال های بی رنگ ظاهر می شود، اما با ناخالصی های مختلف رنگ آن می تواند رنگ آبی، بنفش، صورتی، زرد یا خاکستری به خود بگیرد.

وقوع در طبیعت و تولید

در طبیعت، کلرید سدیم به شکل هالیت معدنی یافت می‌شود که رسوبات سنگ نمک را در میان سنگ‌های رسوبی، لایه‌ها و عدسی‌ها در سواحل دریاچه‌های نمک و مصب‌ها، پوسته‌های نمکی در باتلاق‌های نمکی و روی دیواره‌های دهانه‌های آتشفشانی تشکیل می‌دهد. در سولفاتاراس مقدار زیادی کلرید سدیم در آب دریا حل می شود. اقیانوس های جهان حاوی 4 × 10 15 تن NaCl هستند، یعنی از هر تن آب دریا به طور متوسط ​​1.3 کیلوگرم کلرید سدیم به دست می آید. در نتیجه تبخیر اسپری آب دریا، آثاری از NaCl به طور مداوم در جو وجود دارد. در ابرهایی که در ارتفاع یک و نیم کیلومتری قرار دارند، 30 درصد قطرات بزرگتر از 10 میکرون حاوی نمک طعام هستند. در کریستال های برف نیز یافت می شود.

به احتمال زیاد اولین آشنایی انسان با نمک در تالاب های دریاهای گرم یا در دریاچه های نمک رخ داده است، جایی که در آب های کم عمق، آب نمک به شدت تحت تأثیر دمای بالا و باد تبخیر می شود و نمک در رسوبات انباشته می شود. به تعبیر مجازی فیثاغورث، "نمک از پدر و مادر نجیب زاده شد: خورشید و دریا."

هالیت

در طبیعت، کلرید سدیم اغلب به شکل هالیت معدنی یافت می شود. دارای یک شبکه مکعبی رو به مرکز است و شامل 39.34٪، 60.66٪ است. سایر عناصر شیمیایی موجود در ناخالصی ها عبارتند از: , , , , , , , , , , , , , , , , چگالی 2.1-2.2 g/cm³ و سختی در مقیاس Mohs 2 است. یک کانی شفاف بی رنگ با درخشش شیشه ای. یک ماده معدنی رایج در لایه های نمک دار. در هنگام رسوب در مخازن بسته و همچنین به عنوان محصول تقطیر بر روی دیواره دهانه های آتشفشانی تشکیل می شود. در سنگ های رسوبی رخساره های تالابی و دریایی، اجسام استوک مانند در گنبدهای نمکی و مواردی از این قبیل را تشکیل می دهد.

سنگ نمک

سنگ نمک یک سنگ رسوبی از گروه تبخیری است که از بیش از 90 درصد هالیت تشکیل شده است. هالیت اغلب سنگ نمک نیز نامیده می شود. این سنگ رسوبی می‌تواند بی‌رنگ یا سفید برفی باشد، اما اغلب با مخلوط‌های رس، تالک (خاکستری)، اکسیدهای آهن و هیدروکسیدها (زرد، نارنجی، صورتی، قرمز) و قیر (قهوه‌ای) رنگ می‌شود. سنگ نمک حاوی کلریدها و سولفات‌های سدیم، پتاسیم، منیزیم و کلسیم، برمیدها، یدیدها، بورات‌ها، گچ، ناخالصی‌های مواد کربنات-رسی، دولومیت، آنکریت، منیزیت، قیر و غیره است.

با توجه به شرایط تشکیل رسوب، سنگ نمک به انواع زیر تقسیم می شود:

• آب نمک از استخرهای نمک مدرن
• آب های زیرزمینی شور
• ذخایر نمک های معدنی استخرهای نمک مدرن
• ذخایر فسیلی (مهمترین ذخایر برای صنعت).

نمک دریا

نمک دریا مخلوطی از نمک ها (کلریدها، کربنات ها، سولفات ها و غیره) است که با تبخیر کامل آب دریا به وجود می آید. میانگین نمک موجود در آب دریا عبارت است از:

نمک دریایی کریستال خالص

هنگامی که آب دریا در دمای 20+ تا 35+ درجه سانتی گراد تبخیر می شود، ابتدا کمترین نمک محلول در رسوبات متبلور می شود - کربنات های کلسیم و منیزیم و سولفات کلسیم. سپس سولفات های سدیم و منیزیم محلول تر، کلریدهای سدیم، پتاسیم و منیزیم رسوب می کنند و پس از آنها - سولفات های پتاسیم و منیزیم. توالی کریستالیزاسیون نمک و ترکیب رسوب ممکن است بسته به دما، سرعت تبخیر و سایر شرایط کمی متفاوت باشد. در صنعت، نمک دریا از آب دریا عمدتاً از طریق تبخیر معمولی به دست می آید. تفاوت آن با سنگ نمک به دلیل محتوای قابل توجهی بالاتر از سایر نمک های شیمیایی، مواد معدنی و عناصر کمیاب مختلف، در درجه اول ید، پتاسیم، منیزیم و منگنز است. بر این اساس، از نظر طعم با کلرید سدیم متفاوت است - نمک های منیزیم به آن طعم تلخ و شور می دهند. در پزشکی استفاده می شود: در درمان بیماری های پوستی مانند پسوریازیس. به عنوان یک ماده دارویی در داروخانه ها و زنجیره های خرده فروشی معمولی، یک محصول رایج نمک دریای مرده است. به صورت خالص شده، این نوع نمک در زنجیره خرده فروشی مواد غذایی - به عنوان یک نمک غذایی طبیعی و غنی از ید - نیز عرضه می شود.

سپرده ها

ذخایر سنگ نمک در تمام سیستم های زمین شناسی یافت می شود. مهمترین آنها در نهشته های کامبرین، دونین، پرمین و ترشیاری متمرکز شده اند. سنگ نمک رسوبات لایه ای ضخیم را تشکیل می دهد و هسته های سازه های طاقدار (گنبدها و انبارهای نمکی)، لایه ها، عدسی ها، لانه ها و آخال ها را در سایر سنگ ها تشکیل می دهد. در میان نهشته های دریاچه در روسیه، بزرگترین دریاچه های التونسکویه، باسکوچاک در منطقه خزر، دریاچه کوچوکسکویه، دریاچه کولوندینسکویه، ابیتی و دیگر دریاچه ها در سیبری غربی هستند.

تولید

در زمان های قدیم، فن آوری استخراج نمک به این صورت بود که آب نمک (محلول) توسط مین هایی که با اسب کشیده می شد، بیرون کشیده می شد که به آنها "چاه" یا "پنجره" می گفتند و کاملاً عمیق بودند - محلول نمک استخراج شده داخل یک مخزن مخصوص ریخته شد - ایجاد شده، از آنجا از طریق سوراخ ها به مخزن پایینی جریان می یابد و توسط سیستمی از ناودان ها به برج های چوبی تغذیه می شود. در آنجا آن را در دیگ های بزرگی می ریختند و نمک را در آن می جوشاندند.

در روسیه، پومورها در ساحل دریای سفید نمک می جوشاندند و آن را می نامیدند اردک دم دراز. در سال 1137، شاهزاده نووگورود سواتوسلاو مالیاتی را بر روی ماهیتابه های نمکی وضع کرد:

نمک دریای سفید که "moryanka" نامیده می شود، تا آغاز قرن بیستم در سراسر امپراتوری روسیه معامله می شد، تا زمانی که نمک ارزان تر ولگا جایگزین آن شد.

استخراج مدرن کلرید سدیم مکانیزه و خودکار است. نمک به طور انبوه با تبخیر آب دریا (که در آن زمان نمک دریا نامیده می شد) یا آب نمک از منابع دیگر مانند چشمه های نمک و دریاچه های نمک و همچنین با توسعه معادن نمک و استخراج سنگ نمک تولید می شود.
برای استخراج سدیم کلرید از آب دریا، شرایط آب و هوایی گرم با رطوبت کم هوا، وجود مناطق کم ارتفاع قابل توجهی در زیر سطح دریا یا غرق در جزر و مد، نفوذپذیری کم خاک استخرهای تبخیر، بارش کم در طول فصل تبخیر فعال و عدم نفوذ آب های شیرین رودخانه و وجود زیرساخت های حمل و نقل توسعه یافته ضروری است.

تولید جهانی نمک در سال 2009 حدود 260 میلیون تن برآورد شده است. بزرگترین تولیدکنندگان جهان عبارتند از: چین (60.0 میلیون تن)، آمریکا (46.0 میلیون تن)، آلمان (16.5 میلیون تن)، هند (15.8 میلیون تن) و کانادا (14 میلیون تن).

کاربرد

در صنایع غذایی و آشپزی

نمک سفره

در صنایع غذایی و آشپزی از کلرید سدیم استفاده می شود که خلوص آن باید حداقل 97 درصد باشد. به عنوان یک افزودنی طعم دهنده و برای نگهداری مواد غذایی استفاده می شود. این کلرید سدیم یک نام تجاری دارد نمک، گاهی از نام غذا، سفره و همچنین روشن شدن نام بسته به منشأ آن - سنگ، دریا و با توجه به ترکیبات افزودنی - یددار، فلوراید و غیره نیز استفاده می شود با طعم شور، بدون مزه، بدون بو (به جز نمک یددار) که در آن ناخالصی های خارجی غیر مرتبط با روش استخراج نمک مجاز نیست. نمک سفره علاوه بر کلرید سدیم حاوی مقادیر کمی نمک های کلسیم، منیزیم و پتاسیم است که آن را مرطوب و سفت می کند. هر چه این ناخالصی ها در نمک کمتر باشد، کیفیت آن بالاتر است.

انواع وجود دارد: اضافی، بالاترین، اول و دوم. کسر جرمی کلرید سدیم در انواع،٪:

• اضافی - نه کمتر از 99.5؛
• بالاترین - 98.2;
• اول - 97.5;
• دوم - 97.0.

کسر جرمی رطوبت در نمک تبخیر شده درجه "اضافی" 0.1٪ است، در درجه برتر - 0.7٪. یدید پتاسیم (یدید پتاسیم)، یدات پتاسیم، فلوراید پتاسیم و سدیم مجاز است. کسر جرمی ید باید (15.0 ± 40.0) × 10-4٪، فلوئور (25.0 ± 5.0) × 10-3٪ باشد. رنگ درجه های اضافی و درجه یک سفید است، اما برای درجه های اول و دوم سایه های خاکستری، زرد، صورتی و مایل به آبی بسته به منشاء نمک مجاز است. نمک خوراکی به صورت آسیاب شده و الک شده تولید می شود. بر اساس اندازه دانه ها، نمک آسیاب شده به اعداد 0، 1، 2، 3 تقسیم می شود. هر چه این عدد بیشتر باشد، دانه های نمک بزرگتر است.

در پخت و پز، کلرید سدیم به عنوان یک چاشنی ضروری مصرف می شود. نمک طعم خاصی دارد که بدون آن غذا برای انسان بی مزه به نظر می رسد. این ویژگی نمک به دلیل فیزیولوژی انسان است. با این حال، مردم اغلب نمک بیشتری از آنچه برای فرآیندهای فیزیولوژیکی لازم است مصرف می کنند.

در خدمات عمومی نمک فنی

در زمستان از کلرید سدیم مخلوط با نمک های دیگر، ماسه یا خاک رس – به اصطلاح نمک فنی – به عنوان ضد یخ در برابر یخ استفاده می شود. پیاده روها با آن پاشیده می شوند، اگرچه این امر بر کفش های چرمی و وضعیت فنی وسایل نقلیه به دلیل فرآیندهای خوردگی تأثیر منفی می گذارد.

بازسازی فیلترهای مبدل Na-کاتیونی

فیلترهای تبادل کاتیون سدیم به طور گسترده در تاسیسات نرم کننده آب در تمام ظرفیت ها در طول تصفیه آب استفاده می شود. مواد تبادل کاتیونی مورد استفاده در تصفیه خانه های آب مدرن عمدتاً گلوکونیت، رزین های تبادل یونی پلیمری و کربن های سولفونه هستند. رایج ترین رزین های تبادل کاتیونی سولفونیک هستند.

بازسازی فیلترهای Na-کاتیونیت با محلول 6-10٪ نمک خوراکی انجام می شود و در نتیجه کاتیونیت به شکل Na تبدیل می شود و دوباره تولید می شود. واکنش ها بر اساس معادلات انجام می شود:

C a R 2 + 2 N a C l → 2 N a R + C a C l 2 (\displaystyle (\mathsf (CaR_(2)+2NaCl\فلش راست 2NaR+CaCl_(2))) Mg R 2 + 2 N a Cl → 2 N a R + M g C l 2 (\displaystyle (\mathsf (MgR_(2)+2NaCl\فلش راست 2NaR+MgCl_(2)))

صنایع شیمیایی

نمک، همراه با زغال سنگ، سنگ آهک و گوگرد، چهار محصول معدنی بزرگ را تشکیل می دهد که برای صنایع شیمیایی ضروری است. سودا، کلر، اسید کلریدریک، هیدروکسید سدیم، سولفات سدیم و فلز سدیم از آن به دست می آید. علاوه بر این، نمک برای تولید صنعتی کلرات سدیم نیز استفاده می شود که به راحتی در آب حل می شود و علف های هرز را از بین می برد. معادله کلی واکنش برای الکترولیز محلول گرم کلرید سدیم به صورت زیر است:

N a C l + 3 H 2 O → N a C l O 3 + 3 H 2 (\displaystyle (\mathsf (NaCl+3H_(2)O\فلش راست NaClO_(3)+3H_(2)))

تهیه کلر و هیدروکسید سدیم

• در کاتد، هیدروژن به عنوان یک محصول جانبی به دلیل کاهش یون های H + تشکیل شده در نتیجه تفکیک الکترولیتی آب آزاد می شود:

H 2 O ⇄ H + + O H - (\displaystyle (\mathsf (H_(2)O\ فلش سمت راست H^(+)+OH^(-)))) 2 H + + 2 e − → H 2 (\displaystyle (\mathsf (2H^(+)+2e^(-)\فلش راست H_(2))))

• از آنجایی که (به دلیل تفکیک الکترولیتی تقریباً کامل NaCl)، کلر در محلول به شکل یون کلرید است، آنها در آند به کلر آزاد به شکل گاز اکسید می شوند:

N a C l → N a + + C l - (\displaystyle (\mathsf (NaCl\فلش راست Na^(+)+Cl^(-))))

• واکنش کل:

2 N a C l + 2 H 2 O → 2 N a O H + C l 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (2NaCl+2H_(2)O\ فلش راست 2NaOH+Cl_(2)+H_(2)) ))

همانطور که از معادله واکنش کل مشاهده می شود، محصول دیگر هیدروکسید سدیم است. مصرف برق به ازای هر 1 تن کلر تقریباً 2700 کیلووات در ساعت است. کلر حاصل با فشار بالا به مایع زرد رنگ حتی در دمای معمولی تبدیل می شود.

اگر بین آند و کاتد دیافراگمی وجود نداشته باشد، کلر محلول در آب شروع به واکنش با هیدروکسید سدیم می کند و کلرید سدیم و هیپوکلریت سدیم NaClO را تشکیل می دهد.

2 N a O H + C l 2 → N a C l + N a O C l + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2NaOH+Cl_(2)\پیکان راست NaCl+NaOCl+H_(2)O))) N a + + e - → N a (H g) (\displaystyle (\mathsf (Na^(+)+e^(-)\arrow سمت راست Na_((Hg)))))

آمالگام بعداً توسط آب داغ برای تولید هیدروکسید سدیم و هیدروژن تجزیه می شود و جیوه به الکترولیز پمپ می شود:

2 N a (H g) + 2 H 2 O → 2 N a O H + H 2 (\displaystyle (\mathsf (2Na_((Hg))+2H_(2)O\ فلش سمت راست 2NaOH+H_(2))))

واکنش کلی فرآیند مانند روش دیافراگمی است.

تهیه فلز سدیم

سدیم فلزی از الکترولیز کلرید سدیم مذاب به دست می آید. فرآیندهای زیر رخ می دهد:

• سدیم در کاتد آزاد می شود:

N a + + e - → N a (\displaystyle (\mathsf (Na^(+)+e^(-)\فلش سمت راست Na)))

• کلر در آند آزاد می شود (به عنوان یک محصول جانبی):

2 C l − → C l 2 + 2 e − (\displaystyle (\mathsf (2Cl^(-)\ فلش راست Cl_(2)+2e^(-))))

• واکنش کل:

2 N a + + 2 C l − → 2 N a + C l 2 (\displaystyle (\mathsf (2Na^(+)+2Cl^(-)\ فلش راست 2Na+Cl_(2))))

حمام الکترولیز از یک پوشش فولادی اندود شده، یک آند گرافیتی و یک کاتد آهنی حلقوی تشکیل شده است. یک دیافراگم مشبک بین کاتد و آند قرار دارد. برای کاهش نقطه ذوب NaCl (+800 درجه سانتیگراد)، الکترولیت کلرید سدیم خالص نیست، بلکه مخلوط آن با کلرید کلسیم CaCl 2 (40:60) با نقطه ذوب +580 درجه سانتیگراد است. سدیم فلزی که در قسمت بالایی فضای کاتد جمع می‌شود، حاوی حداکثر 5 درصد ناخالصی کلسیم است، اما این دومی تقریباً به طور کامل در طول زمان جدا می‌شود، زیرا در نقطه ذوب آن در سدیم مایع (+371 K = 98 درجه سانتی‌گراد) حل می‌شود. ) فقط 0.01٪ است. همانطور که NaCl مصرف می شود، به طور مداوم به حمام اضافه می شود. هزینه برق تقریباً 15 کیلووات × ساعت به ازای هر کیلوگرم سدیم است.

تهیه اسید هیدروکلریک و سولفات سدیم

در میان بسیاری از روش های صنعتی برای تولید اسید کلریدریک، یعنی محلول آبی کلرید هیدروژن (HCl)، از واکنش تبادلی بین کلرید سدیم و اسید سولفوریک استفاده می شود:

N a C l + H 2 S O 4 → N a H S O 4 + H C l (\displaystyle (\mathsf (NaCl+H_(2)SO_(4)\ فلش سمت راست NaHSO_(4)+HCl\بالا ))) N a C l + N a H S O 4 → N a 2 S O 4 + H C l (\displaystyle (\mathsf (NaCl+NaHSO_(4)\ فلش سمت راست Na_(2)SO_(4)+HCl\بالا )))

اولین واکنش تا حد زیادی در شرایط عادی رخ می دهد و با حرارت کم تقریباً به اتمام می رسد. مورد دوم فقط در دماهای بالا رخ می دهد. این فرآیند در کوره های مکانیزه مخصوص با قدرت بالا انجام می شود. کلرید هیدروژن که آزاد می شود، از گرد و غبار خارج می شود، خنک می شود و توسط آب جذب می شود تا اسید کلریدریک تشکیل شود. سولفات سدیم Na 2 SO 4 به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می شود.

از این روش برای بدست آوردن کلرید هیدروژن در آزمایشگاه نیز استفاده می شود.

خواص فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی

نقطه ذوب +800.8 درجه سانتیگراد، نقطه جوش +1465 درجه سانتیگراد.

حلالیت نسبتاً محلول در آب، بستگی کمی به دما دارد: ضریب حلالیت NaCl (بر حسب گرم در هر 100 گرم آب) 35.9 در +21 درجه سانتیگراد و 38.1 در +80 درجه سانتیگراد است. حلالیت کلرید سدیم در حضور کلرید هیدروژن، هیدروکسید سدیم و نمک ها - کلریدهای فلزی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در آمونیاک مایع حل می شود و وارد واکنش های تبادلی می شود. کلرید سدیم در شکل خالص خود رطوبت سنجی نیست. با این حال، نمک اغلب با ناخالصی‌ها (عمدتاً یون‌های Ca2+، Mg2+ و SO2- آلوده است.
4) و چنین نمکی در هوا مرطوب می شود. هیدرات کریستالی NaCl · 2H 2 O را می توان در دمای زیر 0.15+ درجه سانتی گراد جدا کرد.

مخلوطی از یخ خرد شده و پودر کلرید سدیم یک خنک کننده موثر است. بنابراین، مخلوطی از 30 گرم نمک طعام در هر 100 گرم یخ تا دمای 20- درجه سانتیگراد خنک می شود. این به این دلیل است که محلول نمک آبی در دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد یخ می زند. یخ که دمای آن حدود 0 درجه سانتیگراد است در چنین محلولی ذوب می شود و گرما را از محیط جذب می کند.

ثابت دی الکتریک NaCl - 6.3

چگالی و غلظت محلول های آبی NaCl

تمرکز، ٪	غلظت، گرم در لیتر	چگالی، گرم در میلی لیتر
1	10,05	1,005
2	20,25	1,012
4	41,07	1,027
6	62,47	1,041
8	84,47	1,056
10	107,1	1,071
12	130,2	1,086
14	154,1	1,101
16	178,5	1,116
18	203,7	1,132
20	229,5	1,148
22	256	1,164
24	283,2	1,18
26	311,2	1,197

آماده سازی آزمایشگاهی و خواص شیمیایی

هنگامی که در معرض اسید سولفوریک قرار می گیرد، هیدروژن کلرید آزاد می کند.

2 N a C l + H 2 S O 4 → N a 2 S O 4 + 2 H C l (\displaystyle (\mathsf (2NaCl+H_(2)SO_(4)\ فلش سمت راست Na_(2)SO_(4)+2HCl) ))

با محلول نیترات نقره، رسوب سفیدی از کلرید نقره تشکیل می دهد (واکنش کیفی به یون کلرید).

N a C l + A g N O 3 → N a N O 3 + A g C l (\displaystyle (\mathsf (NaCl+AgNO_(3)\ فلش سمت راست NaNO_(3)+AgCl)))

در یک شبکه کریستالی، پیوندهای شیمیایی یونی بین اتم ها غالب است که نتیجه برهم کنش الکترواستاتیک یون های بار مخالف است.

همچنین ببینید

• نمک سفره - ادویه و افزودنی غذا
• هالیت - معدنی

یادداشت

1. کلرید سدیم در وب سایت انگلیسی. موسسه ی ملی استانداردها و تکنولوژی) (انگلیسی)
2. Nekrasov B.V.مبانی شیمی عمومی. T. 2. Ed. 3، برگردان و اضافی، م.: شیمی، 1973. - 688 ص. 270 قرص; 426 عکس; فهرست منابع، پیوندها. ص 218
3. فیثاغورث. کانن طلایی. فیگورهای باطنی - م.: انتشارات اکسمو، 2003. - 448 ص. (گلچین حکمت).
4. دایره المعارف کوه کوچک. در 3 جلد = دایره المعارف کوچک / (به زبان اوکراینی).اد. V. S. Beletsky. - Donetsk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3.
5. UNIAN: نمک دریا برای زیبایی و سلامت پوست
6. قوانین روسیه در قرون X-XX. قانون روسیه باستان. T. 1. M., 1984. S. 224-225.
7. ترجمه شده از زبان پومرانیایی «اسپیک»، کلمه چرن (تسرن) به معنای جعبه چهار گوش ساخته شده از ورق آهن است و سالگا به معنای دیگ است که در آن نمک می جوشانند. در نمکدان دریای سفید، شکم کیسه ای نمک بود که طول آن دو ربع بود، یعنی حدود 52 لیتر حجم داشت.
8. نمک (PDF)، سازمان زمین شناسی ایالات متحده در وب سایت برنامه منابع معدنی

تبخیر یک مایع یا ذوب یک جامد به دسته فرآیندهایی تعلق دارد که در فیزیک به آنها انتقال فاز یا تبدیل می گویند. حالاتی از ماده که بین آنها انتقال فاز اتفاق می افتد، فازهای آن نامیده می شوند. ویژگی بارز این انتقال ها ناگهانی بودن آنهاست. به عنوان مثال، هنگامی که آب زیر دمای اتاق سرد می شود، حالت حرارتی آن به تدریج تغییر می کند، کاهش دما به میزان ده تا پانزده درجه منجر به تغییر قابل مشاهده ای نمی شود و ناگهان با سرد شدن کسری ناچیز از یک درجه، آب تغییر شکل می دهد. به حالتی کاملاً متفاوت، یخ حالت. آب و یخ دو فاز از یک ماده هستند.

انتقال فاز دو نوع است - مرتبه اول و دوم. انتقال فاز از نوع اول شامل تغییر در حالت کل یک ماده است: فرآیندهای ذوب و تبلور، تبخیر و تراکم، تصعید یا تصعید، در حالی که چگالی، انرژی داخلی و آنتروپی به طور ناگهانی تغییر می کنند.

لازم به ذکر است که حالت کریستالی جامد در نظر گرفته می شود، یعنی. حالتی که در آن اتم ها در محل شبکه کریستالی قرار دارند. در شکل 2-5.1 شبکه کریستالی سنگ نمک را نشان می دهد NaCl. همانطور که از شکل مشخص است، کریستال به دلیل تناوب فضایی سازه، از قطعات تکرار شونده تشکیل شده است.

در یک کریستال 1 میلی متری، آرایش تکراری اتم ها صدها هزار بار اتفاق می افتد. بنابراین، اصطلاح " سفارش دوربرد" بیشتر جامدات جامدات کریستالی هستند. در شرایط عادی، آنها از دانه های ذوب شده با اندازه حدود 0.001 میلی متر تشکیل شده اند. در چنین دانه ای، نظم دوربرد به وضوح بیان می شود.

با این حال، در طبیعت مواد جامد با ساختار مولکولی پیچیده، به عنوان مثال، شیشه، رزین، پلاستیک وجود دارد که ساختار تناوبی ندارند. اینها جامدات آمورف هستند که در واقع مایعاتی با ویسکوزیته غیرعادی بالا هستند. چنین اجسامی خاصیت سیالیت را نه به طور ناگهانی، بلکه از طریق کاهش تدریجی ویسکوزیته، که ناشی از افزایش دما است، به دست می آورند. جامدات آمورف با کریستال‌هایی که شکل یک چندوجهی منظم دارند، در تضاد هستند. لازم به تأکید است که کریستالی بودن لزوماً در ویژگی های شکل خارجی آنها ظاهر نمی شود، این ساختار شبکه ای است (یک قطعه فلز شکل منظمی ندارد، اما بی شکل نیست).

ویژگی اصلی کریستال ها چیست؟ این علامت وجود یک نقطه ذوب مشخص است. اگر گرما به یک جسم کریستالی داده شود، دمای آن تا زمانی که شروع به ذوب شدن کند افزایش می یابد. پس از آن افزایش دما متوقف می شود و کل فرآیند ذوب در یک دمای ثابت کاملاً تعریف شده به نام نقطه ذوب رخ می دهد. T pl.

در شکل شکل 2-5.2 نمودارهای ساختار کوارتز و شیشه کوارتز را نشان می دهد. از نظر شیمیایی همان ماده است، اما یکی به شکل کریستالی، دیگری به شکل بی شکل. ماهیت محیط توسط نزدیکترین همسایگان در هر دو مورد یکسان است، اما نظم دوربردی در بدن بی شکل وجود ندارد. یک جسم بی شکل یک "کریستال خراب" است. عدم وجود نظم دوربرد، ویژگی مشخص اجسام کریستالی، دلیل مستقیم عدم وجود نقطه ذوب مشخص است. در نقطه ذوب، یک انتقال رخ می دهد که در آن ترتیب دوربرد ناپدید می شود و شبکه به مناطق زیر میکروسکوپی به راحتی متحرک شکسته می شود که آرایش اتم های مشابه کریستال اصلی دارند، اما به طور تصادفی نسبت به یکدیگر جهت گیری می کنند و فقط کوتاه می ماند. - ترتیب دامنه در آرایش اتم ها.

نمودار ساختار کوارتز

الف) کریستالی، ب) بی شکل

(شکل مربوط به یک مدل تخت ساده شده است)

در اجسام بی شکل، با افزایش دما، ماهیت آرایش اتم ها تغییر نمی کند، با افزایش دما، اتم ها از محیط خود خارج می شوند. در نهایت، تعداد چنین تغییراتی در هر ثانیه به اندازه یک مایع می شود.

در بالا گفتیم که در طول تمام تبدیلات کل انرژی جذب یا آزاد می شود. به عنوان مثال، برای تبدیل یک کیلوگرم آب به بخار، باید 2.3 × 10 6 ژول انرژی مصرف کرد تا بر نیروهای جاذبه ای که بین مولکول های آب اعمال می شود غلبه کند.

فلزات تنها زمانی شروع به ذوب شدن می کنند که شبکه کریستالی آنها شروع به فروپاشی می کند که به انرژی نیز نیاز دارد. این انرژی را گرمای نهان همجوشی می نامند. گرمای همجوشی مربوط به جرم یک ماده را گرمای نهان خاص همجوشی می گویند. به عنوان مثال، برای روی 1.11×10 5 J/kg است، یعنی. مقدار گرمای مورد نیاز 111 کیلوژول بر کیلوگرم است به طوری که وقتی T pl= 419.5 درجه سانتیگراد 1 کیلوگرم روی را از جامد به مایع تبدیل می کند. در شکل شکل 2-5.3 منحنی انتقال فاز یک جامد به مایع را نشان می دهد (1). تبدیل معکوس - تبلور (2) در همان دما رخ می دهد و با جذب همان مقدار انرژی در هنگام ذوب - گرمای نهان تبلور همراه است. گرمای نهان گذار را نهان می نامند زیرا تامین (جذب) و حذف (آزاد شدن) این گرما با اثری مانند افزایش و کاهش دما همراه نیست. علیرغم اینکه به گرم کردن بدن ادامه می دهیم (منحنی کنترل 1)، در حین ذوب دما افزایش نمی یابد و در هنگام تبلور (منحنی کریستالیزاسیون 2) دما کاهش نمی یابد، اگرچه به خنک کردن مایع ادامه می دهیم. انتقال مایع به جامد با آزاد شدن انرژی همراه است. انرژی برهمکنش کریستال های میکروسکوپی به طور قابل توجهی بیشتر از انرژی ارتعاشات حرارتی می شود و مایع متبلور می شود. با این حال، در طول چنین انتقالی، ابتدا یک فاز جدید در کل حجم تشکیل نمی شود، هسته های آن تشکیل می شوند، که سپس در کل حجم گسترش می یابند.

دگرگونی‌های فازی نوع اول همچنین شامل برخی از انتقال‌های یک جامد از یک تغییر کریستالی به دیگری است. به این دگرگونی ها چند شکلی می گویند. کریستال های اصلاحات مختلف از یک ماده تشکیل شده اند و فقط در ساختار شبکه کریستالی با یکدیگر تفاوت دارند. به عنوان مثال، گرافیت و الماس از همان عنصر - کربن ساخته شده اند. ساختارهای مختلف به معنای خواص فیزیکی متفاوت است. خواص فیزیکی الماس با گرافیت بسیار متفاوت است. گرافیت سیاه رنگ و کاملاً مات است، در حالی که الماس شفاف و بی رنگ است. گرافیت حتی در دمای بسیار بالا هم نمی سوزد (در دمای 385 درجه سانتی گراد ذوب می شود)، در حالی که الماس در جریان اکسیژن در دمای 720 درجه سانتی گراد می سوزد. نمونه دیگر قلع سفید و خاکستری است. قلع سفید فلزی براق، سبک و بسیار انعطاف پذیر است، قلع خاکستری شکننده است و به راحتی به پودر تبدیل می شود.

ترکیبات یونی (مثلاً کلرید سدیم NaCl) سخت و نسوز هستند زیرا بین بارهای یونهای آنها ("+" و "-") نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی قوی وجود دارد.

یون کلر با بار منفی نه تنها یون Na+ "خود"، بلکه سایر یون های سدیم اطراف خود را نیز جذب می کند. این منجر به این واقعیت می شود که در نزدیکی هر یک از یون ها یک یون با علامت مخالف وجود ندارد، بلکه چندین یون وجود دارد (شکل 1).

برنج. 1.

پلاریزاسیون پیوند یونی

در واقع در اطراف هر یون کلر 6 یون سدیم و در اطراف هر یون سدیم 6 یون کلر وجود دارد.

این بسته بندی منظم یون ها، کریستال یونی نامیده می شود. اگر یک اتم کلر منفرد در یک کریستال جدا شود، در بین اتم های سدیم اطراف آن دیگر نمی توان اتمی که کلر با آن واکنش نشان می داد پیدا کرد. یون ها که توسط نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر جذب می شوند، به شدت تمایلی به تغییر مکان خود تحت تأثیر نیروی خارجی یا افزایش دما ندارند. اما اگر دما بسیار بالا باشد (حدود 1500 درجه سانتیگراد)، نمک طعام تبخیر می شود و مولکول های دو اتمی را تشکیل می دهد. این نشان می دهد که نیروهای اتصال کووالانسی هرگز به طور کامل خاموش نمی شوند.

بلورهای یونی با دمای ذوب بالا، معمولاً یک شکاف باند قابل توجه، دارای رسانایی یونی در دماهای بالا و تعدادی خواص نوری خاص هستند (به عنوان مثال، شفافیت در ناحیه نزدیک به IR طیف). آنها می توانند از هر دو یون تک اتمی و چند اتمی ساخته شوند. نمونه ای از اولین نوع بلورهای یونی، کریستال های هالیدهای فلز قلیایی و قلیایی خاکی است. آنیون ها بر اساس قانون بسته بندی کروی متراکم یا انباشته کروی متراکم مرتب می شوند، کاتیون ها حفره های مربوطه را اشغال می کنند. معمولی ترین ساختارهای این نوع عبارتند از NaCl، CsCl، CaF2. بلورهای یونی نوع دوم از کاتیون های تک اتمی همان فلزات و قطعات آنیونی محدود یا نامحدود ساخته می شوند. آنیون های پایانی (باقی مانده های اسیدی) - NO3-، SO42-، СО32- و غیره. باقی مانده های اسیدی می توانند به زنجیره ها، لایه های بی پایان متصل شوند یا یک چارچوب سه بعدی را تشکیل دهند که در حفره های آن کاتیون ها قرار دارند، به عنوان مثال، در ساختارهای کریستالی سیلیکات ها برای بلورهای یونی، می توان انرژی ساختار کریستالی U را محاسبه کرد (جدول را ببینید)، تقریباً برابر با آنتالپی تصعید. نتایج با داده های تجربی مطابقت خوبی دارد. با توجه به معادله بورن مایر، برای کریستالی متشکل از یون‌های کاملاً باردار:

U = -A/R + Be-R/r - C/R6 - D/R8 + E0

(R کوتاه ترین فاصله بین یونی است، A ثابت مادلونگ است، بسته به هندسه ساختار، B و r پارامترهایی هستند که دافعه بین ذرات را توصیف می کنند، C/R6 و D/R8 دوقطبی-دوقطبی و دوقطبی-چهارقطبی مربوطه را مشخص می کنند. برهمکنش یون‌ها، E0 انرژی ارتعاشات نقطه صفر، بار الکترون است. با بزرگتر شدن کاتیون، سهم برهمکنش های دوقطبی-دوقطبی افزایش می یابد.

جامدات معمولاً ساختار کریستالی دارند. با آرایش صحیح ذرات در نقاط کاملاً مشخص در فضا مشخص می شود. هنگامی که این نقاط از نظر ذهنی با خطوط مستقیم متقاطع به هم متصل شوند، یک قاب فضایی تشکیل می شود که به آن می گویند. شبکه کریستالی.

نقاطی که ذرات در آنها قرار دارند نامیده می شوند گره های شبکه کریستالی. گره های یک شبکه خیالی می توانند حاوی یون، اتم یا مولکول باشند. آنها حرکات نوسانی انجام می دهند. با افزایش دما، دامنه نوسانات افزایش می یابد که خود را در انبساط حرارتی اجسام نشان می دهد.

بسته به نوع ذرات و ماهیت اتصال بین آنها، چهار نوع شبکه کریستالی متمایز می شود: یونی، اتمی، مولکولی و فلزی.

شبکه های کریستالی متشکل از یون ها را یونی می گویند. آنها توسط موادی با پیوندهای یونی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، یک کریستال کلرید سدیم، که در آن، همانطور که قبلا ذکر شد، هر یون سدیم توسط شش یون کلرید و هر یون کلرید توسط شش یون سدیم احاطه شده است. اگر یون ها به صورت کره های واقع در کریستال نشان داده شوند، این آرایش با متراکم ترین بسته بندی مطابقت دارد. اغلب، شبکه‌های کریستالی همانطور که در شکل نشان داده شده است، نشان داده می‌شوند، جایی که فقط موقعیت نسبی ذرات نشان داده شده است، اما اندازه آنها نشان داده نمی‌شود.

تعداد نزدیکترین ذرات مجاور نزدیک به یک ذره معین در یک کریستال یا در یک مولکول منفرد نامیده می شود. شماره هماهنگی.

در شبکه کلرید سدیم، اعداد هماهنگی هر دو یون 6 است. بنابراین، در یک کریستال کلرید سدیم، جدا کردن تک تک مولکول‌های نمک غیرممکن است. هیچ کدام از آنها وجود ندارد. کل کریستال را باید به عنوان یک ماکرومولکول غول پیکر متشکل از تعداد مساوی یون های Na + و Cl- در نظر گرفت، Na n Cl n، که در آن n یک عدد بزرگ است. پیوند بین یون ها در چنین کریستالی بسیار قوی است. بنابراین، مواد با شبکه یونی سختی نسبتا بالایی دارند. نسوز و کم پرواز هستند.

ذوب بلورهای یونی منجر به اختلال در جهت گیری هندسی صحیح یون ها نسبت به یکدیگر و کاهش استحکام پیوند بین آنها می شود. بنابراین، مذاب آنها جریان الکتریکی را هدایت می کند. ترکیبات یونی به طور کلی در مایعاتی که از مولکول های قطبی تشکیل شده اند مانند آب به راحتی حل می شوند.

شبکه های کریستالی که در گره های آنها اتم های جداگانه وجود دارد، اتمی نامیده می شوند. اتم ها در چنین شبکه هایی با پیوندهای کووالانسی قوی به یکدیگر متصل هستند. به عنوان مثال الماس، یکی از اصلاحات کربن است. الماس از اتم های کربن تشکیل شده است که هر کدام به چهار اتم همسایه پیوند دارند. عدد هماهنگی کربن در الماس 4 است . در شبکه الماس، مانند شبکه کلرید سدیم، هیچ مولکولی وجود ندارد. کل کریستال را باید به عنوان یک مولکول غول پیکر در نظر گرفت. شبکه کریستالی اتمی مشخصه بور جامد، سیلیکون، ژرمانیوم و ترکیبات برخی عناصر با کربن و سیلیکون است.

شبکه های کریستالی متشکل از مولکول های (قطبی و غیر قطبی) مولکولی نامیده می شوند.

مولکول ها در چنین شبکه هایی توسط نیروهای بین مولکولی نسبتا ضعیف به یکدیگر متصل می شوند. بنابراین، موادی که دارای شبکه مولکولی هستند، سختی و نقطه ذوب پایینی دارند، در آب نامحلول یا کمی محلول هستند و محلول‌های آنها تقریباً جریان الکتریکی را هدایت نمی‌کنند. تعداد مواد معدنی با شبکه مولکولی کم است.

نمونه هایی از آنها عبارتند از یخ، مونوکسید کربن جامد (IV) ("یخ خشک")، هالیدهای هیدروژن جامد، مواد جامد ساده تشکیل شده توسط یک (گازهای نجیب)، دو- (F 2، Cl 2، Br 2، I 2، مولکول های اتمی H 2، O 2، N 2، سه- (O 3)، چهار- (P 4)، هشت- (S 8). شبکه کریستالی مولکولی ید در شکل 1 نشان داده شده است. . اکثر ترکیبات آلی کریستالی دارای یک شبکه مولکولی هستند.