Условие задачи

Что такое кристаллическая решётка? Что такое ионная кристаллическая решётка? Приведите примеры веществ с ионной кристаллической решёткой.

Решение

Ниже представлено подробное решение задачи в рамках дисциплины физическая химия/кристаллография.

1. Кристаллическая решётка
• Определение: Кристаллическая решётка – трёхмерная упорядоченная структура, в которой атомы, ионы или молекулы расположены периодически, то есть их пространственное распределение повторяется по определённым направлениям.
• Характеристики:
– Периодичность: при сдвиге на определённые векторы пространство повторяется.
– Симметрия: обладая определёнными симметриями (центральной, осевой, плоскостной), решётка характеризуется высоким порядком.
– Единичная ячейка: минимальный повторяющийся строительный блок, при компактном повторении которого получаем всю кристаллическую структуру.

2. Ионная кристаллическая решётка
• Определение: Ионная кристаллическая решётка – это кристаллическая структура, в которой основными строительными блоками являются ионы (положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы). Они удерживаются вместе благодаря электростатическому притяжению между противоположно заряженными частицами.
• Особенности:
– Силы притяжения: ионные связи обусловлены кулоновским взаимодействием между ионами.
– Структурная организация: решётка формируется так, чтобы каждый ион был окружён ионами противоположного заряда, что обеспечивает минимальную потенциальную энергию системы.
– Свойства: высокие температуры плавления, твёрдость, хрупкость и характерная электрическая изоляция в чистом виде (и при этом способность проводить ток в расплавленном состоянии или в растворе).

3. Примеры веществ с ионной кристаллической решёткой
• Хлорид натрия (NaCl): классический пример, где ионы Na⁺ и Cl⁻ образуют решётку с участием кубической единичной ячейки (типичная структура для многих галогенидов щелочных металлов).
• Хлорид калия (KCl): подобно NaCl, катионы K⁺ и анионы Cl⁻ формируют периодическую ионную решётку.
• Фторид кальция (CaF₂): ионы Ca²⁺ и F⁻ образуют флюоритовую решётку, где каждый ион кальция окружён восемью ионами фтора, а каждый фтор – тремя ионами кальция.
• Сульфид цинка (ZnS): можно учитывать как пример ионного (с определённой полярностью связей, если воспринимать его в рамках кристаллографии, хотя связь имеет примесь ковалентного характера), где ионы Zn²⁺ и S²⁻ организованы в решётку типа цинковой блесковой или в структуре блина.

Таким образом, кристаллическая решётка представляет собой регулярное, периодически повторяющееся расположение частиц, а ионная кристаллическая решётка – систему, где эти частицы являются ионами, связанных силой электростатического притяжения, что определяет их физико-химические свойства. Примеры веществ с подобной структурой включают NaCl, KCl, CaF₂ и другие.