Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)

§ 41. Аморфні речовини. Атомні й молекулярні кристали

• Визнач ознаку, за якою укладено перелік: молекула, атом, йон.

• Розподіли формули речовин за видами хімічного зв’язку: Р₂О₃, СuСl₂, Вr₂.

• З якими кристалічними речовинами тобі доводилося стикатися в побуті?

• Доповни перелік фізичних властивостей речовин: запах, текучість, агрегатний стан, електропровідність.

Опрацюй. Зрозумій. Використай

ПОНЯТТЯ ПРО АМОРФНІ Й КРИСТАЛІЧНІ РЕЧОВИНИ. У середо вищі існування людини більшість речовин мають твердий агрегатний стан. Залежно від внутрішньої структури тверді речовини класифікують на кристалічні та аморфні.

Завдання 1. Розглянь моделі розташування частинок в аморфній і кристалічній речовинах (мал. 66). В якій із них воно впорядковане, й частинки утворюють правильні геометричні фігури? В якій моделі частинки речовини розміщені хаотично (грецькою мовою «хаос» — безлад, відсутність порядку)?

Мал. 66. Моделі розташування частинок в аморфній (а) і кристалічній (б) речовинах

Аморфними називають речовини, в яких відсутнє впорядковане розташування структурних частинок (атомів і молекул).

Приклади аморфних речовин зображені на малюнку 67.

Мал. 67. Приклади аморфних речовин

Кристалічні речовини відрізняються від аморфних впорядкованим розташуванням структурних частинок. Наприклад, у кристалі натрій хлориду кожен катіон Натрію зв’язаний із шістьма рівновіддаленими від нього аніонами Хлору, а кожен аніон Хлору — із шістьма катіонами Натрію (мал. 64, с. 195). Крім йонних кристалів, особливості яких пояснені у параграфі 39, розрізняють атомні й молекулярні кристали.

Основною ознакою кристалічних речовин є наявність упорядкованого і симетричного розташування структурних частинок речовини одна відносно одної.

АТОМНІ КРИСТАЛИ мають ґратки, в яких атоми сполучені між собою ковалентними зв’язками. Речовинами з атомними кристалічними ґратками є алмаз, силіцій(IV) карбід, силіцій(ІV) оксид, алюміній оксид та інші.

В алмазі (С) кожен атом Карбону зв’язаний ковалентними зв’язками з чотирма сусідніми атомами Карбону (мал. 68, a), у силіцій(ІV) карбіді SiC (його ще називають карборунд) кожний з атомів Силіцію і Карбону утворює чотири ковалентні зв’язки з сусідніми атомами (мал. 68, б).

Мал. 68. Алмаз і модель його кристалічної ґратки (а), карборунд і модель його кристалічної ґратки (б)

У вузлах атомних кристалічних ґраток розміщені атоми однакових або різних елементів, які зв’язані ковалентними зв’язками.

Зв’язки між атомами в атомних кристалічних ґратках рівноцінні й міцні, тому такі речовини дуже тверді, мають високі температури плавлення і кипіння, практично не розчиняються в жодних розчинниках, не проводять електричний струм. Наприклад, алмаз — найтвердіша природна речовина, температура плавлення якої становить близько 4000 °С. Карборунд трохи поступається алмазу тугоплавкістю: він плавиться за температури близько 3000 °С. Ось чому карборунд є основним матеріалом для виготовлення наждачного паперу, шліфувальних і різальних інструментів. Віднедавна карборунд застосовують у виробництві вогнетривких матеріалів, зносостійких деталей ракетних двигунів.

МОЛЕКУЛЯРНІ КРИСТАЛИ утворюються молекулами, що слабко зв’язані між собою. Тому ці речовини характеризуються невеликою твердістю, легкоплавкі, леткі, часто мають запах. У вузлах молекулярних кристалічних ґраток перебувають молекули речовин із ковалентними зв’язками, наприклад у йоду — двоатомні молекули І₂ (мал. 69).

Мал. 69. Кристали йоду (а) і модель кристалу йоду (б)

У молекулярних кристалах молекули утримуються слабкими силами міжмолекулярної взаємодії, що робить їх менш міцними порівняно з іншими типами кристалічних ґраток. Завдяки цьому молекули можуть легко «відриватися» від поверхні кристала й переходити у газоподібний стан. Цей процес пояснює появу запаху речовин із молекулярними кристалічними ґратками, наприклад нафталіну. Його молекули здатні випаровуватися навіть при кімнатній температурі, утворюючи характерний запах, що відлякує деяких комах. Тому нафталін використовують для захисту одягу з натуральних вовни й хутра від молі (колаж).

Завдання 2. Дізнайся про правила безпеки під час використання нафталіну в побуті. З’ясуй, чому важливо дотримуватися цих правил, та які існують альтернативи для боротьби з міллю.

У кристалах сахарози (цукру) С₁₂Н₂₂О₁₁ й глюкози С₆Н₁₂О₆ молекули утримуються слабкими силами міжмолекулярної взаємодії, тому ці речовини легкоплавкі, крихкі.

Завдання 3. Молекулярні кристалічні ґратки розглянь за покликанням https://qr.orioncentr.com.ua/B7vaE або QR-кодом. Запиши назви і формули речовин з відео.

У молекулярних кристалах зв’язки між молекулами слабкі й легко руйнуються, тому температури плавлення і кипіння речовин невисокі.

ХІМІЯ І ЖИТТЯ

Сахароза — безбарвна кристалічна речовина, яка добре розчиняється у воді, має солодкий смак. Температура плавлення сахарози +160 °С. Після застигання розплавленої сахарози утворюється прозора карамель.

Трапляється, що відкривши банку варення, яке зберігалося кілька років, на його поверхні можна виявити тверду цукрову скоринку, а то й кристалики цукру в товщі варення. Звідки вони взялися?

Як відомо, для приготування варення використовують здебільшого фрукти і цукор. Від тривалого зберігання варення цукор починає кристалізуватись — утворювати кристали.

Кристалізація цукру є небажаним явищем під час зберігання багатьох кондитерських виробів, цукрово-фруктових та цукрово-овочевих сумішей. А от у виробництві кристалічного ірису, навпаки, прагнуть прискорити процес кристалізації. У виробництві мармеладу і пастили цей процес регулюють так, щоб утворилася тоненька кристалічна скоринка, яка надає виробам привабливого вигляду.

НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН ІЗ РІЗНИМИ ВИДАМИ ХІМІЧНОГО ЗВ’ЯЗКУ

Правила безпеки:

використовуй невеликі кількості речовин;
дотримуйся правил безпеки під час користування нагрівними приладами.

Речовини та обладнання: натрій хлорид, сахароза, кварцовий пісок, графіт (стрижень і порошок), ванілін, збільшувальне скло, вода, пробірки, три склянки, порцелянова ступка з товкачиком, три металеві ложки для спалювання речовин, шпатель, нагрівний прилад.

Крок 1. Розглянь видані речовини за допомогою збільшувального скла. Чи однакову форму мають досліджувані кристали? Які речовини мають запах?

Крок 2. Скориставшись порцеляновою ступкою і товкачиком, встанови, чи легко подрібнити кожну з досліджуваних речовин.

Крок 3. Досліди розчинність речовин у воді і зроби висновок про розчинність кожної з них. Зазнач, який вид хімічного зв’язку і тип кристалічних ґраток у кожної речовини.

Крок 4. Досліди плавлення речовин, скориставшись металевими ложками. У першу ложку помісти сахарозу (1/2 ложки), у другу — кухонну сіль, у третю — порошок графіту. Нагрівай 1-2 хвилини в полум’ї пальника. Спостерігай за здатністю речовин до плавлення.

Крок 5. Накресли в робочому зошиті таблицю 33 (с. 209) і заповни її.Таблиця 33

Досліджувана речовина	Фізичні властивості	Вид хімічного зв’язку	Тип кристалічних ґраток

Крок 6. Класифікуй досліджені речовини за типами кристалічних ґраток, спираючись на їхні фізичні властивості. Які теоретичні знання здобули підтвердження в цьому дослідженні?

Тривалий час людина використовувала кристали як матеріал для виготовлення різноманітних прикрас (мал. 70).

Мал. 70. Ювелірні прикраси з кристалами

Натепер у лабораторіях спеціально вирощують штучні кристали для різноманітних галузей науки й техніки. Наприклад, кремнієві кристали є матеріалом для виготовлення комп’ютерних мікрочипів та інших виробів мікроелектроніки. Сапфірові кристали наявні в лазерних системах і оптичних приладах медичного призначення, матеріалах, що замінюють кісткову тканину (у стоматології, ортопедії). Також сапфіри застосовують у військовій техніці: з них виготовляють прозору броню, яка легка і міцна (мал. 71). Такі розробки дають змогу захищати бойові машини й людей.

Мал. 71. Зразки сапфірового скла для броньованих машин

Найбільший штучний кристал сапфіру був вирощений в Україні вченими Інституту монокристалів НАН України (м. Харків). Кристал важить майже 50 кг і має довжину 80 см. Вчені цього інституту Л. Л. Нагорна, О. В. Шишкін та інші своїми науковими відкриттями світового рівня зробили вагомий внесок у розвиток сучасної кристалографії.

Медіапошук

За доступними інформаційними джерелами підготуй розповідь про кристалографію, її фундаторів; наведи приклади та розкрий значення наукових відкриттів у цій галузі.

ТОБІ ДО СНАГИ

1. Склади схему класифікації кристалічних речовин, ілюструй її формулами сполук: КСl, I₂, С (графіт), SiO₂.

2. Чим аморфні речовини відрізняються від кристалічних?

3. Що спільного між алмазом, кухонною сіллю і «сухим льодом» — твердим вуглекислим газом?

4. Чим відрізняються дві карбоновмісні речовини — алмаз і «сухий лід»? Для пояснення скористайся схемою кристалічних ґраток цих речовин і науковою термінологією.

5. Укажи рядок, у якому записано лише аморфні речовини.

А вода, вуглекислий газ
Б натрій хлорид, кальцій гідроксид
В йод, алмаз
Г поліетилен, бурштин

6. Для виготовлення десертів використовують ванілін С₈Н₈О₃ — кристалічну речовину з приємним ароматом. Спрогнозуй тип кристалічної ґратки ваніліну.

7. Проаналізуй твердження 1 і 2 та обери правильний варіант відповіді.

Твердження 1. Тип кристалічних ґраток впливає на фізичні властивості речовин.

Твердження 2. Поміж кристалів атомні — найміцніші, а молекулярні — крихкі.

А правильні обидва твердження
Б правильне лише твердження 1
В правильне лише твердження 2
Г неправильні обидва твердження

8. Заповни в робочому зошиті таблицю 34, використовуючи, де потрібно, прикметники, що виражають характерну властивість кристалічних ґраток.

Таблиця 34

Характеристики	Тип кристалічних ґраток
Характеристики	йонна	атомна	молекулярна
Хімічний зв’язок
Частинки у вузлах ґраток
Леткість
Твердість
Температура плавлення і кипіння
Розчинність у воді
Здатність проводити електричний струм

9. Парафін і стеарин (з них виготовляють парафінові та стеаринові свічки) являють собою суміші твердих органічних речовин. Перевір за допомогою дослідів розчинність кожної суміші у воді, встанови, тугоплавкими чи легкоплавкими вони є. Спрогнозуй типи кристалічних ґраток речовин, з яких ці суміші утворені.

Зміст