Билет №17 Металлическая связь и её св-ва.Кристаллические структуры металлов типа вольфрама, меди и магния. Координационные числа и плотность упаковки атомов.

Металлическая связь — это одновременное существование положительно заряженных атомов и свободного электронного газа. Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионыметалла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся валентныеэлектроны, отцепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокиекоординационные числа(например, 12 или 8).

Так, щелочные металлыкристаллизуются в кубической объёмно-центрированной решётке, и каждый положительно заряженный ион щелочного металла имеет в кристалле по восемь ближайших соседей – положительно заряженных ионов щелочного металла (рис.1).Кулоновское отталкиваниеодноимённо-заряженных частиц (ионов) компенсируется электростатическим притяжением к электронам связывающих звеньев, имеющих форму искажённого сплющенного октаэдра – квадратной бипирамиды, высота которой и рёбра базиса равны величине постоянной трансляционной решётке a_w кристалла щелочного металла.

Характерные кристаллические решётки

Большинство металлов образует одну из следующих высокосимметричных решёток с плотной упаковкой атомов: кубическую объемно центрированную, кубическую гранецентрированную и гексагональную.

В кубической объемно центрированной решётке (ОЦК) атомы расположены в вершинах куба и один атом в центре объёма куба. Кубическую объемно центрированную решётку имеют металлы: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba и др.

В кубической гранецентрированной решётке (ГЦК) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Решётку такого типа имеют металлы: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co и др.

В гексагональной решётке атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы. Такую упаковку атомов имеют металлы: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca и др.

Билет №18

Водородна иеж- и внутремолекулярная связь. Представление о её природе, длине и прочности связи.Влияние водородных связей на T плавления и кипения в-в (НF NH₃ H₂O), на прочность волокнистых материалов.

Водородная связь — форма ассоциациимеждуэлектроотрицательныматомом и атомом водородаH, связанным ковалентнос другимэлектроотрицательныматомом. В качестве электроотрицательных атомов могут выступатьN,OилиF. Водородные связи могут бытьмежмолекулярнымииливнутримолекулярными.

может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S). Энергия такого электростатического взаимодействия составляет 20–100 кДж∙моль^–1.

Межмолекулярное взаимодействие — взаимодействие между электрически нейтральными молекуламиилиатомами. Впервые были учтеныЯ. Д. Ван-дер-Ваальсомв 1873 году. Учёт межмолекулярных сил необходим для объяснения свойств реальных газов и жидкостей.Ван-дер-ваальсова (межмолекулярная) связь – наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен дисперсионными силами (индуцированный диполь – индуцированный диполь), индукционным взаимодействием (постоянный диполь – индуцированный диполь) и ориентационным взаимодействием (постоянный диполь – постоянный диполь). Энергия ван-дер-ваальсовой связи меньше водородной и составляет 2–20 кДж∙моль^–1.

Внутримолекулярная водородная связь образуется, например, в ацетилацетоне и сопровождается замыканием цикла

Исключительно важную роль водородная связь играет в биологических макромолекулах, таких неорганических соединениях как H₂O, H₂F₂, NH₃. За счет водородных связей вода характеризуется столь высокими по сравнению с H₂Э (Э = S, Se, Te) температурами плавления и кипения. Если бы водородные связи отсутствовали, то вода плавилась бы при –100 °С, а кипела при –80 °С.

замыканием цикла (рис. 3.3).

Целлюлоза представляет собой высокомолекулярное соединение, образованное остатками β-Д-глюкопиранозы, которые соединены друг с другом 1–4 глюкозидными связями. Отдельные макромолекулы целлюлозы в волокне связаны между собой межмолекулярными водородными связями. Общую формулу целлюлозы можно представить в виде [C6H7O2(OH)3]n , где n – степень полимеризации. Для целлюлозы хлопка n = 10000–15000. Наличие в макромолекуле целлюлозы большого числа гидроксильных групп, прочность глюкозидной связи и суммарная энергия межмолекулярных водородных связей определяют специфические свойства хлопкового волокна. Оно устойчиво к действию органических растворителей, набухает в водных растворах, особенно при нагревании, выдерживает кратковременное воздействие температуры 200оС. При длительном нагревании (при температуре >100оС) происходят необратимые структурные изменения.