Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления

По результатам первой волны успешность ответов школьников юга Тюменской области на вопросы части А составляет обычно от 55% до 85%. Наиболее сложными часто оказываются вопросы, относящиеся к темам:

  • Характерные химические свойства неорганических веществ различных классов: солей (средних и кислых) (А12);
  • Понятие о скорости химической реакции. Факторы, влияющие на изменение скорости химической реакции. (А20);
  • Реакции, характеризующие основные свойства и способы получения кислородосодержащих соединений (А27);
  • Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Зависимость свойств веществ от особенностей их кристаллической решетки (А5).

Далее рассмотрены примеры наиболее сложных вопросов из этих и других тем (в скобках указана доля правильных ответов).

Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная). Длина и энергия связи.

A3 (60%) В молекуле какого вещества длина связи между атомами углерода наибольшая?

1) ацетилена 2) этана 3) этена 4) бензола

Длина связи уменьшается с повышением кратности связи. Для указанных соединений наименьшая кратность связи, одинарная связь, в молекуле этана: СН3 – СН3. Значит длина связи в молекуле этана будет наибольшей. Правильный ответ: 2.

Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Зависимость свойств веществ от особенностей их кристаллической решетки

А-5 (19%) Вещества твердые, прочные, с высокой температурой плавления, расплавы которых проводят электрический ток, имеют кристаллическую решетку

1) металлическую 2) молекулярную

3) атомную 4) ионную

Вопрос достаточно неоднозначен. Электрический ток могут проводить расплавы веществ, как с ионной, так и с металлической решеткой. Среди и тех и других веществ есть вещества достаточно твердые, прочные, тугоплавкие. Но если говорить о типичных металлах, то они низкоплавкие, мягкие, пластичные. А ионные соединения в свою очередь хрупки, что ставит под сомнение их прочность. Вероятно, эта неоднозначность и послужила причиной низкой успешности ответов на этот вопрос. Правильный ответ: 4.

Характерные химические свойства неорганических веществ различных классов: простых веществ – металлов и неметаллов.

А9 (46%) Бром вступает в реакцию с

2) иодидом калия

3) хлоридом натрия

4) гидроксидом меди(II)

Хорошо известна реакция вытеснения менее активных галогенов более активными, поэтому правильный ответ 2. Может кого-то смутил гидроксид меди(II)? Ведь реагирует с бромом раствор гидроксида натрия? Раствор да, а вот сухой нерастворимый гидроксид меди(II) реагировать не должен. Правда видел кто-нибудь сухой гидроксид меди? Я – нет.

Характерные химические свойства неорганических веществ различных классов: оксидов (основных, амфотерных, кислотных).

А-11(37%) В реакцию с оксидом цинка вступает каждое из двух веществ:

Оксид цинка – амфотерный оксид, значит будет реагировать с сильными кислотами (кислотными оксидами) и щелочами (оксидами щелочных металлов). Поскольку цинк достаточно активный металл, его оксид водородом не восстанавливается, вариант 2 не подходит. Здесь правильный ответ: 3.

Характерные химические свойства неорганических веществ различных классов: солей (средних и кислых)

А-12 (35%) С водными растворами хлороводорода, гидроксида бария и хлорида меди(II) реагирует

Причиной неправильных ответов на этот и аналогичные вопросы явилось, вероятно, неумение выпускников определять возможность и причину протекания реакций ионного обмена: реакция протекает, если образуется осадок, газ, малодиссоциирующее вещество. Следует учитывать также ограниченную способность к таким реакциям малорастворимых солей (CaCO3, в данном примере). И, наконец, кроме реакций обмена возможно протекание окислительно-восстановительных процессов (здесь: CuCl2 + K2SO3). Надо отметить, что знак вопроса в таблице растворимости отнюдь не означает невозможности протекания реакции. Учитывая это, правильный ответ – 2.

Читать также:  Не уходит вода в посудомоечной машине bosch

Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

А-20 (39%) Скорость химической реакции 2NO2 (г) = 2NO(г) + O2 (г) не зависит от изменения

1) концентрации диоксида азота 2) давления в системе

3) концентрации кислорода 4) температуры

Вопрос с отрицанием, что уже повышает его сложность. Кроме того, ученики часто путают два разных вопроса: изменение скорости реакции и смещение равновесия. Здесь, концентрация кислорода будет влиять на смещение равновесия, так как она влияет на скорость обратной реакции, но скорость прямой реакции от нее не зависит. Правильный ответ: 3.
Реакции ионного обмена

A-23 (36%) Сокращенное ионное уравнение Cu 2+ + S 2– = CuS соответствует взаимодействию

1) сульфата меди и сульфида аммония

2) гидроксида меди и сероводорода

3) карбоната меди и сульфида аммония

4) нитрата меди и сероводорода

Источником ионов для реакции могут служить хорошо растворимые соли, сильные кислоты (но не сероводород), щелочи (но не гидроксид меди). Правильный ответ: 1.
Реакции окислительно-восстановительные

А-24 (39%) Оксид железа(III) проявляет окислительные свойства при взаимодействии с

1) гидроксидом натрия

2) оксидом углерода(II)

3) серной кислотой

Проявляет окислительные свойства, значит восстанавливается. Восстановить оксид железа можно оксидом углерода(II). Правильный ответ: 2.
Реакции, характеризующие основные свойства и способы получения кислородосодержащих соединений.

А-27 (28%) Фенол не вступает в реакцию с

Также вопрос с отрицанием. Определяя возможность протекания реакций органических веществ, следует учитывать как общие свойства классов соединений, так и специфические свойства отдельных представителей. Правильный ответ: 4.
Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии.

А-28 (28%) Взрывчатую смесь с воздухом образует

3) тетрахлорид углерода

Простой, казалось бы, вопрос – взрывчатые смеси образуют горючие газы, здесь это ацетилен. Соединения галогенов обычно негорючи. Правильный ответ: 4.

Г.М. Можаев
старший преподаватель
ТюмГУ, химический факультет;
ТОГИРРО

Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления

Температура плавления (обычно совпадает с температурой кристаллизации) — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот. При температуре плавления вещество может находиться как в жидком, так и в твёрдом состоянии. При подведении дополнительного тепла вещество перейдёт в жидкое состояние, а температура не будет изменяться, пока всё вещество в рассматриваемой системе не расплавится. При отведении лишнего тепла (охлаждении) вещество будет переходить в твёрдое состояние (застывать), и, пока оно не застынет полностью, его температура не изменится.

Температура плавления/отвердевания и температура кипения/конденсации считаются важными физическими свойствами вещества. Температура отвердевания совпадает с температурой плавления только для чистого вещества. На этом свойстве основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не изменяется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.

Читать также:  Схемы на тл431 своими руками

Смеси веществ не имеют температуры плавления/отвердевания вовсе и совершают переход в некотором диапазоне температур (температура появления жидкой фазы называется точкой солидуса, температура полного плавления — точкой ликвидуса). Поскольку точно измерить температуру плавления такого рода веществ нельзя, применяют специальные методы (ГОСТ 20287 и ASTM D 97). Но некоторые смеси (эвтектического состава) обладают определенной температурой плавления, как чистые вещества.

Аморфные (некристаллические) вещества, как правило, не обладают чёткой температурой плавления. С ростом температуры вязкость таких веществ снижается, и материал становится более жидким.

Поскольку при плавлении объём тела изменяется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Зависимость температуры фазового перехода (в том числе и плавления, и кипения) от давления для однокомпонентной системы даётся уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Температуру плавления при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм ртутного столба) называют точкой плавления.

Предсказание температуры плавления (критерий Линдемана) [ править | править код ]

Попытка предсказать точку плавления кристаллических материалов была предпринята в 1910 году Фредериком Линдеманом ( англ. ) . Идея заключалась в наблюдении того, что средняя амплитуда тепловых колебаний увеличивается с увеличением температуры. Плавление начинается тогда, когда амплитуда колебаний становится достаточно большой для того, чтобы соседние атомы начали частично занимать одно и то же пространство.

Критерий Линдемана утверждает, что плавление ожидается, когда среднеквадратическое значение амплитуды колебаний превышает пороговую величину.

Температура плавления кристаллов достаточно хорошо описывается формулой Линдемана [1] :

T λ = x m 2 9 ℏ 2 M k B θ r s 2 <displaystyle T_<lambda >=<frac ^<2>><9hbar ^<2>>>Mk_ heta r_^<2>> Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления

где r s <displaystyle r_> Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления— средний радиус элементарной ячейки, θ <displaystyle heta > Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления— температура Дебая, а параметр x m <displaystyle x_> Вещества твердые прочные с высокой температурой плавлениядля большинства материалов меняется в интервале 0,15-0,3.

Температура плавления – Расчет

Формула Линдемана выполняла функцию теоретического обоснования плавления в течение почти ста лет, но развития не имела из-за низкой точности.

В 1999г. И.В. Гаврилиным было получено новое выражение для расчёта температуры плавления:

где Тпл – температура плавления; DHпл скрытая теплота плавления; N – скрытая теплота плавления; k – константа Больцмана.

Впервые получено исключительно компактное выражение (1) для расчёта температуры плавления металлов, связывающее эту температуру с известными физическими константами: скрытой теплотой плавления, числом Авогадро и константой Больцмана.

Точность расчетов по (1) можно оценить по данным таблицы.

Температура плавления некоторых металлов. Расчет по (1)

MeAlVMnFeNiCuZnSnMo
DHпл

2,55,513,54,44,183,121,71,78,7Тпл, К

876185711791428140610515835292945Тпл, К

933219015171811172813576925052890

По этим данным, точность расчетов Тпл меняется от 2 до 30%, что в расчетах такого рода вполне приемлемо.

Читать также:  Стриппер для снятия внешней оболочки

Формула (1) выведена как одно из следствий новой теории плавления и кристаллизации, опубликованной в 2000г.[1].

[1]- Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Изд. ВлГУ. Владимир. 2000. 256 с.

Твердые вещества могут существовать в кристаллическом или аморфном состоянии.

В аморфном состоянии (большинство полимеров) у твердого вещества отсутствует кристаллическая решетка, частицы расположены хаотично, поэтому между соседними частицами образуются неравноценные связи, поэтому аморфные вещества не имеют определенной температуры плавления, а размягчаются постепенно по мере нагревания.

Чаще твердые вещества находятся в кристаллическом состоянии, которое характеризуется строго определенным расположением частиц относительно друг друга. Атомы, молекулы или ионы образуют правильную объемную структуру, называемую кристалличекой решеткой – места, в которых расположены атомы (молекулы, ионы) вещества, называются узлами кристаллической решетки.

Атомная кристаллическая решетка

В узлах решетки находятся нейтральные атомы, которые связаны друг с другом ковалентными связями.

Характерные свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:

  • высокая температура плавления;
  • высокая прочность;
  • высокая твердрость;
  • слабая электропроводность;
  • плохая растворимость;
  • нелетучесть.

Примеры твердых веществ с атомной кристаллической решеткой:

  • простые вещества: углерод, бор, кремний, германий;
  • сложные вещества: Al2O3, SiO2, SiC.

Ионная кристаллическая решетка

В узлах ионных кристаллов находятся катионы и анионы, которые удерживаются силами электростатического притяжения (См. ионная связь). Такие связи очень прочны, поэтому, вещества с ионной кристаллической решеткой обладают высокой температурой кипения и плавления.

Примеры твердых веществ с ионной кристаллической решеткой:

Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах молекулярной решетки находятся молекулы, которые могут быть, как полярными (лед), так и неполярными (твердый кислород).

Соседние молекулы в молекулярной кристаллической решетке удерживаются слабыми силами межмолекулярного взаимоодействия (водородными связями, ван-дер-ваальсовыми силами), поэтому, такие вещества довольно летучи, имеют низкие температуры плавления и кипения.

Примеры твердых веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

Металлическая кристаллическая решетка

В металлических кристаллах в узлах решетки находятся катионы металлов, которые окружены отрицательно заряженными валентными электронами. Стабильность такой решетки обусловлена силами притяжения между электронами и катионами металлов (в металлах электроны принадлежат не отдельным атомам, а всей решетке).

Металлическую решетку могут образовывать атомы с небольшим кол-вом валентных электронов на внешнем уровне (от 1 до 3), которые слабо удерживаются в атоме из-за небольшой энергии ионизации. Металлические свойства веществ возрастают с увеличением атомного радиуса, т.к. при этом уменьшается энергия, удерживающая валентные электроны (например, магний, расположенный в III периоде Периодической системы Менделеева, проявляет более сильные металлические свойства по сравнению, например, с бериллием, расположенным во II периоде, т.к. имеет бОльший атомный радиус).

Характерные для металлов физические свойства (высокая электропроводность, ковкость, теплопроводность, упругость) объясняются высокой подвижностью отрицательно заряженных валентных электронов, которые еще называют "электронным газом".

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления

Код кнопки: Вещества твердые прочные с высокой температурой плавления

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *