1.15. Температура плавления

В кристаллическом твердом веществе частицы, являющиеся структурными единицами, — ионы или молекулы — расположены в определенном симметричном порядке; существует геометрический шаблон, повторяющийся в кристалле.

Рис. 1.11. Плавление ионного кристалла. Структурными единицами являются ионы.

Плавление представляет собой процесс изменения упорядоченного расположения частиц в кристаллической решетке в более беспорядочное расположение, характерное для жидкости (рис. 1.11 и 1.12).

Рис. 1.12. Плавление неионного соединения. Структурными единицами являются молекулы.

Плавление происходит при той температуре, когда тепловая энергия частиц достаточно велика, чтобы преодолеть силы внутри кристалла, удерживающие частицы в определенном положении.

Ионное соединение образует кристаллы, в которых структурными единицами являются ионы. Твердый хлористый натрий, например, построен из регулярно чередующихся положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора. Каждый положительно заряженный ион окружен отрицательно заряженными ионами, находящимися от него на равном расстоянии: по одному с каждой стороны, по одному сверху и снизу, по одному спереди и сзади. Аналогично каждый отрицательно

заряженный ион окружен шестью положительными ионами. Нет ничего, что можно было бы, строго говоря, назвать молекулой хлористого натрия. Какой-то определенный ион натрия не «принадлежит» какому-то определенному иону хлора; он в равной мере притягивается шестью ионами хлора. Кристалл представляет собой исключительно прочную жесткую структуру, поскольку электростатические силы, удерживающие каждый ион в определенном положении, велики. Эти значительные межионные силы можно преодолеть только при очень высокой температуре; хлористый натрий плавится при

Кристаллы других ионных соединений аналогичны кристаллам хлористого натрия, поскольку они имеют ионную кристаллическую решетку, хотя точное геометрическое расположение может быть иным. Эти ионные соединения также плавятся при очень высокой температуре. Многие соединения содержат как ионные, так и ковалентные связи. Например, нитрат калия состоит из ионов в ионе азот и кислород связаны ковалентными связями. Физические свойства таких соединений в основном определяются ионными связями; физические свойства нитрата калия аналогичны свойствам хлористого натрия.

Неионные соединения, т. е. соединения, в которых атомы связаны ковалентными связями, образуют кристаллы, в которых структурными единицами являются молекулы. Для того чтобы вещество расплавилось, необходимо преодолеть силы, удерживающие эти молекулы вместе. Как правило, эти межмолекулярные силы очень слабы по сравнению с силами, которые удерживают вместе ионы. Чтобы расплавить хлористый натрий, необходима энергия разрыва ионных связей между и Чтобы расплавить метан нет необходимости сообщать системе энергию разрыва ковалентных связей углерод — водород, а необходима только энергия отрыва молекул метана друг от друга. В противоположность хлористому натрию метан плавится при