У твердих речовинах частинки розташовані у просторі суворо закономірно для кожної речовини. Щоб якось уявити цю закономірність, у тривимірному просторі подумки об'єднай центри молекул прямими лініями, які перетинаються. При цьому утвориться просторовий каркас, який називають кристалічними ґратками. Місця, в яких лінії перетинаються, називають вузлами кристалічних ґраток. Залежно від природи частинок, що містяться у вузлах кристалічних ґраток, розрізняють йонні, атомні, молекулярні кристалічні ґратки. Відомі ще й. металічні кристалічні ґратки, їх вивчатимеш пізніше .
Йонні кристалічні ґратки. Типовим представником сполук з йонним типом кристалічних ґраток є натрій хлорид NaCl. Його кристалічні ґратки утворені йонами Натрію Na+ та йонами Хлору Сl-, які почергово розміщуються у вузлах ґраток . Иони утримуються один з одним силами притягання, і кристал солі є ніби єдиним цілим.
Оскільки в кристалі сили притягання поширюються однаково в усіх напрямках, йони Натрію і Хлору сполучаються дуже міцно, хоча кожний із них не зафіксований нерухомо. Иони безперервно здійснюють теплові коливання навколо свого положення в ґратках. Міцність йонних кристалів залежить також і від заряду та радіуса йонів. Однак їх поступальний рух уздовж ґраток не відбувається, тому всі речовини з йонним зв'язком за стандартної температури — тверді (кристалічні), з досить високою температурою плавлення і ще вищою — кипіння.
Молекул у йонних кристалах немає, є тільки йони. Лише у газуватому стані (пара) натрій хлорид існує у вигляді молекул NaCl.
Подібно до натрій хлориду майже всі солі, основні оксиди, гідроксиди складаються не з молекул, а з йонів.
Зверни увагу, хімічні формули йонних сполук передають лише співвідношення позитивно і негативно заряджених йонів у кристалічних ґратках. Йонні сполуки в цілому електронейтральні. Наприклад, згідно з формулою йонного кристала CaF2 співвідношення позитивно заряджених йонів Са2+ і негативно заряджених йонів F- у ґратках дорівнює 1:2. Оскільки кожні два позитивні заряди Са2+ нейтралізуються двома негативними зарядами 2F-, то речовина CaF2 — електронейтральна.
Хоча реальних молекул у йонних кристалах не існує, для однаковості з ковалентними речовинами прийнято за до формул NaCl, CaF2тощо передавати найпростіший склад йонної речовини та характеризувати її також певним значенням відносної молекулярної (формульної) маси на підставі її формульного складу. А поняття про валентність як певне число ковалентних зв'язків до йонних сполук застосувати неможливо (тому й будемо говорити про ступінь окиснення елементів).
Атомні кристалічні ґратки. У вузлах атомних кристалічних ґраток містяться окремі атоми, сполучені між собою ковалентними зв'язками. Такі кристалічні ґратки має алмаз . У його кристалі кожний атом Карбону сполучений ковалентними зв'язками з чотирма сусідніми атомами Карбону, тобто утворює чотири спільні електронні пари. Ось чому можна говорити, що Карбон — чотиривалентний елемент.
-4 +1 +4 -2
Ступінь окиснення Карбону також -4 або +4, залежно від того, з яким елементом він взаємодіє — СН4, СО2.
Алмаз та інші речовини, які мають атомні кристалічні ґратки, характеризуються великою твердістю, дуже високими температурами плавлення і кипіння, вони практично не розчиняються в жодних розчинниках, не проводять електричний струм, оскільки вільних електронів немає, всі 4 валентні електрони беруть участь в утворенні ковалентних зв'язків. Атомні ґратки мають лише деякі речовини у твердому стані (силіцій Si, бор В, силіцій(IV) оксид SiO2, силіцій(ІV) карбід SiC та ін.).
Молекулярні кристалічні ґратки. У вузлах молекулярних кристалічних ґраток містяться молекули як неполярні, так і полярні. Наприклад, у вузлах кристалічних ґраток йоду містяться молекули йоду І2 (мал. 19). Сили міжмолекулярної взаємодії, так звані сили Ван-дер-Ваальса, значно слабкіші за сили ковалентного зв'язку. Тому речовини з молекулярними ґратками мають невелику твердість, вони легкоплавкі і леткі. До таких речовин належать, наприклад, йод, нафтален, бром, вода, спирт, хлор, амоніак NH3, метан СН4.
Отже, будова речовини та її властивості пов'язані. Тому якщо відома будова речовини, можна прогнозувати її властивості, і навпаки, якщо відомі властивості речовини, можна робити висновки про її будову.
В СКОБКАХ ПИШУ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ
Al(+3)Cl3(-1), H2(+1)Se(-2), Ca(+2)H2(-1), Si(+4)F4(-1), Al(+3)N(-3), Xe(+8)O4(-2), Li(+1)H(-1), S(+6)F6(-1), N(-3)H3(+1), N(+3)F3(-1), N2(+5)O5(-2), N2(-2)H4(+1), O2(+1)F2(-1), P4(+5)O10(-2), I2(+5)O5(-2), Ca2(+2)Si(-4);
b. H(+1)Сl(+1)O(-2), K(+1)H(+1)F2(-1), K2(+1)C(+4)O3(-2), K(+1)Сl(+5)O3(-2), H(+1)Сl(+7)О4(-2), N(-3)H4(+1)O(-2)H(+1), Na(+1)Cl(+3)O2(-2), H3(+1)P(+5)O4(-2), K2(+1)Cr2(+6)O7(-2), N(-1)H2(+1)O(-2)H(+1), Mg(+2)O(-2)H(+1)Cl(-1), Cl2(0).
c. Mn(+2)S(+6)O4(-2), Li(+1)N(+3)O2(-2), Pb(2+)Si(+4)O3(-2), Fe(+3) (N(+5)O3(-2))3;Fe2(3+) (S(+6)O4(-2))3, Hg(2+)(N(+5)O3(-2))2, Zn3(+2)(P(+5)O4(-2))2, Cd(+2)(H(+1)C(+4)O3(-2))2;
d. Fe3(+2) (P(+5)O4(-2))2, Sn(+2)H(+1)P(+5)O4(-2), Pb(+2) (H(+1)S(+6)O4(-2))2, Cu(+2) (N(+5)O3(-2))2; Ag2(+1)S(+4)O3(-2), Cu(+2) (N(+3)O2(-2))2, Fe(+2) (H2(+1)P(+5)O4(-2))2, Zn(+2)S(+4)O3(-2),
Fe(+2) (О(-2)H(+1))2 Cl(0); Al(+3)O(-2)H(+1) (N(+5)O3(-2))2,
Сu2(+1) (O(-2)H(+1))2C(+4)O3(-2), Ca3(+2) (P(+5)O4(-2))2.
Вуглекислий газ СО2 - це кислотний оксид, тому із запропонованих речовин запишемо рівняння реакцій тих речовин, що реагують з кислотними оксидами.
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓+ H2O
CaO + CO2 = CaCO3↓