Кристаллическая решетка хлорида натрия. Металлическая связь в кристаллических решетках. Значение хлорида натрия для организма человека

Ионные соединения (например, хлорид натрия NaCl) - твердые и тугоплавкие от того, что между зарядами их ионов ("+" и "-") существуютмощные силы электростатического притяжения.

Отрицательно заряженный ион хлора притягивает не только "свой" ион Na+, но и другие ионы натрия вокруг себя. Это приводит к тому, что около любого из ионов находится не один ион с противоположным знаком, а несколько (рис. 1).

Рис. 1

Фактически, около каждого иона хлора располагается 6 ионов натрия, а около каждого иона натрия - 6 ионов хлора.

Такая упорядоченная упаковка ионов называется ионным кристаллом. Если в кристалле выделить отдельный атом хлора, то среди окружающих его атомов натрия уже невозможно найти тот, с которым хлор вступал в реакцию. Притянутые друг к другу электростатическими силами,ионы крайне неохотно меняют свое местоположение под влиянием внешнего усилия или повышения температуры. Но если температура очень велика (примерно 1500°C), то NaCl испаряется, образуя двухатомные молекулы. Это говорит о том, что силы ковалентного связывания никогда не выключаются полностью.

Ионные кристаллы отличаются высокими температурами плавления, обычно значительной шириной запрещенной зоны, обладают ионной проводимостью при высоких температурах и рядом специфических оптических свойств (например, прозрачностью в ближней области ИК спектра). Они могут быть построены как из одноатомных, так и из многоатомных ионов. Пример ионных кристаллов первого типа -кристаллы галогенидов щелочных и щелочно-земельных металлов; анионы располагаются по закону плотнейшей шаровой упаковки илиплотной шаровой кладки, катионы занимают соответствующие пустоты. Наиболее характерные структуры такого типа - NaCl, CsCl, CaF2.Ионные кристаллы второго типа построены из одноатомных катионов тех же металлов и конечных или бесконечных анионных фрагментов. Конечные анионы (кислотные остатки) - NO3-, SO42-, СО32- и др. Кислотные остатки могут соединяться в бесконечные цепи, слои или образовывать трехмерный каркас, в полостях которого располагаются катионы, как, например, в кристаллических структурах силикатов. Для ионных кристаллов можно рассчитать энергию кристаллической структуры U (см. табл.), приближенно равнуюэнтальпии сублимации; результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными. Согласно уравнению Борна-Майера, длякристалла, состоящего из формально однозарядных ионов:

U = -A/R + Ве-R/r - C/R6 - D/R8 + E0

• (R - кратчайшее межионное расстояние, А - константа Маделунга, зависящая от геометрии структуры, В и r - параметры, описывающие отталкивание между частицами, C/R6 и D/R8 характеризуют соответствующие диполь-дипольное и диполь-квадрупольное взаимодействие ионов, E
• 0 - энергия нулевых колебаний, е
• - заряд электрона). С укрупнением катиона возрастает вклад дипольных взаимодействий.

В воде

35,6 г/100 мл (0 °C)
35,9 г/100 мл (+25 °C)
39,1 г/100 мл (+100 °C) Растворимость в метаноле 1,49 г/100 мл Растворимость в аммиаке 21,5 г/100 мл Оптические свойства Показатель преломления 1,544202 (589 нм) Структура Координационная геометрия Октаэдральная (Na +)
Октаэдральная (Cl -) Кристаллическая структура гранецентрированная кубическая, cF8 Классификация Рег. номер CAS 7647-14-5 PubChem Рег. номер EINECS 231-598-3 SMILES InChI RTECS VZ4725000 ChEBI ChemSpider Безопасность ЛД 50 3000–8000 мг/кг NFPA 704 Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Кристалл хлорида натрия

Хлори́д на́трия или хлористый натрий (NaCl) - натриевая соль соляной кислоты . Известен в быту под названием поваренной соли , основным компонентом которой и является. Хлорид натрия в значительном количестве содержится в морской воде , придавая ей солёный вкус [ ] . Встречается в природе в виде минерала галита (каменной соли). Чистый хлорид натрия представляет собой бесцветные кристаллы, но с различными примесями его цвет может принимать голубой, фиолетовый, розовый, жёлтый или серый оттенок.

Нахождение в природе и производство

В природе хлорид натрия встречается в виде минерала галита , который образует залежи каменной соли среди осадочных горных пород, прослойки и линзы на берегах солёных озёр и лиманов , соляные корки в солончаках и на стенках кратеров вулканов и в сольфатарах. Огромное количество хлорида натрия растворено в морской воде. Мировой океан содержит 4 × 10 15 тонн NaCl, то есть из каждой тонны морской воды можно получить в среднем 1,3 кг хлорида натрия. Следы NaCl постоянно содержатся в атмосфере в результате испарения брызг морской воды. В облаках на высоте полтора километра 30 % капель, больших 10 мкм по размеру, содержат NaCl. Также он найден в кристаллах снега.

Наиболее вероятно, что первое знакомство человека с солью произошло в лагунах тёплых морей или на соляных озёрах, где на мелководье солёная вода интенсивно испарялась под действием высокой температуры и ветра, а в осадке накапливалась соль. По образному выражению Пифагора , «соль была рождена благородными родителями: солнцем и морем» .

Галит

В природе хлорид натрия чаще всего встречается в виде минерала галита. Он имеет гранецентрированную кубическую решётку и содержит 39,34 % , 60,66 % . Другими химическими элементами, входящими в состав примесей, являются: , , , , , , , , , , , , , , , . Плотность 2,1-2, 2 г/см³, а твёрдость по шкале Мооса - 2. Бесцветный прозрачный минерал со стеклянным блеском. Распространённый минерал соленосных толщ. Образуется при осаждении в замкнутых водоёмах, а также как продукт сгона на стенках кратеров вулканов. Составляет пласты в осадочных породах лагунных и морских фаций, штокоподобные тела в соляных куполах и тому подобных.

Каменная соль

Каменной солью называют осадочную горную породу из группы эвапоритов, состоящую более чем на 90 % из галита. Галит также часто называют каменной солью. Эта осадочная горная порода может быть бесцветной или снежно-белой, но чаще она окрашена примесями глин, талька (серый цвет), оксидами и гидроксидами железа (жёлтый, оранжевый, розовый, красный), битумами (бурая). Каменная соль содержит хлориды и сульфаты натрия, калия, магния и кальция, бромиды, иодиды, бораты, гипс, примеси карбонатно-глинистого материала, доломита, анкериту, магнезита, битумов и так далее .

По условиям формирования месторождений каменную соль подразделяют на следующие виды :

• рассолы современных соляных бассейнов
• соляные подземные воды
• залежи минеральных солей современных соляных бассейнов
• ископаемые залежи (важнейшие для промышленности).

Морская соль

Морская соль является смесью солей (хлориды , карбонаты , сульфаты и т. д.), образующейся при полном испарении морской воды. Среднее содержание солей в морской воде составляет:

Очищенная кристаллическая морская соль

При испарении морской воды при температуре от +20 до +35 °C в осадке сначала кристаллизуются наименее растворимые соли - карбонаты кальция и магния и сульфат кальция. Затем выпадают более растворимые сульфаты натрия и магния, хлориды натрия, калия и магния, и после них - сульфаты калия и магния. Последовательность кристаллизации солей и состав осадка может несколько варьироваться в зависимости от температуры, скорости испарения и других условий. В промышленности морскую соль получают из морской воды, в основном методом обычного выпаривания. Она отличается от каменной соли значительно большим содержанием других химических солей, минералов и различных микроэлементов, в первую очередь йода, калия, магния и марганца. Соответственно, она отличается от хлорида натрия и по вкусу - горько-солёный привкус ей придают соли магния. Она используется в медицине: при лечении кожных заболеваний, таких как псориаз . Как лечебное вещество в аптечной и обычной торговой сети, распространённым продуктом является соль из Мёртвого моря . В очищенном виде этот вид соли также предлагается в продуктовой торговой сети - как натуральная и богатая йодом пищевая .

Залежи

Залежи каменной соли найдены во всех геологических системах. Важнейшие из них сосредоточены в кембрийских , девонских , пермских и третичных отложениях. Каменная соль составляет мощные пластовые залежи и ядра сводчатых структур (соляных куполов и штоков), образует прослойки, линзы, гнезда и вкрапления в других породах . Среди озёрных месторождений России крупнейшие - Эльтонское , Баскунчак в Прикаспии, Кучукское озеро , Кулундинское озеро , Эбейты и другие озёра в Западной Сибири.

Производство

В древности технология добычи соли заключалась в том, что соляную рапу (раствор) вытаскивали лошадиным приводом из шахт, которые назывались «колодцами» или «окнами», и были достаточно глубокими - 60-90 м. Извлечённый солевой раствор выливали в особый резервуар - творило , откуда она через отверстия стекала в нижний резервуар, и системой жёлобов подавалась в деревянные башни. Там её разливали в большие чаны, на которых соль вываривали.

На Руси поморы вываривали соль на побережье Белого моря и называли её морянка . В 1137 году новгородский князь Святослав определил налог на соляные варницы :

Беломорской солью, называемой «морянкой», торговали по всей Российской империи до начала XX века, пока её не вытеснила более дешёвая поволжская соль.

Современная добыча хлорида натрия механизирована и автоматизирована. Соль массово добывается выпариванием морской воды (тогда её называют морской солью) или рассола с других ресурсов, таких как соляные источники и соляные озера, а также разработкой соляных шахт и добычей каменной соли.
Для добычи хлорида натрия из морской воды необходимы условия жаркого климата с низкой влажностью воздуха, наличие значительных низменных территорий, лежащих ниже уровня моря, или затопляемых приливом, слабая водопроницаемость почвы испарительных бассейнов, малое количество осадков в течение сезона активного испарения, отсутствие влияния пресных речных вод и наличие развитой транспортной инфраструктуры.

Мировое производство соли в 2009 году оценивается в 260 миллионов тонн. Крупнейшими мировыми производителями являются Китай (60,0 млн тонн), США (46,0 млн тонн), Германия (16,5 млн тонн), Индия (15,8 млн тонн) и Канада (14 млн тонн) .

Применение

В пищевой промышленности и кулинарии

Соль поваренная

В пищевой промышленности и кулинарии используют хлорид натрия, чистота которого должна быть не менее 97 %. Его применяют как вкусовую добавку и для консервирования пищевых продуктов. Такой хлорид натрия имеет товарное название поваренная соль , порой также употребляются названия пищевая, столовая, а также уточнение названия в зависимости от её происхождения - каменная, морская, и по составу добавок - йодированная, фторированная и т. д. Такая соль является кристаллическим сыпучим продуктом с солёным вкусом без привкуса, без запаха (за исключением йодированной соли), в котором не допускаются посторонние примеси, не связанные с методом добывания соли. Кроме хлорида натрия, поваренная соль содержит небольшое количество солей кальция, магния, калия, которые придают ей гигроскопичности и жёсткости. Чем меньше этих примесей в соли, тем выше её качество.

Выделяют сорта: экстра, высший, первый и второй. Массовая доля хлористого натрия в сортах, %:

• экстра - не менее 99,5;
• высший - 98,2;
• первый - 97,5;
• второй - 97,0.

Массовая доля влаги в выварочной соли сорта «экстра» 0,1 %, в высшем сорте - 0,7 %. Допускают добавки йодида калия (йодистого калия), йодата калия, фторидов калия и натрия. Массовая доля йода должна составлять (40,0 ± 15,0) × 10 −4 %, фтора (25,0 ± 5,0) × 10 −3 %. Цвет экстра и высшего сортов - белый, однако для первого и второго допускается серый, желтоватый, розовый и голубоватый оттенки в зависимости от происхождения соли. Пищевую поваренную соль производят молотой и сеяной. По размеру зёрен молотую соль подразделяют на номера: 0, 1, 2, 3. Чем больше номер, тем больше зерна соли.

В кулинарии хлорид натрия потребляют как важнейшую приправу. Соль имеет характерный вкус, без которого пища кажется человеку пресной. Такая особенность соли обусловлена физиологией человека. Однако зачастую люди потребляют соли больше, чем нужно для физиологических процессов.

В коммунальном хозяйстве. Техническая соль

Зимой хлорид натрия, смешанный с другими солями, песком или глиной - так называемая техническая соль - применяется как антифриз против гололёда. Ею посыпают тротуары, хотя это отрицательно влияет на кожаную обувь и техническое состояние автотранспорта ввиду коррозийных процессов.

Регенерация Nа-катионитовых фильтров

Nа-катионитовые фильтры широко применяются в установках умягчения воды всех мощностей при водоподготовке. Катионитным материалом на современных водоподготовительных установках служат в основном глауконит , полимерные ионообменные смолы и сульфированные угли. Наиболее распространены сульфокатионитные ионообменные смолы.

Регенерацию Nа-катионитовых фильтров осуществляют 6-10%-м раствором поваренной соли, в результате катионит переводится в Na-форму, регенерируется. Реакции идут по уравнениям:

C a R 2 + 2 N a C l → 2 N a R + C a C l 2 {\displaystyle {\mathsf {CaR_{2}+2NaCl\rightarrow 2NaR+CaCl_{2}}}} M g R 2 + 2 N a C l → 2 N a R + M g C l 2 {\displaystyle {\mathsf {MgR_{2}+2NaCl\rightarrow 2NaR+MgCl_{2}}}}

Химическая промышленность

Соль, наряду с каменным углем, известняками и серой, образует «большую четвёрку» продуктов минерального сырья, которые являются важнейшими для химической промышленности . Из неё получают соду, хлор, соляную кислоту, гидроксид натрия, сульфат натрия и металлический натрий. Кроме этого соль используется также для промышленного получения легкорастворимого в воде хлората натрия, который является средством для уничтожения сорняков . Суммарное уравнение реакции электролиза горячего раствора хлорида натрия :

N a C l + 3 H 2 O → N a C l O 3 + 3 H 2 {\displaystyle {\mathsf {NaCl+3H_{2}O\rightarrow NaClO_{3}+3H_{2}}}}

Получение хлора и гидроксида натрия

• на катоде как побочный продукт выделяется водород вследствие восстановления ионов H + , образованных в результате электролитической диссоциации воды:

H 2 O ⇄ H + + O H − {\displaystyle {\mathsf {H_{2}O\rightleftarrows H^{+}+OH^{-}}}} 2 H + + 2 e − → H 2 {\displaystyle {\mathsf {2H^{+}+2e^{-}\rightarrow H_{2}}}}

• поскольку (вследствие практически полной электролитической диссоциации NaCl), хлор в растворе находится в виде хлорид-ионов, они окисляются на аноде до свободного хлора в виде газа:

N a C l → N a + + C l − {\displaystyle {\mathsf {NaCl\rightarrow Na^{+}+Cl^{-}}}}

• суммарная реакция:

2 N a C l + 2 H 2 O → 2 N a O H + C l 2 + H 2 {\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\rightarrow 2NaOH+Cl_{2}+H_{2}}}}

Как видно из уравнения суммарной реакции, ещё одним продуктом является гидроксид натрия. Расход электроэнергии на 1 т хлора составляет примерно 2700 кВт × час. Полученный хлор при повышенном давлении сжижается в жёлтую жидкость уже при обычной температуре .

Если между анодом и катодом нет диафрагмы, то растворённый в воде хлор начинает реагировать с гидроксидом натрия, образуя хлорид и гипохлорит натрия NaClO :

2 N a O H + C l 2 → N a C l + N a O C l + H 2 O {\displaystyle {\mathsf {2NaOH+Cl_{2}\rightarrow NaCl+NaOCl+H_{2}O}}} N a + + e − → N a (H g) {\displaystyle {\mathsf {Na^{+}+e^{-}\rightarrow Na_{(Hg)}}}}

Амальгаму позже разлагают горячей водой с образованием гидроксида натрия и водорода, а ртуть перекачивают насосом обратно в электролизер:

2 N a (H g) + 2 H 2 O → 2 N a O H + H 2 {\displaystyle {\mathsf {2Na_{(Hg)}+2H_{2}O\rightarrow 2NaOH+H_{2}}}}

Суммарная реакция процесса такая же, как и в случае диафрагменного метода.

Получение металлического натрия

Металлический натрий получают электролизом расплава хлорида натрия. Происходят следующие процессы:

• на катоде выделяется натрий:

N a + + e − → N a {\displaystyle {\mathsf {Na^{+}+e^{-}\rightarrow Na}}}

• на аноде выделяется хлор (как побочный продукт):

2 C l − → C l 2 + 2 e − {\displaystyle {\mathsf {2Cl^{-}\rightarrow Cl_{2}+2e^{-}}}}

• суммарная реакция:

2 N a + + 2 C l − → 2 N a + C l 2 {\displaystyle {\mathsf {2Na^{+}+2Cl^{-}\rightarrow 2Na+Cl_{2}}}}

Ванна электролизера состоит из стального кожуха с футеровкой , графитового анода и кольцевого железного катода. Между катодом и анодом располагается сетчатая диафрагма. Для снижения температуры плавления NaCl (+800 °C), электролитом является не чистый хлорид натрия, а его смесь с хлоридом кальция CaCl 2 (40:60) с температурой плавления +580 °C. Металлический натрий, который собирается в верхней части катодного пространства, содержит до 5 % примесь кальция, но последний со временем почти полностью отделяется, поскольку его растворимость в жидком натрии при температуре его плавления (+371 K = 98 °C) составляет всего 0,01 %. С расходованием NaCl его постоянно добавляют в ванну. Затраты электроэнергии составляют примерно 15 кВт × ч на 1 кг натрия .

Получение соляной кислоты и сульфата натрия

Среди многих промышленных методов получения соляной кислоты, то есть водного раствора хлороводорода (HCl), применяется реакция обмена между хлоридом натрия и серной кислотой:

N a C l + H 2 S O 4 → N a H S O 4 + H C l {\displaystyle {\mathsf {NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow NaHSO_{4}+HCl\uparrow }}} N a C l + N a H S O 4 → N a 2 S O 4 + H C l {\displaystyle {\mathsf {NaCl+NaHSO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+HCl\uparrow }}}

Первая реакция происходит в значительной степени уже при обычных условиях, а при слабом нагреве идёт почти до конца. Вторая происходит лишь при высоких температурах. Процесс осуществляется в специальных механизированных печах большой мощности. Хлороводород , который выделяется, обеспыливают, охлаждают и поглощают водой с образованием соляной кислоты. Как побочный продукт образуется сульфат натрия Na 2 SO 4 .

Этот метод применяется также для получения хлороводорода в лабораторных условиях.

Физические и физико-химические свойства

Температура плавления +800,8 °С, кипения +1465 °С.

Умеренно растворяется в воде, растворимость мало зависит от температуры: коэффициент растворимости NaCl (в граммах на 100 г воды) равен 35,9 при +21 °C и 38,1 при +80 °C. Растворимость хлорида натрия существенно снижается в присутствии хлороводорода, гидроксида натрия, солей - хлоридов металлов. Растворяется в жидком аммиаке, вступает в реакции обмена. В чистом виде хлорид натрия не гигроскопичен. Однако соль часто бывает загрязнена примесями (преимущественно ионами Ca 2+ , Mg 2+ и SO2−
4 ), и такая соль на воздухе сыреет . Кристаллогидрат NaCl · 2H 2 O можно выделить при температуре ниже +0,15 °C .

Смесь измельчённого льда с мелким порошком хлорида натрия является эффективным охладителем. Так, смесь состава 30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры −20 °C. Это происходит потому, что водный раствор соли замерзает при температуре ниже 0 °C. Лёд, имеющий температуру около 0 °C, плавится в таком растворе, поглощая тепло окружающей среды.

Диэлектрическая проницаемость NaCl - 6,3

Плотность и концентрация водных растворов NaCl

Концентрация, %	Концентрация, г/л	Плотность, г/мл
1	10,05	1,005
2	20,25	1,012
4	41,07	1,027
6	62,47	1,041
8	84,47	1,056
10	107,1	1,071
12	130,2	1,086
14	154,1	1,101
16	178,5	1,116
18	203,7	1,132
20	229,5	1,148
22	256	1,164
24	283,2	1,18
26	311,2	1,197

Лабораторное получение и химические свойства

При действии серной кислоты выделяет хлороводород.

2 N a C l + H 2 S O 4 → N a 2 S O 4 + 2 H C l {\displaystyle {\mathsf {2NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+2HCl}}}

С раствором нитрата серебра образует белый осадок хлорида серебра (качественная реакция на хлорид-ион).

N a C l + A g N O 3 → N a N O 3 + A g C l {\displaystyle {\mathsf {NaCl+AgNO_{3}\rightarrow NaNO_{3}+AgCl}}}

В кристаллической решётке между атомами преобладает ионная химическая связь , что является следствием действия электростатического взаимодействия противоположных по заряду ионов.

См. также

• Поваренная соль - специя и пищевая добавка
• Галит - минерал

Примечания

1. Натрия хлорид на сайте англ. National Institute of Standards and Technology ) (англ.)
2. Некрасов Б. В. Основы общей химии. Т. 2. Изд. 3-е, испр. и доп., М. : Химия , 1973. - 688 с.; 270 табл.; 426 рис.; Список литературы, ссылок. С. 218
3. Пифагор. Золотой канон. Фигуры эзотерики. - М. : Изд-во Эксмо, 2003. - 448 с. (Антология мудрости).
4. Малая горная энциклопедия . В 3 т. = Мала гірнича енциклопедія / (На укр. яз.). Под ред. В. С. Белецкого . - Донецк: Донбасс, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
5. УНИАН: Морская соль для красоты и здоровья кожи
6. Российское законодательство Х-XX веков. Законодательство Древней Руси. Т. 1. М. , 1984. С. 224-225.
7. В переводе с поморской «говори» слово чрен (црен) означает четырёхугольный ящик, кованный из листового железа, а салга - котёл, в котором варили соль. Пузом в беломорских солеварнях называли мешок соли в два четверика, то есть, объёмом около 52 литров.
8. Соль (PDF) , Геологический обзор США на сайте Программы минеральных ресурсов (англ.)

Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном соединении этих точек пересекающимися прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой .

Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки . В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.

В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные , атомные , молекулярные и металлические .

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными . Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служит кристалл хлорида натрия, в котором, как уже отмечалось, каждый ион натрия окружен шестью хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион — шестью ионами натрия. Такому расположению соответствует наиболее плотная упаковка, если ионы представить в виде шаров, размещенных в кристалле. Очень часто кристаллические решетки изображают, как показано на рис , где указывается только взаимное расположение частиц, но не их размеры.

Число ближайших соседних частиц, вплотную примыкающих к данной частице в кристалле или в отдельной молекуле, называется координационным числом .

В решетке хлорида натрия координационные числа обоих ионов равны 6. Итак, в кристалле хлорида натрия нельзя выделить отдельные молекулы соли. Их нет. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую макромолекулу, состоящую из равного числа ионов Na + и Cl — , Na n Cl n , где n — большое число. Связи между ионами в таком кристалле весьма прочны. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи.

Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и уменьшению прочности связи между ними. Поэтому расплавы их проводят электрический ток. Ионные соединения, как правило, легко растворяются в жидкостях, состоящих из полярных молекул, например в воде.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называются атомными . Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз — одна из модификаций углерода. Алмаз состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами. Координационное число углерода в алмазе 4 . В решетке алмаза, как и в решетке хлорида натрия, молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Атомная кристаллическая решетка характерна для твердого бора, кремния, германия и соединений некоторых элементов с углеродом и кремнием.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными .

Молекулы в таких решетках соединены между собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.

Примерами их являются лед, твердый оксид углерода (IV) ("сухой лед"), твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F 2 , Сl 2 , Br 2 , I 2 , Н 2 , О 2 , N 2), трех- (О 3), четырех- (Р 4), восьми- (S 8) атомными молекулами. Молекулярная кристаллическая решетка йода показана на рис . Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.

Ионные соединения (например, хлорид натрия NaCl) - твердые и тугоплавкие от того, что между зарядами их ионов ("+" и "-") существуют мощные силы электростатического притяжения.

Отрицательно заряженный ион хлора притягивает не только "свой" ион Na+, но и другие ионы натрия вокруг себя. Это приводит к тому, что около любого из ионов находится не один ион с противоположным знаком, а несколько (рис. 1).

Рис. 1.

ионный связь поляризация

Фактически, около каждого иона хлора располагается 6 ионов натрия, а около каждого иона натрия - 6 ионов хлора.

Такая упорядоченная упаковка ионов называется ионным кристаллом. Если в кристалле выделить отдельный атом хлора, то среди окружающих его атомов натрия уже невозможно найти тот, с которым хлор вступал в реакцию. Притянутые друг к другу электростатическими силами, ионы крайне неохотно меняют свое местоположение под влиянием внешнего усилия или повышения температуры. Но если температура очень велика (примерно 1500°C), то NaCl испаряется, образуя двухатомные молекулы. Это говорит о том, что силы ковалентного связывания никогда не выключаются полностью.

Ионные кристаллы отличаются высокими темпертурами плавления, обычно значительной шириной запрещенной зоны, обладают ионной проводимостью при высоких температурах и рядом специфических оптических свойств (например, прозрачностью в ближней области ИК спектра). Они могут быть построены как из одноатомных, так и из многоатомных ионов. Пример ионных кристаллов первого типа - кристаллы галогенидов щелочных и щелочно-земельных металлов; анионы располагаются по закону плотнейшей шаровой упаковки или плотной шаровой кладки, катионы занимают соответствующие пустоты. Наиболее характерные структуры такого типа - NaCl, CsCl, CaF2. Ионные кристаллы второго типа построены из одноатомных катионов тех же металлов и конечных или бесконечных анионных фрагментов. Конечные анионы (кислотные остатки) - NO3-, SO42-, СО32- и др. Кислотные остатки могут соединяться в бесконечные цепи, слои или образовывать трехмерный каркас, в полостях которого располагаются катионы, как, например, в кристаллических структурах силикатов. Для ионных кристаллов можно рассчитать энергию кристаллической структуры U (см. табл.), приближенно равную энтальпии сублимации; результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными. Согласно уравнению Борна-Майера, для кристалла, состоящего из формально однозарядных ионов:

U = -A/R + Ве-R/r - C/R6 - D/R8 + E0

(R - кратчайшее межионное расстояние, А - константа Маделунга, зависящая от геометрии структуры, В и r - параметры, описывающие отталкивание между частицами, C/R6 и D/R8 характеризуют соответствующие диполь-дипольное и диполь-квадрупольное взаимодействие ионов, E0 - энергия нулевых колебаний, е - заряд электрона). С укрупнением катиона возрастает вклад диполь-дипольных взаимодействий.

Поваренная соль — это хлорид натрия, применяемый в качестве добавки к пище, консерванта продуктов питания. Используется также в химической промышленности, медицине. Служит важнейшим сырьем для получения едкого натра, соды и других веществ. Формула соли поваренной — NaCl.

Образование ионной связи между натрием и хлором

Химический состав хлорида натрия отражает условная формула NaCl, которая дает представление о равном количестве атомов натрия и хлора. Но вещество образовано не двухатомными молекулами, а состоит из кристаллов. При взаимодействии щелочного металла с сильным неметаллом каждый атом натрия отдает более электроотрицательному хлору. Возникают катионы натрия Na + и анионы кислотного остатка соляной кислоты Cl - . Разноименно заряженные частицы притягиваются, образуя вещество с ионной кристаллической решеткой. Маленькие катионы натрия расположены между крупными анионами хлора. Число положительных частиц в составе хлорида натрия равно количеству отрицательных, вещество в целом является нейтральным.

Химическая формула. Поваренная соль и галит

Соли — это сложные вещества ионного строения, названия которых начинаются с наименования кислотного остатка. Формула соли поваренной — NaCl. Геологи минерал такого состава называют «галит», а осадочную породу — «каменная соль». Устаревшей химический термин, который часто употребляется на производстве, — «хлористый натрий». Это вещество известно людям с глубокой древности, когда-то его считали «белым золотом». Современные ученики школ и студенты при чтении уравнений реакций с участием хлорида натрия называют химические знаки («натрий хлор»).

Проведем несложные расчеты по формуле вещества:

1) Mr (NaCl) = Ar (Na) + Ar (Cl) = 22,99 + 35,45 = 58,44.

Относительная составляет 58,44 (в а.е.м.).

2) Численно равна молекулярному весу молярная масса, но эта величина имеет единицы измерения г/моль: М (NaCl) = 58,44 г/моль.

3) Образец соли массой 100 г содержит 60,663 г атомов хлора и 39,337 г натрия.

Физические свойства поваренной соли

Хрупкие кристаллы галита — бесцветные или белые. В природе также встречаются месторождения каменной соли, окрашенной в серый, желтый либо голубой цвет. Иногда минеральное вещество обладает красным оттенком, что обусловлено видами и количеством примесей. Твердость галита по составляет всего 2-2,5, стекло оставляет на его поверхности черту.

Другие физические параметры хлорида натрия:

• запах — отсутствует;
• вкус — соленый;
• плотность — 2,165 г/ см3 (20 °C);
• температура плавления — 801 °C;
• точка кипения — 1413 °C;
• растворимость в воде — 359 г/л (25 °C);

Получение хлорида натрия в лаборатории

При взаимодействии металлического натрия с газообразным хлором в пробирке образуется вещество белого цвета — хлорид натрия NaCl (формула поваренной соли).

Химия дает представление о различных способах получения одного и того же соединения. Вот некоторые примеры:

NaOH (водн.) + HCl = NaCl + H 2 O.

Окислительно-восстановительная реакция между металлом и кислотой:

2Na + 2HCl = 2NaCl + Н 2 .

Действие кислоты на оксид металла: Na 2 O + 2HCl (водн.) = 2NaCl + H 2 O

Вытеснение слабой кислоты из раствора ее соли более сильной:

Na 2 CO 3 + 2HCl (водн.) = 2NaCl + H 2 O + CO 2 (газ).

Для применения в промышленных масштабах все эти методы слишком дорогие и сложные.

Производство поваренной соли

Еще на заре цивилизации люди знали, что после засолки мясо и рыба сохраняются дольше. Прозрачные, правильной формы кристаллы галита использовались в некоторых древних странах вместо денег и были на вес золота. Поиск и разработка месторождений галита позволили удовлетворить растущие потребности населения и промышленности. Важнейшие природные источники поваренной соли:

• залежи минерала галита в разных странах;
• вода морей, океанов и соленых озер;
• прослойки и корки каменной соли на берегах соленых водоемов;
• кристаллы галита на стенках вулканических кратеров;
• солончаки.

В промышленности используются четыре основных способа получения поваренной соли:

• выщелачивание галита из подземного слоя, испарение полученного рассола;
• добыча в ;
• выпаривание или рассола соленых озер (77% от массы сухого остатка приходится на хлорид натрия);
• использование побочного продукта опреснения соленых вод.

Химические свойства хлорида натрия

По своему составу NaCl — это средняя соль, образованная щелочью и растворимой кислотой. Хлорид натрия — сильный электролит. Притяжение между ионами настолько велико, что его могут разрушить только сильно полярные растворители. В воде вещества распадается, освобождаются катионы и анионы (Na + , Cl -). Их присутствием обусловлена электропроводность, которой обладает раствор поваренной соли. Формула в этом случае записывается так же, как для сухого вещества — NaCl. Одна из качественных реакций на катион натрия — окрашивание в желтый цвет пламени горелки. Для получения результата опыта нужно набрать на чистую проволочную петлю немного твердой соли и внести в среднюю часть пламени. Свойства поваренной соли также связаны с особенностью аниона, которая заключается в качественной реакции на хлорид-ион. При взаимодействии с нитратом серебра в растворе выпадает белый осадок хлорида серебра (фото). Хлороводород вытесняется из соли более сильными кислотами, чем соляная: 2NaCl + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2HCl. При обычных условиях хлорид натрия не подвергается гидролизу.

Сферы применения каменной соли

Хлорид натрия снижает температуру плавления льда, поэтому зимой на дорогах и тротуарах используется смесь соли с песком. Она впитывает в себя большое количество примесей, при таянии загрязняет реки и ручьи. Дорожная соль также ускоряет процесс коррозии автомобильных кузовов, повреждает деревья, посаженные рядом с дорогами. В химической промышленности хлорид натрия используется как сырье для получения большой группы химических веществ:

• соляной кислоты;
• металлического натрия;
• газообразного хлора;
• каустической соды и других соединений.

Кроме того, поваренная соль применяется в производстве мыла, красителей. Как пищевой антисептик используется при консервировании, засолке грибов, рыбы и овощей. Для борьбы с нарушениями работы щитовидной железы у населения формула соли поваренной обогащается за счет добавления безопасных соединений йода, например, KIO 3 , KI, NaI. Такие добавки поддерживают выработку гормона щитовидной железы, предотвращают заболевание эндемическим зобом.

Значение хлорида натрия для организма человека

Формула соли поваренной, ее состав приобрел жизненно важное значение для здоровья человека. Ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. Анионы хлора необходимы для выработки соляной кислоты в желудке. Но слишком большое содержание поваренной соли в пище может приводить к высокому кровяному давлению и повышению риска развития заболеваний сердца и сосудов. В медицине при большой кровопотере пациентам вводят физиологический солевой раствор. Для его получения в одном литре дистиллированной воды растворяют 9 г хлорида натрия. Человеческий организм нуждается в непрерывном поступлении этого вещества с пищей. Выводится соль через органы выделения и кожу. Среднее содержание хлорида натрия в теле человека составляет примерно 200 г. Европейцы потребляют в день около 2-6 г поваренной соли, в жарких странах эта цифра выше в связи с более высоким потоотделением.