Zadanie 6
Matura z chemii, maj 2026, poziom rozszerzony
Wymaganie: II. Wiązania chemiczne — typy kryształów (jonowe, kowalencyjne, molekularne, metaliczne), zależność właściwości substancji od rodzaju wiązania i budowy sieci krystalicznej.
Treść zadania
Dwie krystaliczne substancje — A i B — tworzą różnego typu kryształy. W tabeli podano wybrane właściwości tych substancji:
| Substancja | Temperatura topnienia, °C | Rozpuszczalność w wodzie | Przewodnictwo w stanie stałym | Przewodnictwo po stopieniu |
|---|---|---|---|---|
| A | 185 | bardzo dobrze rozpuszczalna | nie wykazuje | nie wykazuje |
| B | 1710 | nierozpuszczalna | nie wykazuje | nie wykazuje |
Polecenie (0–1). Napisz, jakiego typu kryształy — kowalencyjne, molekularne, metaliczne albo jonowe — są tworzone przez każdą z substancji.
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
Substancja A: kryształy molekularne.
Substancja B: kryształy kowalencyjne.
Rozumowanie — eliminacja krok po kroku:
Odrzucamy kryształy metaliczne. Metale przewodzą prąd w stanie stałym (swobodne elektrony). Żadna z substancji nie przewodzi w stanie stałym.
Odrzucamy kryształy jonowe. Substancje jonowe nie przewodzą w stanie stałym, ale przewodzą po stopieniu (uwolnione jony stają się ruchliwe). Tu żadna z substancji nie przewodzi po stopieniu — to wyklucza budowę jonową.
Substancja A → molekularne. Świadczy o tym niska temperatura topnienia (185 °C): w węzłach sieci są cząsteczki, a wiążą je jedynie słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, łatwe do pokonania. Bardzo dobra rozpuszczalność w wodzie wskazuje na cząsteczki polarne albo zdolne do tworzenia wiązań wodorowych.
Substancja B → kowalencyjne. Świadczy o tym bardzo wysoka temperatura topnienia (1710 °C) i nierozpuszczalność w wodzie: cały kryształ jest jedną wielką siecią połączoną mocnymi wiązaniami kowalencyjnymi, których stopienie wymaga rozerwania wiązań chemicznych. Przykłady: diament, (kwarc), SiC, grafit.
Najczęstszy błąd: uznanie substancji A za jonową, bo dobrze rozpuszcza się w wodzie. Rozpuszczalność sama w sobie nie rozstrzyga — cukier (kryształ molekularny) rozpuszcza się równie dobrze jak sól. Kryterium rozstrzygającym jest przewodnictwo po stopieniu: substancja jonowa musi przewodzić w stanie ciekłym.
Drugi błąd: uznanie substancji B za jonową ze względu na wysoką temperaturę topnienia. Kryształy jonowe też topnieją wysoko (NaCl — 801 °C), ale ciekła sól przewodzi prąd. Substancja B nie przewodzi, więc jest kowalencyjna.
Nie myl przewodnictwa w stanie stałym z przewodnictwem po stopieniu. To dwie różne kolumny tabeli i dopiero razem dają jednoznaczną odpowiedź:
- przewodzi na stałe → metaliczny,
- nie przewodzi na stałe, przewodzi po stopieniu → jonowy,
- nie przewodzi nigdy + wysoka → kowalencyjny,
- nie przewodzi nigdy + niska → molekularny.
Grafit to wyjątek wśród kryształów kowalencyjnych — przewodzi prąd dzięki zdelokalizowanym elektronom π między warstwami. Na maturze pojawia się jako pułapka przy zadaniach o przewodnictwie.
Punkt przyznawany jest łącznie za obie substancje. Jedna trafna i jedna chybiona odpowiedź to zero punktów.
Treść zadania (CKE)
Cztery typy kryształów — tabela rozstrzygająca
| Cecha | Jonowe | Kowalencyjne | Molekularne | Metaliczne |
|---|---|---|---|---|
| w węzłach sieci | jony | atomy | cząsteczki | kationy + gaz elektronowy |
| siły wiążące | elektrostatyczne | wiązania kowalencyjne | oddziaływania międzycząsteczkowe | wiązanie metaliczne |
| temperatura topnienia | wysoka (600–2800 °C) | bardzo wysoka (>1500 °C) | niska (<300 °C) | zróżnicowana |
| twardość | duża, ale kruche | bardzo duża | mała | kowalne, ciągliwe |
| przewodnictwo — ciało stałe | nie | nie (wyj. grafit) | nie | tak |
| przewodnictwo — stop / roztwór | tak | nie | nie | tak |
| rozpuszczalność w wodzie | często dobra | zwykle brak | zależy od polarności | brak (reagują) |
| przykłady | NaCl, , | diament, , SiC, BN | lód, jod, cukier, (suchy lód) | Fe, Cu, Al, Na |
Algorytm rozpoznawania typu kryształu
- Czy przewodzi prąd w stanie stałym?
- tak → metaliczny (albo grafit)
- nie → idź dalej
- Czy przewodzi po stopieniu lub w roztworze?
- tak → jonowy
- nie → idź dalej
- Jaka jest temperatura topnienia?
- bardzo wysoka → kowalencyjny
- niska → molekularny
W tym zadaniu obie substancje odpadają w krokach 1 i 2, więc rozstrzyga wyłącznie temperatura topnienia.
Oddziaływania międzycząsteczkowe — dlaczego kryształy molekularne topnieją nisko
| Rodzaj oddziaływania | Siła | Występowanie |
|---|---|---|
| siły dyspersyjne (Londona) | najsłabsze | wszystkie cząsteczki |
| oddziaływania dipol–dipol | średnie | cząsteczki polarne |
| wiązania wodorowe | najsilniejsze z międzycząsteczkowych | O–H, N–H, F–H |
| wiązanie kowalencyjne (dla porównania) | ~100× silniejsze | wewnątrz cząsteczki |
Topienie kryształu molekularnego wymaga pokonania tylko oddziaływań międzycząsteczkowych — same cząsteczki pozostają nienaruszone. Topienie kryształu kowalencyjnego oznacza zrywanie wiązań chemicznych, stąd ogromna różnica temperatur.
Przykłady wartości
| Substancja | Typ kryształu | |
|---|---|---|
| lód () | molekularny | 0 °C |
| jod () | molekularny | 114 °C |
| sacharoza | molekularny | ~186 °C |
| NaCl | jonowy | 801 °C |
| (kwarc) | kowalencyjny | ~1710 °C |
| diament | kowalencyjny | ~3550 °C |
Wartości z tabeli zadania odpowiadają niemal dokładnie sacharozie (A) i kwarcowi (B).
Punktacja CKE
- 1 pkt — poprawne wskazanie obu typów kryształów: A — molekularne, B — kowalencyjne.
- 0 pkt — odpowiedź niepełna albo błędna.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „typy krysztalow, krysztaly molekularne i kowalencyjne, temperatura topnienia, przewodnictwo elektryczne" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl