Як відомо, хімія вивчає будову і властивості речовин, а також їх взаємні перетворення. Важливе місце в характеристиці хімічних сполук займає питання про те, з яких саме частинок вони складаються. Це можуть бути атоми, іони або молекули. У твердих тілах вони входять у вузли кристалічних решіток. Молекулярне будова має порівняно невелику кількість сполук, що перебувають у твердому, рідкому і газоподібному стані.
У нашій статті ми наведемо приклади речовин, для яких характерні молекулярні кристалічні гратки, а також розглянемо кілька видів міжмолекулярної взаємодії, характерних для твердих тіл, рідин і газів.
Чому потрібно знати будову хімічних сполук
У кожній галузі людського знання можна виділити групу фундаментальних законів, на яких грунтується подальший розвиток науки. У хімії – це теорія М. в. Ломоносова і Дж. Дальтона, пояснює атомно-молекулярну будову речовини. Як встановили вчені, знаючи внутрішню структуру, можна спрогнозувати як фізичні, так і хімічні властивості з'єднання. Всі величезна кількість штучно синтезованих людиною органічних речовин (пластмаси, лікарські препарати, пестициди тощо) мають заздалегідь передбачені характеристики і властивості, найбільш цінні для його промислових і господарсько-побутових потреб.
Знання про особливості будови і властивостей сполук затребувані при проведенні контрольних зрізів, тестів та іспитів у курсі хімії. Наприклад, в пропонованому переліку речовин знайти правильні варіанти відповідей: яка речовина має молекулярну будову?
Цинк. Оксид магнію. Алмаз. Нафталін. Правильною відповіддю буде: цинк має молекулярне будова, а також нафталін.
Сили міжмолекулярної взаємодії
Експериментально встановлено, що молекулярне будова характерно для речовин з низькими температурами плавлення і малою твердістю. Чим же можна пояснити неміцність кристалічних решіток цих сполук? Як виявилося, все залежить від сили спільного впливу частинок, що знаходяться в їх вузлах. Вона має електричну природу і називається міжмолекулярним взаємодією або ван-дер-ваальсовими силами, в основі яких лежить вплив один на одного протилежно заряджених молекул – диполів. Виявилося, що існує кілька механізмів їх утворення, залежать від природи самої речовини.
Кислоти сполуки молекулярного складу
Розчини більшості кислот, як органічних, так і неорганічних, містять полярні частинки, які орієнтуються один відносно одного протилежно зарядженими полюсами. Наприклад, у розчині хлоридної кислоти ГІДРОХЛОРИД присутні диполі, між якими виникає орієнтаційні взаємодії. З підвищенням температури у молекул соляної, бромоводородной (HBr) та інших галогенсодержащих кислот спостерігається зменшення ориентационного ефекту, так як тепловий рух частинок заважає їх взаємному тяжінню. Крім вище перерахованих речовин, молекулярну будову має сахароза, нафталін, етанол та інші органічні сполуки.
Як виникають індуковані заряджені частинки
Раніше ми розглянули один з механізмів дії сил Ван-дер-Ваальса, званий орієнтаційною взаємодією. Крім органічних речовин і галогенсодержащих кислот, молекулярне будова має оксид водню – вода. У речовин, що складаються з неполярних, але схильних до утворення диполів, молекул, таких як вуглекислий газ CO 2 можна спостерігати виникнення наведених заряджених частинок – диполів. Їх найважливіша властивість – це здатність притягатися один до одного, завдяки появі сил електростатичного притягання.
Молекулярне будова газу
У попередньому підзаголовку ми згадали таке з'єднання, як діоксид вуглецю. Кожен атом створює навколо себе електричне поле, яке наводить поляризацію на атом поруч розташованої молекули вуглекислого газу. Вона видозмінюється в диполь, який, у свою чергу, стає здатною до поляризації інших частинок CO 2 . У результаті молекули притягуються одна до одної. Індукційна взаємодія можна спостерігати і у речовин, що складаються з полярних частинок, правда, в цьому випадку воно значно слабкіше, ніж орієнтаційні ван-дер-ваальсовие сили.
Дисперсійне взаємодія
Як самі атоми, так і частки, що входять до їх складу (ядра, електрони), здатні до безперервного обертальному і коливального руху. Воно призводить до появи диполів. Згідно з дослідженнями квантової механіки, виникнення миттєвих двузарядних частинок відбувається і в твердих тілах, і в рідинах синхронно, таким чином, що кінці молекул, розташованих поруч, виявляються з протилежними полюсами. Це призводить до їх електростатичного тяжінню, що отримав назву дисперсійного взаємодії. Воно властиво всім речовинам, крім тих, які знаходяться у газоподібному стані, і чиї молекули одноатомни. Проте, ван-дер-ваальсовие сили можуть виникати, наприклад, при переході інертних газів (гелію, неону) в рідку фазу при низьких температурах. Таким чином, молекулярну будову тіл або рідин обумовлює їх здатність до формування різних видів міжмолекулярної взаємодії: ориентационного, індукованого або дисперсійного.
Що таке сублімація
Молекулярне будова твердого тіла, наприклад, кристалів йоду, обумовлює таке цікаве фізичне явище, як сублімація – зникнення молекул I 2 у вигляді фіолетових парів. Воно відбувається з поверхні речовини, що знаходиться в твердій фазі, минаючи рідкий стан.
Цей візуально ефектний досвід часто проводять у шкільних кабінетах хімії, щоб проілюструвати особливості будови кристалічних решіток молекулярних і пов'язаних з ними властивостей сполук. Зазвичай це невисока твердість, низькі температури плавлення і кипіння, погана тепло - і електропровідність, летючість.
Практичне використання знань про будову речовин
Як ми переконалися, між типом кристалічної решітки, будовою і властивостями сполуки можна встановити певну кореляцію. Тому, якщо відомі характеристики речовини, то досить легко спрогнозувати особливості його будови і складу частинок: атомів, молекул або іонів. Отримана інформація також може стати в нагоді, якщо у завданнях з хімії потрібно з певної групи сполук правильно вибрати речовини, що мають молекулярну будову, виключивши ті, у яких присутні атомні або іонні типи решіток.
Підводячи підсумок, можна зробити наступний висновок: молекулярне будова має тверде тіло, і його просторову будову кристалічних решіток, а особливості розташування поляризованих частинок в рідинах і газах повністю відповідають за його фізичні та хімічні властивості. У теоретичному плані властивості сполук, що містять диполі, залежать від величини сил міжмолекулярної взаємодії. Чим вище полярність молекул і менший радіус атомів, що входять до їх складу, тим сильніше орієнтаційні сили, що виникають між ними. Навпаки, чим більше атоми, що складають молекулу, тим вище її дипольний момент, а, значить, більш значні дисперсійні сили. Таким чином, молекулярне будова твердого тіла впливає ще й на сили взаємодії між його частинками – диполями.
