Mint Ön is tudja, a kémia az anyagok szerkezetét és tulajdonságait, valamint azok kölcsönös átalakulását vizsgálja. A kémiai vegyületek jellemzésében fontos helyet foglal el az a kérdés, hogy milyen részecskékből állnak. Lehetnek atomok, ionok vagy molekulák. Szilárd anyagokban bejutnak a kristályrácsok csomópontjaiba. A molekulaszerkezetben viszonylag kevés szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú vegyület található.
Cikkünkben példákat adunk azokra az anyagokra, amelyeket molekuláris kristályrácsok jellemeznek, és figyelembe vesszük a szilárd anyagokra, folyadékokra és gázokra jellemző intermolekuláris kölcsönhatások többféle típusát is.
Miért kell ismerni a kémiai vegyületek szerkezetét
Az emberi tudás minden ágában kiemelhető az alapvető törvényszerűségek egy csoportja, amelyen a tudomány további fejlődése alapul. kémiában- ez M. V. elmélete. Lomonoszov és J. D alton, az anyag atomi és molekuláris szerkezetét magyarázva. Amint azt a tudósok megállapították, a belső szerkezet ismeretében megjósolható a vegyület fizikai és kémiai tulajdonságai egyaránt. Az ember által mesterségesen szintetizált hatalmas mennyiségű szerves anyag (műanyagok, gyógyszerek, növényvédő szerek stb.) előre meghatározott jellemzőkkel és tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek a legértékesebbek ipari és háztartási szükségletei szempontjából.
A vegyületek szerkezetének és tulajdonságainak sajátosságaira vonatkozó ismeretek szükségesek a kémia során az ellenőrző szakaszok, tesztek és vizsgák elvégzésekor. Például az anyagok javasolt listájában keresse meg a helyes válaszokat: melyik anyagnak van molekulaszerkezete?
- Cink.
- Magnézium-oxid.
- Gyémánt.
- Naftalin.
A helyes válasz: a cinknek molekulaszerkezete van, csakúgy, mint a naftalinnak.
Az intermolekuláris kölcsönhatás erői
Kísérletileg megállapították, hogy a molekulaszerkezet az alacsony olvadáspontú és alacsony keménységű anyagokra jellemző. Mivel magyarázható e vegyületek kristályrácsainak törékenysége? Mint kiderült, minden a csomópontjukban található részecskék együttes befolyásának erősségétől függ. Elektromos természetű, és intermolekuláris kölcsönhatásnak vagy van der Waals erőknek nevezik, amelyek az ellentétes töltésű molekulák - dipólusok - egymásra gyakorolt hatásán alapulnak. Kiderült, hogy kialakulásuknak több mechanizmusa van,magának az anyagnak a természetétől függően.
Savak mint molekuláris összetételű vegyületek
A legtöbb sav oldata, mind a szerves, mind a szervetlen, poláris részecskéket tartalmaz, amelyek egymáshoz képest ellentétes töltésű pólusokkal orientálódnak. Például a sósav sósav oldatában dipólusok vannak, amelyek között orientációs kölcsönhatások lépnek fel. A hőmérséklet emelkedésével a sósav, hidrogén-bromid (HBr) és egyéb halogéntartalmú savak molekuláinak orientációs hatása csökken, mivel a részecskék hőmozgása megzavarja kölcsönös vonzásukat. A fenti anyagokon kívül a szacharóz, a naftalin, az etanol és más szerves vegyületek molekulaszerkezettel rendelkeznek.
Hogyan keletkeznek indukált töltött részecskék
Korábban megvizsgáltuk a Van der Waals-erők egyik hatásmechanizmusát, az úgynevezett orientációs kölcsönhatást. A szerves anyagokon és a halogéntartalmú savakon kívül a hidrogén-oxidnak, víznek is van molekulaszerkezete. A nem poláros, de dipólusok, molekulák képződésére hajlamos anyagokban, mint például a szén-dioxid CO2, indukált töltött részecskék - dipólusok - megjelenése figyelhető meg. Legfontosabb tulajdonságuk az, hogy az elektrosztatikus vonzási erők megjelenése miatt vonzzák egymást.
A gáz molekuláris szerkezete
Az előző alcímben említettük a szén-dioxid vegyületet. Mindegyik atomja elektromos mezőt hoz létre maga körül, ami indukála közeli szén-dioxid molekula atomonkénti polarizációja. Dipólussá változik, ami viszont képessé válik más CO2 részecskék polarizálására. Ennek eredményeként a molekulák vonzódnak egymáshoz. Az induktív kölcsönhatás poláris részecskékből álló anyagoknál is megfigyelhető, azonban ebben az esetben sokkal gyengébb, mint az orientációs van der Waals erők.
Diszperziós kölcsönhatás
Maguk az atomok és az őket felépítő részecskék (mag, elektronok) egyaránt képesek folyamatos forgó és oszcilláló mozgásra. Dipólusok megjelenéséhez vezet. A kvantummechanika kutatásai szerint a pillanatnyi kettős töltésű részecskék szilárd testekben és folyadékokban is szinkronban fordulnak elő, így a közelben elhelyezkedő molekulák végei ellentétes pólusúnak bizonyulnak. Ez elektrosztatikus vonzásukhoz vezet, amelyet diszperziós kölcsönhatásnak neveznek. Minden anyagra jellemző, kivéve azokat, amelyek gáz halmazállapotúak, és amelyek molekulái egyatomosak. Van der Waals erők azonban felléphetnek például inert gázok (hélium, neon) alacsony hőmérsékleten folyékony fázisba való átmenete során. Így a testek vagy folyadékok molekuláris szerkezete meghatározza, hogy képesek-e különféle típusú intermolekuláris kölcsönhatásokat létrehozni: orientációs, indukált vagy diszperziós kölcsönhatásokat.
Mi a szublimáció
Szilárd anyag, például jódkristályok molekuláris szerkezete,olyan érdekes fizikai jelenséget okoz, mint a szublimáció - az I2 molekulák elpárologtatása ibolyaszínű gőzök formájában. Egy szilárd fázisú anyag felületéről jön létre, megkerülve a folyékony halmazállapotot.
Ezt a vizuálisan látványos kísérletet gyakran iskolai kémia tantermekben végzik a molekuláris kristályrácsok szerkezeti jellemzőinek és a vegyületek kapcsolódó tulajdonságainak szemléltetésére. Általában ezek az alacsony keménység, alacsony olvadáspont és forráspont, rossz hő- és elektromos vezetőképesség, valamint illékonyság.
Az anyagok szerkezetére vonatkozó ismeretek gyakorlati felhasználása
Mint láttuk, bizonyos korreláció állapítható meg a kristályrács típusa, a vegyület szerkezete és tulajdonságai között. Ezért, ha egy anyag jellemzői ismertek, akkor meglehetősen könnyű megjósolni a szerkezetének és a részecskék: atomok, molekulák vagy ionok összetételének jellemzőit. A kapott információk akkor is hasznosak lehetnek, ha a kémiai feladatokban helyesen kell kiválasztani a molekulaszerkezettel rendelkező anyagokat egy bizonyos vegyületcsoportból, kivéve azokat, amelyek atomi vagy ionos típusú rácsokkal rendelkeznek.
Összefoglalva a következőket állapíthatjuk meg: a szilárd test molekulaszerkezete és a kristályrácsok térbeli szerkezete, valamint a polarizált részecskék folyadékokban és gázokban való elrendezése teljes mértékben felelős fizikai és kémiai tulajdonságaiért. Elméletileg a vegyületek tulajdonságai,tartalmazó dipólusok függenek az intermolekuláris kölcsönhatás erőinek nagyságától. Minél nagyobb a molekulák polaritása és minél kisebb az őket alkotó atomok sugara, annál erősebbek a közöttük fellépő orientációs erők. Éppen ellenkezőleg, minél nagyobb atomok alkotják a molekulát, annál nagyobb a dipólusmomentuma, és ennélfogva annál jelentősebbek a diszperziós erők. Így a szilárd test molekulaszerkezete a részecskéi - dipólusai - közötti kölcsönhatási erőket is befolyásolja.
