Структура химического соединения (вещества) определяется типом связи между образующими его элементами. Различают химические и физические связи. Химические связит классифицируют по характеру распределения электронной плотности между атомами. Основные виды химической связи: ковалентная, ионная, металлическая.
Ковалентная связь – осуществляется парой электронов, находящихся в общем владении двух атомов, образующих связь. Ковалентная связь лежит в основе существования простых газов (водород, хлор, и др.), различных соединений (вода, аммиак), а так же атомных кристаллов.
Ковалентная связь может быть полярной и неполярной. В случае если молекула состоит из атомов одного и того же химического элемента͵ то электронная пара (одна или несколько) в одинаковой степени принадлежит этим атомам. В этом случае ковалентная связь является неполярной или нейтральной , и образуемые молекулы тоже являются неполярными . В случае если молекула состоит из атомов различных химических элементов, то электронная пара будет смещена в сторону атома с большей электроотрицательностью. В результате смещения электронной пары центры положительных и отрицательных зарядов сместятся на неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ расстояние друг от друга, ковалентная связь станет полярной . Полярной или дипольной станет сама молекула. К примеру, молекула воды полярная, так как электронные пары между атомом кислорода и двумя атомами водорода смещены в сторону атома кислорода, как более ЭО. При наличии полярных ковалентных связей могут образовываться и неполярные молекулы, если дипольные моменты уравновешивают друг друга (ᴛ.ᴇ. если молекула построена симметрично).
Ионная связь – основана на электростатическом взаимодействии между противоположно заряженными ионами. Она характерна для соединений металлов с неметаллами, а так же для ионных кристаллов. Наиболее яркими представителями соединений с ионной связью являются галогениды щелочных металлов, хотя и у них химическая связь не полностью ионная.
Неполярные, полярные и ионные молекулы представляют собой непрерывный переход. Граница между полярной ковалентной связью и ионной - чисто условная. Принципиального различия в механизме образования связей нет, так как природа химической связи единая - электрическая.
Металлическая связь встречается в соединениях металлов. При взаимодействии друг с другом валентные энергетические зоны атомов перекрываются, образуя общую зону со свободными подуровнями. Это дает возможность валентным электронам свободно перемещаться в пределах этой зоны (электронный газ). Происходит обобществление валентных электронов в объеме всего кристалла.
Молекулярная (физическая) связь – взаимодействие нейтральных молекул (или атомов) на основе слабых электростиатических сил (вандерваальсово взаимодлействие). Эта связь менее прочная, чем химическая.
Основными типами кристаллических структур являются атомные, металлические, ионные и молекулярные.
Ковалентные кристаллы имеют высокую температуру плавления, твердость, малую электропроводность большие показатели преломления. Атомное строение имеют простые полупроводники (селен, германий, кремний и др.), в узлах решетки которых находятся атомы. Связь имеет ярко выраженную направленность.
Ионные кристаллы имеют высокую температуру плавления и испарения, высокий модуль упругости. Направленность связи приводит к высокой твердости и отсутствию пластичности. В узлах решетки ионных кристаллов чередуются положительно и отрицательно заряженные ионы. При нормальной температуре ионы относительно прочно удерживаются в узлах решетки, в связи с этим электропроводность ионных кристаллов ничтожно мала; она осуществляется за счет дефектов строения и ионов примеси.
При растворении (к примеру, в воде) или расплавлении такой кристалл распадается на свободные ионы и становится проводником второго рода, а при испарении - на молекулы, оставаясь диэлектриком.
Металлические кристаллы (металлы) . Металлы более пластичны и менее тверды, чем ковалентные и ионные кристаллы, что объясняется природой металлической связи и более плотной структурой. В узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы металла – катионы, связанные между собой обобществленными электронами. Металлы обладают хорошей тепло- и электропроводностью за счет свободных электронов. Металлы непрозрачны, они хорошо отражают излучение, ᴛ.ᴇ. обладают блеском.
Молекулярные кристаллы имеют низкие Т плавления и Т испарения, т.к. энергия связи невелика. Οʜᴎ – диэлектрики, т.к. построены из электрически нейтральных молекул, и в отличие от металлов прозрачны для электромагнитного излучения. Малая энергия связи определяет так же низкий модуль упругости кристаллов и небольшие коэффициенты теплового расширения. Механические характеристики их низки.
В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.
Это вещества, состоящие из молекул. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются - вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (С, Si, Li, Na, К, Си, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы.
Немолекулярное строение веществ
К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K 2 S0 4), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, КОН). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.
Твердые вещества: кристаллические и аморфные
Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления - при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.
Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов - в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой . Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки .
В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними, различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические .
Ионные кристаллические решетки
Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na + , Сl — , так и сложные S0 4 2- , ОН — . Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия построен из чередующихся положительных ионов Na + и отрицательных Сl — , образующих решетку в форме куба.
Ионная кристаллическая решетка поваренной соли
Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.
Атомные кристаллические решетки
Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз - одно из аллотропных видоизменений углерода.
Атомная кристаллическая решетка алмаза
Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически нерастворимы.
Молекулярные кристаллические решетки
Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы.
Молекулярная кристаллическая решетка йода
Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными (НСl, Н 2 O), и неполярными (N 2 , О 2). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).
Металлические кристаллические решетки
Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки.
В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.
Электроотрицательностью называется свойство химического элемента притягивать к своему атому электроны от атомов других элементов, с которыми данный элемент образует химическую связь в соединениях.
При образовании химической связи между атомами разных элементов общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому, из-за чего связь становится ковалентно-полярной, а при большой разности электроотрицательностей – ионной.
Электроотрицательность учитывается при написании химических формул: в бинарных соединениях сзади записывается символ наиболее электроотрицательного элемента.
Электроотрицательность возрастает в направлении слева направо для элементов каждого периода и уменьшается в направлении сверху вниз для элементов одной и той же группы ПС.
Валентностью элемента называется свойство его атомов соединяться с определенным числом других атомов.
Различают стехиометрическую, электронную валентность и координационное число. Мы рассмотрим только стехиометрическую валентность.
Стехиометрическая валентность показывает, сколько атомов другого элемента присоединяет атом данного элемента. За единицу валентности принята валентность водорода, т.к. водород всегда одновалентен. Например, в соединениях HCl, H 2 O, NH 3 (правильное написание аммиака Н 3 N уже используется в современных пособиях), СН 4 хлор одновалентен, кислород двухвалентен, азот трехвалентен и углерод четырехвалентен.
Стехиометрическая валентность кислорода обычно равна 2. Так как почти все элементы образуют соединения с кислородом, то удобно его использовать в качестве эталона для определения валентности другого элемента. Например, в соединениях Na 2 O, CoO, Fe 2 O 3 , SO 3 натрий одновалентен, кобальт двухвалентен, железо трехвалентно, сера шестивалентна.
В окислительно-восстановительных реакциях нам важно будет определять степени окисления элементов.
Степенью окисления элемента в веществе называется его стехиометрическая валентность, взятая со знаком плюс или минус.
Химические элементы подразделяются на элементы постоянной валентности элементы переменной валентности.
1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.
В зависимости от того, в каком состоянии соединения находятся в природе, они делятся на молекулярные и немолекулярные. В молекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются молекулы. Эти вещества имеют молекулярную кристаллическую решетку. В немолекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются атомы или ионы. Кристаллическая решетка у них атомная, ионная или металлическая.
Тип кристаллической решетки во многом определяет свойства веществ. Например, металлы, имеющие металлический тип кристаллической решетки , отличаются от всех остальных элементов высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью . Эти свойства, а также и многие другие – ковкость, металлический блеск и т.п. обусловлены особым видом связи между атомами металла -- металлической связью. Необходимо отметить, что свойства, присущие металлам, проявляются только в конденсированном состоянии. Например, серебро в газообразном состоянии не обладает физическими свойствами металлов.
Особый тип связи в металлах – металлическая – обусловлен дефицитом валентных электронов, поэтому они общие для всей структуры металла. Наиболее простая модель строения металлов предполагала, что кристаллическая решетка металлов состоит из положительных ионов, окруженных свободными электронами, движение электронов происходит хаотически, подобно молекулам газа. Однако такая модель, качественно объясняя многие свойства металлов, при количественной проверке оказывается недостаточной. Дальнейшая разработка теории металлического состояния привела к созданию зонной теории металлов , которая основывается на представлениях квантовой механики.
В узлах кристаллической решетки находятся катионы и атомы металла, а электроны свободно перемещаются по кристаллической решетке .
Характерным механическим свойством металлов является пластичность , обусловленная особенностями внутреннего строения их кристаллов. Под пластичностью понимают способность тел под действием внешних сил подвергаться деформации, которая остается и после прекращения внешнего воздействия. Это свойство металлов позволяет придавать им различную форму при ковке, прокатывать металл в листы или вытягивать в проволоку.
Пластичность металлов обусловлена тем, что при внешнем воздействии слои ионов, образующих кристаллическую решетку, сдвигаются относительно друг друга без разрыва. Это происходит в результате того, что переместившиеся электроны благодаря свободному перераспределению продолжают осуществлять связь межу ионными слоями. При механическом воздействии на твердое вещество с атомной решеткой смещаются отдельные ее слои и сцепление между ними нарушается из-за разрыва ковалентных связей.
ионы , то эти вещества образуют ионный тип кристаллической решетки .
Это соли, а также оксиды и гидроксиды типичных металлов. Это твердые, хрупкие вещества, но основное их качество: растворы и расплавы этих соединений проводят электрический ток .
Если в узлах кристаллической решетки находятся атомы , то эти вещества образуют атомный тип кристаллической решетки (алмаз, бор, кремний оксиды алюминия и кремния). По свойствам очень твердые и тугоплавкие, нерастворимы в воде.
Если в узлах кристаллической решетки находятся молекулы , то эти вещества образуют (при обычных условиях газы и жидкости: О 2 , HCl; I 2 органические вещества).
Интересно отметить металл галлий, который плавится при температуре 30 о С. Эта его аномалия объясняется тем, что в узлах кристаллической решетки находятся молекулы Ga 2 и его свойства в чем становятся схожи с веществами, имеющие молекулярную кристаллическую решетку.
Пример. Немолекулярное строение имеют все неметаллы группы:
1) углерод, бор, кремний; 2) фтор, бром, иод;
3) кислород, сера, азот; 4) хлор, фосфор, селен.
В немолекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются атомы или ионы. Кристаллическая решетка у них атомная, ионная или металлическая
При решении этого вопроса проще идти от противного. Если в узлах кристаллической решетки находятся молекулы , то эти вещества образуют молекулярный тип кристаллической решетки (при обычных условиях газы и жидкости: О 2 , HCl; также I 2, ромбическая сера S 8 , белый фосфор Р 4 , органические вещества). По свойствам это непрочные легкоплавкие соединения.
Во втором ответе есть газ фтор, в третьем – газы кислород, азот, в четвертом – газ хлор. Значит, эти вещества имеют молекулярную кристаллическую решетку и молекулярное строение.
В первом ответе все вещества – твердые соединения при обычных условиях и образуют атомную решетку, значит, имеют немолекулярное строение.
Правильный ответ: 1) углерод, бор, кремний
Молекулярные вещества
Молекулярные вещества - это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются молекулы
Молекулы - наименьшая частица молекулярного вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его химические свойства. Молекулярные вещества имеют низкие температуры плавления и кипения и находятся в стандартных условиях в твердом, жидком или газообразном состоянии.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Молекулярные вещества" в других словарях:
Спектры испускания, поглощения и комбинационного рассеяния света (КРС), принадлежащие свободным или слабо связанным между собой молекулам. Типичные М. с. полосатые, они наблюдаются в виде совокупности более или менее узких полос в УФ, видимой и… … Физическая энциклопедия
Направленные потоки молекул или атомов, движущихся в вакууме практически без столкновения друг с другом и с молекулами остаточных газов. М. и а. п. позволяют изучить свойства отд. ч ц, пренебрегая эффектами, обусловленными столкновениями, кроме… … Физическая энциклопедия
Кристаллы, образованные из молекул, связанных друг с другом слабыми ван дер ваальсовыми силами (см. Межмолекулярное взаимодействие) или водородной связью. Внутри молекул между атомами действует более прочная ковалентная связь. Фазовые превращения … Википедия
Кристаллы, образованные из молекул, связанных друг с другом слабыми ван дер ваальсовыми силами или водородной связью (см. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, МЕЖАТОМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ). Внутри молекул между атомами действует более прочная, обычно… … Физическая энциклопедия
Большой Энциклопедический словарь
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ КРИСТАЛЛЫ,. кристаллы, в узлах кристаллической решетки которых располагаются молекулы вещества, связанные друӠс другом слабыми или ван дер ваальсовыми силами (см. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ) или водородной связью (см. ВОДОРОДНАЯ… … Энциклопедический словарь
Вещества поверхностноактивные анионоактивные - Вещества поверхностно активные анионовоактивные – разновидность поверхностноактивных веществ; представляют собой высоко молекулярные органические кислоты (нафтеновые, сульфонафтеновые и др.), соли щелочноземельных и тяжелых металлов,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Микропористые тела, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, размеры молекул которых меньше размеров микропор. К ним относятся природные и синтетические цеолиты. Молекулярные сита позволяют производить адсорбционное разделение… … Энциклопедический словарь
Оптические спектры испускания, поглощения и рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Состоят из спектральных полос и линий, структура и расположение которых типичны для испускающих их молекул. Возникают при… … Энциклопедический словарь
Книги
- Структура полимеров - от молекул до наноансамблей. Учебное пособие , Рамбиди Николай Георгиевич. Молекулярная структура во многом определяет свойства вещества и пути его практических применений. Параметры структуры полимерных молекул, содержащих десятки и сотни тысяч различных атомов,…
