După cum știți, chimia studiază structura și proprietățile substanțelor, precum și transformările lor reciproce. Un loc important în caracterizarea compușilor chimici îl ocupă întrebarea din ce fel de particule constau. Pot fi atomi, ioni sau molecule. În solide, ele intră în nodurile rețelelor cristaline. Structura moleculară are un număr relativ mic de compuși în stare solidă, lichidă și gazoasă.
În articolul nostru, vom oferi exemple de substanțe care sunt caracterizate prin rețele de cristal molecular și, de asemenea, vom lua în considerare mai multe tipuri de interacțiuni intermoleculare caracteristice solidelor, lichidelor și gazelor.
De ce trebuie să cunoașteți structura compușilor chimici
În fiecare ramură a cunoașterii umane, se poate evidenția un grup de legi fundamentale pe care se bazează dezvoltarea ulterioară a științei. în chimie- aceasta este teoria lui M. V. Lomonosov și J. D alton, explicând structura atomică și moleculară a materiei. După cum au stabilit oamenii de știință, cunoscând structura internă, este posibil să se prezică atât proprietățile fizice, cât și cele chimice ale compusului. Toată cantitatea uriașă de substanțe organice sintetizate artificial de om (materiale plastice, medicamente, pesticide etc.) au caracteristici și proprietăți predeterminate care sunt cele mai valoroase pentru nevoile sale industriale și casnice.
Cunoștințele despre caracteristicile structurii și proprietăților compușilor sunt solicitate atunci când se efectuează secțiuni de control, teste și examene în cursul chimiei. De exemplu, în lista propusă de substanțe, găsiți răspunsurile corecte: ce substanță are o structură moleculară?
- Zinc.
- Oxid de magneziu.
- Diamant.
- Naftalină.
Răspunsul corect este: zincul are o structură moleculară, precum și naftalina.
Forțele interacțiunii intermoleculare
S-a stabilit experimental că structura moleculară este caracteristică substanțelor cu puncte de topire scăzute și duritate scăzută. Cum se poate explica fragilitatea rețelelor cristaline ale acestor compuși? După cum sa dovedit, totul depinde de puterea influenței comune a particulelor situate în nodurile lor. Are o natură electrică și se numește interacțiune intermoleculară sau forțe van der Waals, care se bazează pe influența moleculelor încărcate opus - dipoli - unele asupra altora. S-a dovedit că există mai multe mecanisme pentru formarea lor,în funcție de natura substanței în sine.
Acizi ca compuși de compoziție moleculară
Soluțiile majorității acizilor, atât organici, cât și anorganici, conțin particule polare care sunt orientate unul față de celăl alt cu poli încărcați opus. De exemplu, într-o soluție de acid clorhidric HCI există dipoli, între care au loc interacțiuni de orientare. Odată cu creșterea temperaturii, moleculele de acizi clorhidric, bromhidric (HBr) și alți acizi care conțin halogen au o scădere a efectului de orientare, deoarece mișcarea termică a particulelor interferează cu atracția lor reciprocă. În plus față de substanțele de mai sus, zaharoza, naftalina, etanolul și alți compuși organici au o structură moleculară.
Cum sunt produse particulele încărcate induse
Mai devreme, am considerat unul dintre mecanismele de acțiune ale forțelor Van der Waals, numit interacțiune orientativă. Pe lângă substanțele organice și acizii care conțin halogen, oxidul de hidrogen, apa, are o structură moleculară. În substanțele formate din molecule nepolare, dar predispuse la formarea de dipoli, precum dioxidul de carbon CO2, se poate observa apariția unor particule încărcate induse - dipoli. Proprietatea lor cea mai importantă este capacitatea de a se atrage reciproc datorită apariției forțelor de atracție electrostatică.
Structura moleculară a gazului
La subpoziția anterioară, am menționat dioxidul de carbon compus. Fiecare dintre atomii săi creează un câmp electric în jurul său, care inducepolarizarea per atom a unei molecule de dioxid de carbon din apropiere. Se transformă într-un dipol, care, la rândul său, devine capabil să polarizeze alte particule de CO2. Drept urmare, moleculele sunt atrase unele de altele. Interacțiunea inductivă poate fi observată și în substanțele formate din particule polare, totuși, în acest caz este mult mai slabă decât forțele de orientare van der Waals.
Interacțiune cu dispersie
Atât atomii înșiși, cât și particulele care îi alcătuiesc (nucleu, electroni) sunt capabili de mișcare de rotație și oscilație continuă. Aceasta duce la apariția dipolilor. Conform cercetărilor mecanicii cuantice, apariția particulelor instantanee dublu încărcate are loc atât în solide, cât și în lichide sincron, astfel încât capetele moleculelor situate în apropiere se dovedesc a fi cu poli opuși. Acest lucru duce la atracția lor electrostatică, numită interacțiune de dispersie. Este caracteristic tuturor substanțelor, cu excepția celor care sunt în stare gazoasă și ale căror molecule sunt monoatomice. Cu toate acestea, forțele van der Waals pot apărea, de exemplu, în timpul tranziției gazelor inerte (heliu, neon) în faza lichidă la temperaturi scăzute. Astfel, structura moleculară a corpurilor sau a lichidelor determină capacitatea acestora de a forma diverse tipuri de interacțiuni intermoleculare: orientative, induse sau de dispersie.
Ce este sublimarea
Structura moleculară a unui solid, cum ar fi cristalele de iod,determină un fenomen fizic atât de interesant precum sublimarea - volatilizarea moleculelor I2 sub formă de vapori violet. Apare de la suprafața unei substanțe în fază solidă, ocolind starea lichidă.
Acest experiment spectaculos din punct de vedere vizual se face adesea în sălile de școală de chimie pentru a ilustra caracteristicile structurale ale rețelelor de cristal molecular și proprietățile asociate ale compușilor. De obicei, acestea sunt duritate scăzută, puncte scăzute de topire și fierbere, conductivitate termică și electrică slabă și volatilitate.
Utilizarea practică a cunoștințelor despre structura substanțelor
După cum am văzut, se poate stabili o anumită corelație între tipul rețelei cristaline, structura și proprietățile compusului. Prin urmare, dacă sunt cunoscute caracteristicile unei substanțe, atunci este destul de ușor să preziceți caracteristicile structurii și compoziției sale de particule: atomi, molecule sau ioni. Informațiile obținute pot fi utile și dacă în sarcinile din chimie este necesară selectarea corectă a substanțelor care au o structură moleculară dintr-un anumit grup de compuși, excluzându-le pe cele care au tipuri de rețele atomice sau ionice.
Rezumând, putem concluziona următoarele: structura moleculară a unui corp solid și structura sa spațială a rețelelor cristaline și aranjarea particulelor polarizate în lichide și gaze sunt pe deplin responsabile pentru proprietățile sale fizice și chimice. În termeni teoretici, proprietățile compușilor,dipolii care conțin depind de mărimea forțelor interacțiunii intermoleculare. Cu cât polaritatea moleculelor este mai mare și cu cât raza atomilor care le alcătuiesc este mai mică, cu atât forțele de orientare care apar între ele sunt mai puternice. Dimpotrivă, cu cât atomii care alcătuiesc molecula sunt mai mari, cu atât este mai mare momentul dipol al acesteia și, prin urmare, cu atât forțele de dispersie sunt mai semnificative. Astfel, structura moleculară a unui solid afectează și forțele de interacțiune dintre particulele sale - dipoli.
