Какие свойства характерны для веществ с молекулярным строением
Все вещества состоят из атомов, которые объединяются в определенные структуры с помощью различных устойчивых связей. При этом структурная решетка физического тела может состоять, либо из отдельных однотипных групп атомов — молекул, либо из отдельных атомов. По типу связей различают вещества молекулярного и немолекулярного строения. Рассмотрим примеры веществ с молекулярным типом строения.
Строение вещества
Агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное) и особенности его строения определяются взаимодействием атомов и молекул, из которых состоят все вещества. Теория о молекулярном устройстве всех физических объектов подтвердилась многочисленными экспериментами. Современные приборы (электронные микроскопы) позволяют даже увидеть и сфотографировать отдельные молекулы и их расположение (структуру).
Перечислим базовые положения о молекулярном устройстве веществ:
- Все физические тела состоят из молекул — мелких частиц, каждая из которых имеет все основные химические и физические свойства, присущие всему веществу;
- Молекулы состоят из атомов;
- Атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и ядра, включающего в себя положительно заряженные протоны и нейтроны, не имеющие зарядов;
- Молекулы вещества находятся в непрерывном, хаотическом движении;
- Взаимодействие частиц имеет электромагнитную природу: при сближении происходит отталкивание, а при удалении друг от друга возобновляется притяжение. В равновесном состоянии силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг другу.
Рис. 1. Молекулы одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях.
Древнегреческий философ Демокрит, живший более 2000 лет назад считается первым мыслителем, создавшим учение (теорию) о том, что весь наш мир построен из мельчайших. невидимых частичек — атомов. Слово атом имеет греческое происхождение (“атомос” — неделимый, неразрезаемый). Эта замечательная идея позднее была надолго забыта. Более тысячи лет безраздельно господствовало учение другого философа — Аристотеля, который отрицал существование атомов. Аристотель утверждал, что все вещества могут взаимно превращаться друг в друга, и любое тело можно делить до бесконечности. И Демокрит, и Аристотель строили свои предположения на основе общих, теоретических рассуждений. Только в начале ХIХ века на основе многочисленных опытов и экспериментов ученые (Гассенди, Ломоносов, Бойль, Мариотт, Дальтон и др.) окончательно пришли к общему мнению о реальности существования атомов и молекул.
Рис. 2. Портрет М. В. Ломоносова:.
Свойства веществ молекулярного строения
Для описания веществ со схожими свойствами выделяют два основных вида: вещества немолекулярного строения и вещества молекулярного строения. Вещества, состоящие из однотипных молекул, имеющих в своем составе один и тот же набор атомов, называются веществами молекулярного строения. Общими для этих веществ являются следующие свойства:
- Слабые связи между молекулами, которые при небольшом повышении температуры начинают разрываться — сначала происходит переход в жидкое состояние, а затем в газовую фазу;
- Низкие температуры плавления и кипения.
Примеры веществ молекулярного строения
К молекулярным веществам относятся:
- Большинство простых веществ-неметаллов: кислород (O2), сера (S2), фосфор (P4), водород (H2), азот (N2), хлор (Cl2), фтор (F2), бром (Br2), йод (I2);
- Соединения веществ-неметаллов друг с другом: аммиак (NH3), углекислый газ (CO2), серная кислота (HSO4), оксид азота (N2O5);
- Сахар;
- Нафталин.
Молекулярная кристаллическая решетка образована молекулами, которые соединены между собой слабыми силами межмолекулярного притяжения. Поэтому эти вещества летучи (их можно обнаружить по запаху), имеют низкие температуры плавления, малую твердость (хрупкие) и являются диэлектриками (практически не проводят электрический ток).
Чаще всего молекулярные вещества при нормальных условиях находятся в жидком или газообразном агрегатном состоянии. Некоторые молекулярные вещества могут быть в твердом виде, но их отличительными свойствами являются: легкоплавкость и растворимость в воде (если в узлах полярные молекулы). Примерами таких веществ могут служить: сахар, глюкоза, нафталин, CO2 (“сухой лед”).
Рис. 3. Молекулярные кристаллические решетки, например: кислород, сера йод, вода:.
Атомов в составе молекулы может быть от 2 штук до бесконечности. Одно из первых мест по количеству атомов занимает молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая — кислота). В одной молекуле ДНК содержится атомов:
- углерода — 5750;
- водорода — 7227;
- кислорода — 4131;
- азота — 2215;
- фосфора — 590.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что к веществам с молекулярным строением относятся газообразные, жидкие и твердые вещества, молекулярная кристаллическая решетка которых образована молекулами, соединенными между собой слабыми силами межмолекулярного притяжения. Такие вещества летучи (обнаруживаются по запаху), имеют низкие температуры плавления, малую твердость (хрупкие) и являются диэлектриками (практически не проводят электрический ток).
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 165.
Источник
Эта лекция будет посвящена
следующим понятиям: “вещества молекулярного и немолекулярного
строения”, “кристаллические решётки”.
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.
Например,
Вода – жидкость, tпл=0°С;
tкип=100°С
Вода
– самое известное и весьма распространенное вещество на нашей планете:
поверхность Земли на 3/4 покрыта водой, человек
на 65 % состоит из воды, без воды невозможна жизнь, так как в водном растворе
протекают все клеточные процессы организма. Вода – молекулярное вещество. Это
одно из немногих веществ, которое в природных условиях встречается в твердом,
жидком и газообразном состояниях, и единственное вещество, для которого в
каждом из этих состояний есть свое название. Особенностями строения воды
вызваны ее необычные свойства. Например, при замерзании вода увеличивается в
объеме, поэтому лед плавает в своем расплаве – жидкой воде, а наибольшая
плотность воды наблюдается при 4 oС, поэтому зимой большие
водоемы до дна не промерзают. На свойствах воды основана и сама шкала
температур Цельсия (0 o – температура замерзания,
100 o – температура кипения). С причинами этих явлений и с
химическими свойствами воды вы познакомитесь позже.
Немолекулярные
вещества
Немолекулярные
вещества –
это вещества, мельчайшими структурными частицами которых являются атомы или ионы.
Немолекулярные
вещества находятся в стандартных условиях в твердом агрегатном состоянии и
имеют высокие температуры плавления и кипения.
Например, Поваренная соль – твердое вещество, tпл=801°С;
tкип=1465°С; Железо
Железо – серебристо-белый, блестящий,
ковкий металл. Это немолекулярное вещество. Среди металлов железо занимает
второе место после алюминия по распространенности в природе и первое место по
значению для человечества. вместе с другим металлом – никелем – оно образует
ядро нашей планеты. Чистое железо не имеет широкого практического применения.
Знаменитая Кутубская колонна, расположенная в окрестностях Дели, высотой около
семи метров и весом 6,5 т, имеющая возраст почти 2800 лет (она поставлена в IX
в. до н. э.) – один из немногих примеров использования чистого железа (99,72
%); возможно, что именно чистотой материала и объясняется долговечность и
коррозионная устойчивость этого сооружения.
В
виде чугуна, стали и других сплавов железо используется буквально во всех
отраслях техники. Его ценные магнитные свойства используются в генераторах
электрического тока и электромоторах. Железо является жизненно необходимым
элементом для человека и животных, так как оно входит в состав гемоглобина
крови. При его недостатке клетки тканей получают недостаточно кислорода, что
ведет к очень тяжелым последствиям.
Для большинства веществ характерна способность в
зависимости от условий находиться в одном из трёх агрегатных состояний:
твёрдом, жидком, газообразным.
Например, вода при нормальном давлении в интервале
температур 0-100°С является жидкостью, при температуре выше 100°С находится в
газообразном состоянии, а при температуре ниже 0°С является твёрдым веществом.
Вещества в твёрдом состоянии различают аморфные и кристаллические.
Характерной особенностью аморфных тел является
отсутствие определенной температуры плавления, то есть отсутствует четкий
переход от твердого состояния к жидкому: при нагревании аморфное тело
становится только более текучим. К аморфным относят смола, воск, парафин,
стекло, большинство пластмасс и т.д.
Для кристаллических веществ характерна конкретная
температура плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из
твёрдого состояния в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной
температуры, например, сахар, лёд, поваренная соль. Если
скорость роста кристаллов мала при охлаждении – образуется стеклообразное
состояние (аморфное).
Разница в физических свойствах аморфных и
кристаллических твёрдых веществ обусловлена строением. В аморфном веществе
отсутствует порядок в расположение частиц.
Рис. Примеры решеток кристаллических и аморфных тел
– кварц аморфный и кристаллический.
Таким образом, в случае кристаллических
веществ можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решётка.
При низких температурах, когда тепловое движение
затруднено, частицы строго ориентируются в пространстве и образуют кристаллическую
решётку.
Кристаллическая решетка – это пространственный
каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие
кристалл
В самой кристаллической решетке различают узлы –
точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл и меж
узловое пространство.
В зависимости от того, какие частицы в узлах
кристаллической решётки, различают: молекулярную,
атомную, ионную и металлические кристаллические решётки.
Пример вещества с атомной кристаллической решёткой:
Пример вещества с ионной кристаллической решёткой – кристаллическая решётка поваренной соли NaCl:
Пример вещества с молекулярной кристаллической решёткой:
Пример вещества с металлической кристаллической решёткой:
Свойства веществ с различной кристаллической решёткой (таблица)
Между положением элемента в периодической системе и
кристаллической решёткой его соответствующего простого вещества существует
тесная взаимосвязь.
Выполните задания по данной теме:
1. Какой тип
кристаллической решётки у следующих широко используемых в быту веществ: вода,
уксусная кислота (CH3COOH), сахар (C12H22O11),
калийное удобрение (KCl), речной
песок (SiO2) –
температура плавления 17100C, аммиак
(NH3), поваренная соль? Сделайте обобщённый вывод: по
каким свойствам вещества можно определить тип его кристаллической решётки?
2. По
формулам приведённых веществ: SiC, CS2, NaBr, C2H2 –
определите тип кристаллической решётки (ионная, молекулярная) каждого
соединения и на основе этого опишите физические свойства каждого из четырёх
веществ.
3. Тренажёр
№1. “Кристаллические решётки”
4. Тренажёр
№2. “Тестовые задания”
5. Тест
(самоконтроль):
A.
Вещества,
имеющие молекулярную кристаллическую решётку, как правило:
a).
тугоплавки и хорошо растворимы в воде
б).
легкоплавки и летучи
в).
Тверды и электропроводны
г).
Теплопроводны и пластичны
B.
Понятия
«молекула» не применимо по отношению к структурной единице вещества:
a).
вода
б).
кислород
в).
алмаз
г).
озон
C.
Атомная
кристаллическая решётка характерна для:
a).
алюминия и
графита
б).
серы и йода
в).
оксида кремния и хлорида
натрия
г).
алмаза и бора
D.
Если
вещество хорошо растворимо в воде, имеет высокую температуру плавления, электропроводно,
то его кристаллическая решётка:
а).
молекулярная
б).
атомная
в).
ионная
г).
металлическая
Источник
Оглавление
- Молекулярное и немолекулярное строение веществ
- Твердые вещества: аморфные и кристаллические
- Атомные кристаллические решетки
- Молекулярные кристаллические решетки
- Металлические кристаллические решетки
- Шпаргалки
- Задания для самопроверки
Молекулярное и немолекулярное строение веществ. Строение вещества
В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. По типу связи различают вещества молекулярногои немолекулярного строения. Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. 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 (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы. К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K2SO4), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, KOH). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.
Молекулярные и немолекулярные вещества
Твердые вещества: аморфные и кристаллические
Твердые вещества делятся на 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.
Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы Na+, Cl—, так и сложные SO42- , OH—. Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия построен из чередующихся положительных ионов Na+ и отрицательных Cl—, образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
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. Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически нерастворимы.
Атомная решетка алмаза
Атомная решетка графита
Молекулярные кристаллические решетки
Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными (HCl, H2O), и неполярными (N2, O2). 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).
Молекулярная кристаллическая решетка(углекислый газ)
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.
Металлическая кристаллическая решетка
Шпаргалки
Взаимосвязь между типом кристаллической решетки и типом связи в веществе
Справочный материал для прохождения тестирования:
Таблица Менделеева
Таблица растворимости
Источник
Неорганические и органические соединения отличаются по строению. Меньше веществ, образованных молекулами. Гораздо чаще встречается немолекулярные соединения. Частицы веществ могут быть упорядочены расположены в пространстве, образуют кристаллическую решетку. Тип структуры влияет на свойства различных химических соединений.
Молекулярное и немолекулярное строение веществ
Представления о существовании атомов возникли в древности. Греческое название переводится как «неделимые». Долгое время термины «атом», «корпускула», «молекула» были почти синонимами. Ясность внесли химики всего мира в 1860 году. Ученые приняли решение называть атомами мельчайшие частицы вещества. Они могут входить в состав молекул и немолекулярных структур.
Строение — это характеристика структурных единиц вещества, их расположение в пространстве (кристаллическая решетка).
Таблица 1.
Типы веществ по строению
Типы | Общие признаки | Тип кристаллической решетки |
Вещества молекулярного строения. | Мельчайшие структурные единицы (частицы) — молекулы. | Молекулярная. |
Вещества немолекулярного строения. | Мельчайшие структурные частицы — атомы или ионы. | Атомная, ионная или металлическая. |
Неметаллы, их соединения — вещества преимущественно молекулярного строения. Водород, кислород, азот, хлор, моно- и диоксид углерода, аммиак состоят из молекул сравнительно небольшого размера. Состав отражают формулы Н2, О2, N2, Cl2, СО, СО2, NH3. Наиболее распространенное вещество молекулярного строения — вода (Н2О) (Рис. 1).
Агрегатное состояние при разных температурах отличается. В обычных условиях эти вещества являются газами. Вода при комнатной температуре — жидкость, при 0°С — превращается в лед, имеющий кристаллическое строение. При 100°С образуется газ (пар).
Сахар и другие твердые органические вещества тоже состоят из молекул. Состав глюкозы отражает формула С6Н12О6. На рис. 2 показано пространственное расположение атомов в молекуле.
Немолекулярных соединений в природе гораздо больше. К этой группе относятся инертные газы, алмаз, графит (аллотропные видоизменения, модификации углерода), минерал кварц, различные соли, металлы. Это преимущественно твердые вещества (при комнатной температуре). Исключение — ртуть, жидкий металл, затвердевающий лишь при –30°С. Среди веществ немолекулярного строения встречаются наиболее твердые и тугоплавкие, обладающие высокой тепло- и электропроводностью.
Кристаллические решетки: типы и примеры
Структурные частицы природных и искусственно полученных веществ находятся в определенных точках пространства, на расстоянии друг от друга. Упорядоченное расположение называют кристаллической решеткой. В ее узлах находятся атомы, ионы или молекулы. На рисунках они обычно изображены кружочками. Черточками между ними условно обозначают химические связи.
Шаро-стержневые объемные модели тоже помогают лучше представить расположение структурных единиц в пространстве. Шарики символизируют частицы вещества, стержни между ними — химическую связь, как на рис. 3.
Вещества кристаллического строения широко распространены, имеют большое практическое значение. Они встречаются в природе, находят применение в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, быту. (Рис. 4).
Рассмотрим особенности четырех основных типов кристаллической решетки.
Атомная
Такие кристаллические структуры распространены среди простых веществ. В узлах находятся атомы. Примеры веществ: графит и алмаз (аллотропные видоизменения, модификации углерода), кремний.
Прочную атомную кристаллическую решетку также имеют горный хрусталь и кварц (минералы состоят из диоксида кремния). Отличие от простых веществ существенное — в узлах находятся атомы кремния и кислорода, т. е. разных элементов.
Вещества атомного строения обычно твердые (за исключением графита), нерастворимые в воде, тугоплавкие, являются изоляторами или полупроводниками.
Молекулярная
В узлах кристаллической решетки — молекулы. Простые вещества с этим типом пространственного строения: S8 — кристаллическая сера, Р4 — белый фосфор, Br2 — бром, I2 — кристаллический йод. Н2О в виде льда, СО2 («сухой лед») — сложные вещества с молекулярной кристаллической решеткой.
Силы притяжения между структурными единицами относительно слабые, поэтому связи легко разрушаются. Например, йод возгоняется — переходит из твердого состояния в газообразное при комнатной температуре. (Рис. 5, 6).
Твердые органические соединения тоже имеют преимущественно молекулярную решетку. Это непрочные структуры, которые разрушаются при повышении температуры, растворении в воде.
Ионная
В узлах расположены ионы — заряженные частицы. Классический пример вещества с этим типом кристаллической решеткой — поваренная соль или хлорид натрия. (Рис. 7).
Катионы — положительно заряженные частицы. В электрическом поле они перемещаются к отрицательному полюсу источника тока (катоду). Отрицательные ионы движутся к аноду, имеющему заряд «+».
Ионная решетка характерна для солей, оксидов и гидроксидов металлов I–III групп периодической системы, большой группы соединений металлических элемент из других групп. Такие вещества обычно твердые и тугоплавкие.
Ионы высвобождаются при расплавлении и растворении. Расплавы и растворы являются электролитами, проводниками электрического тока, более слабыми, по сравнению с металлами.
Металлическая
Есть значительные отличия от трех предыдущих типов кристаллического строения. В узлах расположены нейтральные атомы и катионы. Между ними беспорядочно движутся электроны, образующие так называемый «электронный газ». (Рис. 8).
Металлы, их сплавы — твердые вещества, имеющие металлический блеск. Они тугоплавкие, обладают высокой тепло- и электропроводностью.
Все известные соединения состоят из атомов, молекул либо ионов. Упорядоченное расположение структурных единиц в пространстве — кристаллическая решетка. Физические свойства веществ во многом определяются типом соединения частиц.
Труднее разрушается атомная, легче — молекулярная кристаллическая решетка. Чтобы «освободить» частицы в составе ионного кристалла, достаточно растворить или расплавить вещество. Особенностью металлической решетки является наличие «электронного газа», высокая электропроводность веществ.
Смотри также:
- Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь
- Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов
Источник