Ako viete, chémia študuje štruktúru a vlastnosti látok, ako aj ich vzájomné premeny. Dôležité miesto v charakterizácii chemických zlúčenín zaujíma otázka, z akého druhu častíc pozostávajú. Môžu to byť atómy, ióny alebo molekuly. V pevných látkach vstupujú do uzlov kryštálových mriežok. Molekulárna štruktúra má relatívne malý počet zlúčenín v pevnom, kvapalnom a plynnom stave.
V našom článku uvedieme príklady látok, ktoré sú charakterizované molekulárnymi kryštálovými mriežkami, a tiež zvážime niekoľko typov intermolekulových interakcií charakteristických pre pevné látky, kvapaliny a plyny.
Prečo potrebujete poznať štruktúru chemických zlúčenín
V každom odvetví ľudského poznania možno vyčleniť skupinu základných zákonov, na ktorých je založený ďalší rozvoj vedy. v chémii- toto je teória M. V. Lomonosov a J. D alton, vysvetľujúci atómovú a molekulárnu štruktúru hmoty. Ako vedci zistili, ak poznáme vnútornú štruktúru, je možné predpovedať fyzikálne aj chemické vlastnosti zlúčeniny. Celé obrovské množstvo organických látok umelo syntetizovaných človekom (plasty, drogy, pesticídy atď.) má vopred určené vlastnosti a vlastnosti, ktoré sú pre jeho priemyselné a domáce potreby najcennejšie.
Znalosti o vlastnostiach štruktúry a vlastností zlúčenín sú požadované pri vykonávaní kontrolných sekcií, testov a skúšok v priebehu chémie. Napríklad v navrhovanom zozname látok nájdite správne odpovede: aká látka má molekulárnu štruktúru?
- Zinok.
- Oxid horečnatý.
- Diamant.
- Naftalén.
Správna odpoveď je: zinok má molekulárnu štruktúru, rovnako ako naftalén.
Sily intermolekulárnej interakcie
Experimentálne sa zistilo, že molekulárna štruktúra je charakteristická pre látky s nízkou teplotou topenia a nízkou tvrdosťou. Ako možno vysvetliť krehkosť kryštálových mriežok týchto zlúčenín? Ako sa ukázalo, všetko závisí od sily spoločného vplyvu častíc nachádzajúcich sa v ich uzloch. Má elektrickú povahu a nazýva sa intermolekulárna interakcia alebo van der Waalsove sily, ktoré sú založené na vzájomnom vplyve opačne nabitých molekúl - dipólov. Ukázalo sa, že existuje niekoľko mechanizmov ich vzniku,v závislosti od povahy samotnej látky.
Kyseliny ako zlúčeniny molekulárneho zloženia
Roztoky väčšiny kyselín, organických aj anorganických, obsahujú polárne častice, ktoré sú voči sebe orientované s opačne nabitými pólmi. Napríklad v roztoku kyseliny chlorovodíkovej HCI sú dipóly, medzi ktorými dochádza k orientačným interakciám. So zvyšujúcou sa teplotou molekuly kyseliny chlorovodíkovej, bromovodíkovej (HBr) a iných kyselín obsahujúcich halogény majú znížený orientačný účinok, pretože tepelný pohyb častíc narúša ich vzájomnú príťažlivosť. Okrem vyššie uvedených látok majú molekulárnu štruktúru sacharóza, naftalén, etanol a ďalšie organické zlúčeniny.
Ako vznikajú indukované nabité častice
Skôr sme uvažovali o jednom z mechanizmov pôsobenia Van der Waalsových síl, nazývanom orientačná interakcia. Okrem organických látok a kyselín obsahujúcich halogén má molekulárnu štruktúru oxid vodíka, voda. V látkach pozostávajúcich z nepolárnych, ale náchylných na tvorbu dipólov, molekúl, ako je oxid uhličitý CO2, možno pozorovať výskyt indukovaných nabitých častíc - dipólov. Ich najdôležitejšou vlastnosťou je schopnosť priťahovať sa navzájom vďaka vzniku elektrostatických príťažlivých síl.
Molekulárna štruktúra plynu
V predchádzajúcom podnadpise sme spomenuli zlúčeninu oxidu uhličitého. Každý jeho atóm vytvára okolo seba elektrické pole, ktoré indukujepolarizácia na atóm blízkej molekuly oxidu uhličitého. Mení sa na dipól, ktorý je zase schopný polarizovať iné častice CO2. V dôsledku toho sa molekuly navzájom priťahujú. Indukčnú interakciu možno pozorovať aj v látkach pozostávajúcich z polárnych častíc, avšak v tomto prípade je oveľa slabšia ako orientačné van der Waalsove sily.
Disperzná interakcia
Atómy samotné aj častice, ktoré ich tvoria (jadro, elektróny) sú schopné nepretržitého rotačného a oscilačného pohybu. Vedie k vzniku dipólov. Podľa výskumu kvantovej mechaniky sa výskyt okamžitých dvojnásobne nabitých častíc vyskytuje v pevných látkach aj v kvapalinách synchrónne, takže konce molekúl nachádzajúcich sa v blízkosti sú s opačnými pólmi. To vedie k ich elektrostatickej príťažlivosti, nazývanej disperzná interakcia. Je charakteristický pre všetky látky, okrem tých, ktoré sú v plynnom stave a ktorých molekuly sú monatomické. Van der Waalsove sily však môžu vznikať napríklad pri prechode inertných plynov (hélium, neón) do kvapalnej fázy pri nízkych teplotách. Molekulárna štruktúra telies alebo kvapalín teda určuje ich schopnosť vytvárať rôzne typy intermolekulárnych interakcií: orientačné, indukované alebo disperzné.
Čo je sublimácia
Molekulárna štruktúra pevnej látky, ako sú kryštály jódu,spôsobuje taký zaujímavý fyzikálny jav, akým je sublimácia - volatilizácia molekúl I2 vo forme fialových pár. Vyskytuje sa z povrchu látky v tuhej fáze, pričom obchádza kvapalné skupenstvo.
Tento vizuálne veľkolepý experiment sa často robí v školských učebniach chémie, aby ilustroval štrukturálne vlastnosti molekulárnych kryštálových mriežok a súvisiace vlastnosti zlúčenín. Zvyčajne ide o nízku tvrdosť, nízke body topenia a varu, slabú tepelnú a elektrickú vodivosť a prchavosť.
Praktické využitie poznatkov o štruktúre látok
Ako sme videli, medzi typom kryštálovej mriežky, štruktúrou a vlastnosťami zlúčeniny možno stanoviť určitú koreláciu. Preto, ak sú známe vlastnosti látky, potom je celkom ľahké predpovedať vlastnosti jej štruktúry a zloženia častíc: atómy, molekuly alebo ióny. Získané informácie môžu byť užitočné aj vtedy, ak je v úlohách z chémie potrebné správne vybrať látky, ktoré majú molekulárnu štruktúru z určitej skupiny zlúčenín, s výnimkou tých, ktoré majú atómové alebo iónové typy mriežok.
Zhrnutím môžeme zhrnúť nasledovné: molekulárna štruktúra pevného telesa a jeho priestorová štruktúra kryštálových mriežok a usporiadanie polarizovaných častíc v kvapalinách a plynoch sú plne zodpovedné za jeho fyzikálne a chemické vlastnosti. Teoreticky, vlastnosti zlúčenín,obsahujúce dipóly závisia od veľkosti síl medzimolekulovej interakcie. Čím vyššia je polarita molekúl a čím menší je polomer atómov, ktoré ich tvoria, tým silnejšie sú orientačné sily, ktoré medzi nimi vznikajú. Naopak, čím väčšie sú atómy, ktoré tvoria molekulu, tým vyšší je jej dipólový moment, a teda tým výraznejšie sú disperzné sily. Molekulárna štruktúra tuhej látky teda ovplyvňuje aj sily interakcie medzi jej časticami - dipólmi.
