Какими свойствами обладают вещества молекулярного строения
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: 158.
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
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
Химия – наука о веществах, их свойствах, превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения.
Вещества – это то, из чего состоят предметы (физические тела) окружающего мира. Вещества, существующие в природе, постоянно претерпевают различные изменения.
Явления – различные изменения, которые происходят с веществами.
Физические явления – явления, не сопровождающиеся превращениями одних веществ, в другие (обычно изменяется агрегатное состояние веществ или их форма).
Химические явления – явления, в результате которых из данных веществ образуются другие.
Иначе химические явления называют химическими реакциями.
Каждое вещество обладает строго определёнными свойствами.
Свойства веществ – признаки, позволяющие отличить одни вещества от других, или установить сходство между ними.
Физические свойства:
m – масса, V – объём, ρ – плотность.
Масса может быть выражена в граммах, объем в миллилитрах (если это жидкость) или литрах (если это газ).
1 мл = 1 см3, 1 л = 1 дм3, 1000 л = 1 м3
Поэтому плотность измеряют в г/мл, г/см3 (если это жидкость), или в г/л, г/дм3 (если это газ).
Если принять V = 1, то плотность – это масса единичного объёма вещества.
Химические свойства – это те химические реакции, в которые вступает данное вещество.
Так же можно сказать, что химические свойства – это те химические реакции, которые характеризуют группу веществ (класс веществ). Например, мы будем в дальнейшем изучать свойства воды, свойства класса оксидов, свойства класса алканов и т.д.
ООсновы атомно – молекулярного учения
Идея о том, что вещества состоят из мельчайших частиц возникла в Древней Греции в философских учениях Левкиппа и его ученика Демокрита. Эти частицы они назвали атомами (неделимые).
Существование атомов было доказано эмпирическим путём в конце 16 – начале 17 века Джоном Дальтоном и М. В. Ломоносовым. Ими же были заложены основы атомно – молекулярного учения.
В настоящее время, в связи с открытием делимости атома и появлением теории химической связи, основные положения атомно – молекулярного учения существенно изменились. Его суть можно свести к ряду важных положений, которые необходимо запомнить.
Все вещества, существующие в природе, представляют собой совокупность очень большого числа частиц (атомов, молекул или ионов). В зависимости от типа частиц все вещества условно подразделяют на две группы: вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения (атомного или ионного).
Вещества молекулярного строения – вещества, основной структурной единицей которых является молекула.
Вещества немолекулярного строения – вещества, основными структурными единицами которых являются атомы или ионы.
Частицы, из которых состоит данное вещество, взаимодействуют между собой посредством электромагнитных (кулоновских) сил и находятся в постоянном движении. Движение частиц ограничено силами взаимодействия между ними.Каждое вещество, в зависимости от условий (температуры, давления) может находиться в определённом агрегатном состоянии.
В твёрдом агрегатном состоянии вещества, составляющие его частицы находятся относительно упорядоченно (кристаллическое состояние), их кинетическая энергия (энергия движения) существенно меньше чем потенциальная (энергия покоя). В газообразном состоянии, частицы свободно движутся в предоставленном им объёме и их кинетическая энергия существенно выше чем потенциальная.
В жидкости же потенциальная энергия частиц примерно равна их кинетической энергии. Это связано с тем, что часть частиц жидкости находится относительно упорядоченно в составе так называемых кластеров(англ. cluster— скопление). Другие же частицы свободно перемещаются по объёму жидкости. Чем ниже температура жидкости, тем больше в ней кластеров и наоборот.
Рис. Кластеры воды, где число молекул 20-220
Следует отметить, что существуют еще два дополнительные “состояния”. Это жидкокристаллическое состояние и состояние плазмы.
Цитоплазматическая мембрана клетки – типичный пример жидкого кристалла. Молекулы фосфолипидов в биологической мембране относительно упорядоченно распределяются в двух слоях, но при этом могут в пределах слоя свободно перемещаться, а также “перескакивать” из одного слоя в другой.
Жидкие кристаллы имеют широкое применение в технике (напр., ЖК-мониторы компьютеров).
Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — ионизованный газ.
Плазма в своём составе содержит свободные электроны, катионы (положительно заряженные ионы) и анионы (отрицательно заряженные ионы).
Так как плазма содержит заряженные частицы, то она проводит электрический ток и на неё можно воздействовать внешним магнитным полем. Различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму.
Изучает свойства плазмы наука физика.
Вещество из одного агрегатного состояния может переходить в другие агрегатные состояния при изменении внешних условий – температуры (T) и давления (P). Такие переходы принято называть фазовыми переходами.
Так, при повышении температуры, твердое вещество превращается в жидкость, а жидкость при ещё большей температуре превращается в газ. Дальнейшее повышение температуры переводит газ в плазму. При таких переходах вещество в другие вещества не превращается. Напомним, что такие явления мы называем физическими. Поэтому фазовые переходы – это физические явления.
При понижении температуры происходят обратные фазовые переходы – газ превращается в жидкость, а жидкость переходит в твердое состояние.
Фазовые переходы имеют названия.
Твердое —> Жидкое (плавление, обратный переход – кристаллизация)
Жидкое —> Газообразное (испарение, обратный переход – конденсация)
Газообразное —> Плазма (ионизация, обратный переход – деионизация)
Твердое —> Газообразное (сублимация или возгонка, обратный переход – десублимация)
Вещество – совокупность большого числа частиц, находящаяся в определённом агрегатном состоянии в зависимости от условий (температуры и давления).
Поэтому, например, такая фраза как: “Вода – жидкое вещество”, является некорректной. Если мы говорим об агрегатном состоянии вещества, то следует обязательно уточнить условия в которых находится вещество – температуру и давление. Такая фраза как: “При нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, вода – жидкое по агрегатному состоянию вещество”, является правильной.
С точки зрения физики, что более точно, вещество – это форма материи, состоящая из частиц, обладающих массой покоя. Существуют частицы, не обладающие массой покоя, например, фотоны. Материя, состоящая из частиц, не обладающих массой покоя называется поле.
Протоны, нейтроны, электроны – это частицы, обладающие массой покоя, следовательно это частицы вещества. Но химия не изучает вещество, состоящее, к примеру, из электронов (электронный газ), или вещество, состоящее из нейтронов (нейтронный газ). Это удел физики.
Химия изучает вещества, состоящие из атомов, молекул или ионов.
Ввиду этого вещество условно можно подразделить на физическое (электронный газ в проводнике, нейтронный газ и т.д.) и химическое (состоящее из атомов, молекул, ионов, свободных радикалов).
Источник