Jak víte, chemie studuje strukturu a vlastnosti látek a také jejich vzájemné přeměny. Důležité místo v charakterizaci chemických sloučenin zaujímá otázka, z jakého druhu částic se skládají. Mohou to být atomy, ionty nebo molekuly. V pevných látkách vstupují do uzlů krystalových mřížek. Molekulární struktura má relativně malý počet sloučenin v pevném, kapalném a plynném stavu.
V našem článku uvedeme příklady látek, které se vyznačují molekulárními krystalovými mřížkami, a také zvážíme několik typů intermolekulárních interakcí charakteristických pro pevné látky, kapaliny a plyny.
Proč potřebujete znát strukturu chemických sloučenin
V každém odvětví lidského poznání lze vyčlenit skupinu základních zákonů, na kterých je založen další vývoj vědy. v chemii- to je teorie M. V. Lomonosov a J. D alton, vysvětlující atomovou a molekulární strukturu hmoty. Jak vědci prokázali, při znalosti vnitřní struktury je možné předpovědět jak fyzikální, tak chemické vlastnosti sloučeniny. Celé obrovské množství organických látek uměle syntetizovaných člověkem (plasty, drogy, pesticidy atd.) má předem určené vlastnosti a vlastnosti, které jsou nejcennější pro jeho průmyslové a domácí potřeby.
Znalosti o vlastnostech struktury a vlastností sloučenin jsou vyžadovány při provádění kontrolních částí, testů a zkoušek v průběhu chemie. Například v navrhovaném seznamu látek najděte správné odpovědi: jaká látka má molekulární strukturu?
- Zinek.
- Oxid hořečnatý.
- Diamant.
- Naftalen.
Správná odpověď je: zinek má molekulární strukturu, stejně jako naftalen.
Síly intermolekulární interakce
Experimentálně bylo zjištěno, že molekulární struktura je charakteristická pro látky s nízkými teplotami tání a nízkou tvrdostí. Jak lze vysvětlit křehkost krystalových mřížek těchto sloučenin? Jak se ukázalo, vše závisí na síle společného vlivu částic umístěných v jejich uzlech. Má elektrickou povahu a nazývá se intermolekulární interakcí nebo van der Waalsovými silami, které jsou založeny na vzájemném vlivu opačně nabitých molekul - dipólů. Ukázalo se, že existuje několik mechanismů jejich vzniku,v závislosti na povaze samotné látky.
Kyseliny jako sloučeniny molekulárního složení
Roztoky většiny kyselin, organických i anorganických, obsahují polární částice, které jsou vůči sobě orientovány s opačně nabitými póly. Například v roztoku kyseliny chlorovodíkové HC1 jsou dipóly, mezi kterými dochází k orientačním interakcím. S nárůstem teploty molekuly kyseliny chlorovodíkové, bromovodíkové (HBr) a dalších kyselin obsahujících halogen snižují orientační účinek, protože tepelný pohyb částic narušuje jejich vzájemnou přitažlivost. Kromě výše uvedených látek mají molekulární strukturu sacharóza, naftalen, ethanol a další organické sloučeniny.
Jak vznikají indukované nabité částice
Dříve jsme zvažovali jeden z mechanismů působení Van der Waalsových sil, nazývaný orientační interakce. Kromě organických látek a kyselin obsahujících halogen má molekulární strukturu oxid vodíku, voda. V látkách sestávajících z nepolárních, ale náchylných k tvorbě dipólů, molekul, jako je oxid uhličitý CO2, lze pozorovat výskyt indukovaných nabitých částic - dipólů. Jejich nejdůležitější vlastností je schopnost přitahovat se navzájem díky vzniku elektrostatických přitažlivých sil.
Molekulární struktura plynu
V předchozím podnadpisu jsme zmínili sloučeninu oxid uhličitý. Každý jeho atom kolem sebe vytváří elektrické pole, které indukujepolarizace na atom blízké molekuly oxidu uhličitého. Mění se v dipól, který je zase schopen polarizovat další částice CO2. V důsledku toho se molekuly vzájemně přitahují. Indukční interakci lze pozorovat i u látek sestávajících z polárních částic, v tomto případě je však mnohem slabší než orientační van der Waalsovy síly.
Disperzní interakce
Jak samotné atomy, tak částice, které je tvoří (jádro, elektrony), jsou schopny nepřetržitého rotačního a oscilačního pohybu. Vede ke vzniku dipólů. Podle výzkumů kvantové mechaniky dochází k výskytu okamžitých dvojnásobně nabitých částic jak v pevných látkách, tak v kapalinách synchronně, takže konce molekul nacházejících se v blízkosti jsou s opačnými póly. To vede k jejich elektrostatické přitažlivosti, nazývané disperzní interakce. Je charakteristický pro všechny látky, kromě těch, které jsou v plynném stavu a jejichž molekuly jsou monatomické. Van der Waalsovy síly však mohou vznikat např. při přechodu inertních plynů (helium, neon) do kapalné fáze za nízkých teplot. Molekulární struktura těles nebo kapalin tedy určuje jejich schopnost vytvářet různé typy intermolekulárních interakcí: orientační, indukované nebo disperzní.
Co je sublimace
Molekulární struktura pevné látky, jako jsou krystaly jódu,způsobuje tak zajímavý fyzikální jev jako je sublimace - těkání molekul I2 ve formě fialových par. Vyskytuje se z povrchu látky v pevné fázi a obchází kapalné skupenství.
Tento vizuálně působivý experiment se často provádí ve školních učebnách chemie, aby ilustroval strukturální rysy molekulárních krystalových mřížek a související vlastnosti sloučenin. Obvykle se jedná o nízkou tvrdost, nízké body tání a varu, špatnou tepelnou a elektrickou vodivost a těkavost.
Praktické využití znalostí o struktuře látek
Jak jsme viděli, lze určit určitou korelaci mezi typem krystalové mřížky, strukturou a vlastnostmi sloučeniny. Pokud jsou tedy známy vlastnosti látky, je docela snadné předpovědět vlastnosti její struktury a složení částic: atomů, molekul nebo iontů. Získané informace mohou být také užitečné, pokud je v úlohách z chemie nutné správně vybrat látky, které mají molekulární strukturu z určité skupiny sloučenin, s výjimkou těch, které mají atomární nebo iontové typy mřížek.
Shrneme-li, můžeme dojít k následujícímu: molekulární struktura pevného tělesa a jeho prostorová struktura krystalových mřížek a uspořádání polarizovaných částic v kapalinách a plynech jsou plně zodpovědné za jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Teoreticky vlastnosti sloučenin,obsahující dipóly závisí na velikosti sil mezimolekulární interakce. Čím vyšší je polarita molekul a čím menší je poloměr atomů, které je tvoří, tím silnější jsou orientační síly, které mezi nimi vznikají. Naopak, čím větší atomy tvoří molekulu, tím vyšší je její dipólový moment, a tedy i významnější disperzní síly. Molekulární struktura pevné látky tedy také ovlivňuje síly interakce mezi jejími částicemi - dipóly.
