Kuten tiedät, kemia tutkii aineiden rakennetta ja ominaisuuksia sekä niiden keskinäisiä muunnoksia. Tärkeä paikka kemiallisten yhdisteiden karakterisoinnissa on kysymyksellä, millaisista hiukkasista ne koostuvat. Se voi olla atomeja, ioneja tai molekyylejä. Kiinteissä aineissa ne tulevat kidehilojen solmuihin. Molekyylirakenteessa on suhteellisen pieni määrä yhdisteitä kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaisessa tilassa.
Artikkelissamme annamme esimerkkejä aineista, joille on ominaista molekyylikidehilat, ja tarkastelemme myös useita kiinteille aineille, nesteille ja kaasuille ominaisia molekyylien välisiä vuorovaikutuksia.
Miksi sinun on tiedettävä kemiallisten yhdisteiden rakenne
Jokaisella ihmistiedon haaralla voidaan erottaa joukko peruslakeja, joihin tieteen jatkokehitys perustuu. kemiassa- tämä on teoria M. V. Lomonosov ja J. D alton, selittävät aineen atomi- ja molekyylirakennetta. Kuten tiedemiehet ovat todenneet, sisäisen rakenteen tuntemalla on mahdollista ennustaa yhdisteen sekä fysikaaliset että kemialliset ominaisuudet. Koko v altava määrä ihmisen keinotekoisesti syntetisoimia orgaanisia aineita (muovit, lääkkeet, torjunta-aineet jne.) omaa enn alta määrätyt ominaisuudet ja ominaisuudet, jotka ovat arvokkaimpia hänen teollisiin ja kotitaloustarpeisiinsa.
Tieto yhdisteiden rakenteen ja ominaisuuksien ominaisuuksista on tarpeen suoritettaessa kemian kurssin kontrolliosioita, testejä ja kokeita. Etsi esimerkiksi ehdotetusta aineluettelosta oikeat vastaukset: millä aineella on molekyylirakenne?
- Sinkki.
- Magnesiumoksidi.
- Timantti.
- Naftaleeni.
Oikea vastaus on: sinkillä on molekyylirakenne, samoin kuin naftaleenilla.
Molekulaarisen vuorovaikutuksen voimat
On kokeellisesti osoitettu, että molekyylirakenne on ominaista aineille, joilla on alhainen sulamispiste ja alhainen kovuus. Kuinka voidaan selittää näiden yhdisteiden kidehilojen hauraus? Kuten kävi ilmi, kaikki riippuu niiden solmuissa olevien hiukkasten yhteisvaikutuksen voimakkuudesta. Sillä on sähköinen luonne ja sitä kutsutaan molekyylien väliseksi vuorovaikutukseksi tai van der Waalsin voimiksi, jotka perustuvat vastakkaisesti varautuneiden molekyylien - dipolien - vaikutukseen toisiinsa. Kävi ilmi, että niiden muodostumiseen on useita mekanismeja,riippuen itse aineen luonteesta.
Hapot molekyylikoostumuksen yhdisteinä
Useimpien happojen, sekä orgaanisten että epäorgaanisten, liuokset sisältävät polaarisia hiukkasia, jotka ovat orientoituneet toisiinsa nähden vastakkaisesti varautuneilla navoilla. Esimerkiksi kloorivetyhappo-HCl-liuoksessa on dipoleja, joiden välillä tapahtuu orientaatiovuorovaikutuksia. Lämpötilan noustessa kloorivety-, bromivety (HBr) ja muiden halogeenipitoisten happojen molekyylien orientaatiovaikutus heikkenee, koska hiukkasten lämpöliike häiritsee niiden keskinäistä vetovoimaa. Edellä mainittujen aineiden lisäksi sakkaroosilla, naftaleenilla, etanolilla ja muilla orgaanisilla yhdisteillä on molekyylirakenne.
Kuinka indusoituneita varautuneita hiukkasia tuotetaan
Aiemmin pohdimme yhtä Van der Waalsin voimien toimintamekanismeista, jota kutsuttiin orientaatiovuorovaikutukseksi. Orgaanisten aineiden ja halogeenipitoisten happojen lisäksi vetyoksidilla, vedellä on molekyylirakenne. Aineissa, jotka koostuvat ei-polaarisista, mutta alttiita dipolien muodostumiselle, molekyyleille, kuten hiilidioksidille CO2, voidaan havaita indusoitujen varautuneiden hiukkasten - dipolien - ilmaantumista. Niiden tärkein ominaisuus on kyky vetää toisiaan puoleensa sähköstaattisten vetovoimien ilmaantumisen vuoksi.
Kaasun molekyylirakenne
Edellisessä alaotsikossa mainittiin hiilidioksidiyhdiste. Jokainen sen atomi muodostaa ympärilleen sähkökentän, joka indusoipolarisaatio lähellä olevan hiilidioksidimolekyylin atomia kohti. Se muuttuu dipoliksi, joka puolestaan kykenee polarisoimaan muita CO2 hiukkasia. Tämän seurauksena molekyylit houkuttelevat toisiaan. Induktiivinen vuorovaikutus voidaan havaita myös polaarisista hiukkasista koostuvissa aineissa, mutta tässä tapauksessa se on paljon heikompi kuin orientaatiovoimat van der Waals.
Hajautusvuorovaikutus
Sekä atomit itse että niitä muodostavat hiukkaset (ydin, elektronit) pystyvät jatkuvaan pyörivään ja värähtelevään liikkeeseen. Se johtaa dipolien ilmestymiseen. Kvanttimekaniikan tutkimuksen mukaan hetkellisten kaksoisvarautuneiden hiukkasten esiintyminen tapahtuu sekä kiinteissä että nesteissä synkronisesti, jolloin lähellä olevien molekyylien päät osoittautuvat vastakkaisille navoille. Tämä johtaa niiden sähköstaattiseen vetovoimaan, jota kutsutaan dispersiovuorovaikutukseksi. Se on ominaista kaikille aineille, paitsi niille, jotka ovat kaasumaisessa tilassa ja joiden molekyylit ovat yksiatomisia. Van der Waalsin voimia voi kuitenkin syntyä esimerkiksi inerttien kaasujen (helium, neon) siirtyessä nestefaasiin matalissa lämpötiloissa. Siten kappaleiden tai nesteiden molekyylirakenne määrää niiden kyvyn muodostaa erilaisia molekyylien välisiä vuorovaikutuksia: orientaatiota, indusoitua tai dispersiota.
Mikä on sublimaatio
Kiinteän aineen, kuten jodikiteiden, molekyylirakenne,aiheuttaa niin mielenkiintoisen fysikaalisen ilmiön kuin sublimaatio - I2 molekyylien haihtuminen violettien höyryjen muodossa. Se esiintyy kiinteässä faasissa olevan aineen pinn alta ohittaen nestemäisen tilan.
Tämä visuaalisesti näyttävä koe tehdään usein koulujen kemian luokissa havainnollistamaan molekyylikidehilojen rakenteellisia piirteitä ja niihin liittyviä yhdisteiden ominaisuuksia. Yleensä nämä ovat alhainen kovuus, alhaiset sulamis- ja kiehumispisteet, huono lämmön- ja sähkönjohtavuus sekä haihtuvuus.
Aineiden rakenteeseen liittyvän tiedon käytännön käyttö
Kuten olemme nähneet, voidaan määrittää tietty korrelaatio kidehilan tyypin, rakenteen ja yhdisteen ominaisuuksien välillä. Siksi, jos aineen ominaisuudet tunnetaan, on melko helppoa ennustaa sen rakenteen ja hiukkasten: atomien, molekyylien tai ionien koostumuksen piirteet. Saaduista tiedoista voi olla hyötyä myös, jos kemian tehtävissä on tarpeen valita oikein tietystä yhdisteryhmästä aineet, joilla on molekyylirakenne, pois lukien ne, joissa on atomi- tai ionityyppisiä hilatyyppejä.
Yhteenvetona voimme päätellä seuraavaa: kiinteän kappaleen molekyylirakenne ja sen kidehilojen spatiaalinen rakenne sekä polarisoituneiden hiukkasten sijoittuminen nesteisiin ja kaasuihin ovat täysin vastuussa sen fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista. Teoreettisesti sanottuna yhdisteiden ominaisuudet,sisältävät dipolit riippuvat molekyylien välisen vuorovaikutuksen voimien suuruudesta. Mitä suurempi molekyylien polariteetti on ja mitä pienempi ne muodostavien atomien säde on, sitä voimakkaampia niiden välillä syntyy. Päinvastoin, mitä suuremmat molekyylin muodostavat atomit ovat, sitä suurempi on sen dipolimomentti, ja siksi sitä suuremmat dispersiovoimat. Siten kiinteän aineen molekyylirakenne vaikuttaa myös sen hiukkasten - dipolien - välisiin vuorovaikutusvoimiin.
