Характеристики химических связей. Зависимость свойств веществ от их состава и строения. Строение вещества. Типы кристаллических решеток Зависимость свойств вещества от молекулярной структуры

н -бутан

изобутан цикло–пентан метил-ц-бутан

Различное положение функциональных групп

OH [пропанол-1] OH [пропанол-2]

Различный вид функциональных групп (метамерия)

изомеры

кислота] аминоэтановой кислоты]

См. также пример из табл. 2.

Б) Различие электронного строения:

Различный вид и положение кратных связей

(изомеры

[бутадиен-1,3] [бутин-1] [бутин-2]

Обычные структурные формулы отражают только эти два (А и Б) аспекта структуры молекул.

В) ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗОМЕРИЯ (или стереоизомерия):

Такие изомеры имеют одинаковый порядок связи между атомами, но различаются по пространственному расположению входящих в их состав атомов или групп атомов. Для показа пространственной структуры используют спецприемы.

Сюда относятся:

(5) Цис-транс-Изомерия – различное расположение атомов относи­тельно двойной связи (а) или плоскости цикла (б):

Пример (а) – стереоизомеры бутен-2:

[цис-Бутен-2] [транс-Бутен-2]

Пример (б) – стереоизомеры :

цис-форма транс-форма

(6) Оптическая (зеркальная) изомерия

Это явление обусловлено наличием в молекулах асимметрических атомов углерода; рассматривается в разделах «Оксикислоты» и «Углеводы».

(7) Конформационная изомерия

Электроотрицательностью называется свойство химического элемента притягивать к своему атому электроны от атомов других элементов, с которыми данный элемент образует химическую связь в соединениях.

При образовании химической связи между атомами разных элементов общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому, из-за чего связь становится ковалентно-полярной, а при большой разности электроотрицательностей – ионной.

Электроотрицательность учитывается при написании химических формул: в бинарных соединениях сзади записывается символ наиболее электроотрицательного элемента.

Электроотрицательность возрастает в направлении слева направо для элементов каждого периода и уменьшается в направлении сверху вниз для элементов одной и той же группы ПС.

Валентностью элемента называется свойство его атомов соединяться с определенным числом других атомов.

Различают стехиометрическую, электронную валентность и координационное число. Мы рассмотрим только стехиометрическую валентность.

Стехиометрическая валентность показывает, сколько атомов другого элемента присоединяет атом данного элемента. За единицу валентности принята валентность водорода, т.к. водород всегда одновалентен. Например, в соединениях HCl, H 2 O, NH 3 (правильное написание аммиака Н 3 N уже используется в современных пособиях), СН 4 хлор одновалентен, кислород двухвалентен, азот трехвалентен и углерод четырехвалентен.

Стехиометрическая валентность кислорода обычно равна 2. Так как почти все элементы образуют соединения с кислородом, то удобно его использовать в качестве эталона для определения валентности другого элемента. Например, в соединениях Na 2 O, CoO, Fe 2 O 3 , SO 3 натрий одновалентен, кобальт двухвалентен, железо трехвалентно, сера шестивалентна.

В окислительно-восстановительных реакциях нам важно будет определять степени окисления элементов.

Степенью окисления элемента в веществе называется его стехиометрическая валентность, взятая со знаком плюс или минус.

Химические элементы подразделяются на элементы постоянной валентности элементы переменной валентности.

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

В зависимости от того, в каком состоянии соединения находятся в природе, они делятся на молекулярные и немолекулярные. В молекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются молекулы. Эти вещества имеют молекулярную кристаллическую решетку. В немолекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются атомы или ионы. Кристаллическая решетка у них атомная, ионная или металлическая.

Тип кристаллической решетки во многом определяет свойства веществ. Например, металлы, имеющие металлический тип кристаллической решетки , отличаются от всех остальных элементов высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью . Эти свойства, а также и многие другие – ковкость, металлический блеск и т.п. обусловлены особым видом связи между атомами металла -- металлической связью. Необходимо отметить, что свойства, присущие металлам, проявляются только в конденсированном состоянии. Например, серебро в газообразном состоянии не обладает физическими свойствами металлов.

Особый тип связи в металлах – металлическая – обусловлен дефицитом валентных электронов, поэтому они общие для всей структуры металла. Наиболее простая модель строения металлов предполагала, что кристаллическая решетка металлов состоит из положительных ионов, окруженных свободными электронами, движение электронов происходит хаотически, подобно молекулам газа. Однако такая модель, качественно объясняя многие свойства металлов, при количественной проверке оказывается недостаточной. Дальнейшая разработка теории металлического состояния привела к созданию зонной теории металлов , которая основывается на представлениях квантовой механики.

В узлах кристаллической решетки находятся катионы и атомы металла, а электроны свободно перемещаются по кристаллической решетке .

Характерным механическим свойством металлов является пластичность , обусловленная особенностями внутреннего строения их кристаллов. Под пластичностью понимают способность тел под действием внешних сил подвергаться деформации, которая остается и после прекращения внешнего воздействия. Это свойство металлов позволяет придавать им различную форму при ковке, прокатывать металл в листы или вытягивать в проволоку.

Пластичность металлов обусловлена тем, что при внешнем воздействии слои ионов, образующих кристаллическую решетку, сдвигаются относительно друг друга без разрыва. Это происходит в результате того, что переместившиеся электроны благодаря свободному перераспределению продолжают осуществлять связь межу ионными слоями. При механическом воздействии на твердое вещество с атомной решеткой смещаются отдельные ее слои и сцепление между ними нарушается из-за разрыва ковалентных связей.

ионы , то эти вещества образуют ионный тип кристаллической решетки .

Это соли, а также оксиды и гидроксиды типичных металлов. Это твердые, хрупкие вещества, но основное их качество: растворы и расплавы этих соединений проводят электрический ток .

Если в узлах кристаллической решетки находятся атомы , то эти вещества образуют атомный тип кристаллической решетки (алмаз, бор, кремний оксиды алюминия и кремния). По свойствам очень твердые и тугоплавкие, нерастворимы в воде.

Если в узлах кристаллической решетки находятся молекулы , то эти вещества образуют (при обычных условиях газы и жидкости: О 2 , HCl; I 2 органические вещества).

Интересно отметить металл галлий, который плавится при температуре 30 о С. Эта его аномалия объясняется тем, что в узлах кристаллической решетки находятся молекулы Ga 2 и его свойства в чем становятся схожи с веществами, имеющие молекулярную кристаллическую решетку.

Пример. Немолекулярное строение имеют все неметаллы группы:

1) углерод, бор, кремний; 2) фтор, бром, иод;

3) кислород, сера, азот; 4) хлор, фосфор, селен.

В немолекулярных веществах мельчайшими структурными частицами являются атомы или ионы. Кристаллическая решетка у них атомная, ионная или металлическая

При решении этого вопроса проще идти от противного. Если в узлах кристаллической решетки находятся молекулы , то эти вещества образуют молекулярный тип кристаллической решетки (при обычных условиях газы и жидкости: О 2 , HCl; также I 2, ромбическая сера S 8 , белый фосфор Р 4 , органические вещества). По свойствам это непрочные легкоплавкие соединения.

Во втором ответе есть газ фтор, в третьем – газы кислород, азот, в четвертом – газ хлор. Значит, эти вещества имеют молекулярную кристаллическую решетку и молекулярное строение.

В первом ответе все вещества – твердые соединения при обычных условиях и образуют атомную решетку, значит, имеют немолекулярное строение.

Правильный ответ: 1) углерод, бор, кремний

Современное учение о свойствах органических является развитием идеи А. М. Бутлерова о зависимости от его строения. Выражающая строение дает представление о всем многообразии , хотя предсказания на не являются следствием строгих математических законов, а носят лишь качественный характер и предоставляют еще многое на долю таланта и интуиции химика-экспериментатора.

Характеристики физических свойств соединений часто выражают как сумму нескольких слагаемых, относящихся к соответствующих элементов, которые входят в состав данного соединения. Применение таких аддитивных схем для нахождения какой-либо физико-химической характеристики соединения по формуле его строения равносильно, следовательно, предположению, что элемента, входя в состав различных соединений, вносит всегда одну и ту же долю такой характеристики.

В простейших случаях это предположение в отношении оказывается очень близким к истине (аддитивны, например, величины молекулярных объемов и

Задания с комментариями и решениями

Пример 17. Молекулярную кристаллическую решетку имеет каждое из двух веществ:

1) графит и алмаз

2) кремний и иод

3) хлор и оксид углерода(IV)

4) хлорид бария и оксид бария

В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решёток: ионные, атомные, молекулярные и металлические. В узлах кристаллических решёток алмаза и кремния находятся атомы, соединенные прочными ковалентными связями. Вещества хлорид бария и оксид бария образованы по типу ионной связи. Кристаллические решетки, в узлах которых находятся молекулы (полярные и неполярные), называются молекулярными. Только хлор, молекула которого образована ковалентной неполярной связью, и оксид углерода(1У), для молекулы которого характерна ковалентная полярная связь, имеют молекулярные кристаллические решетки.

Пример 18. Кристаллическая решётка алмаза и графита

1) атомная

2) металлическая

4) молекулярная

Простые вещества - аллотропные разновидности углерода - не могут иметь ионное строение. Металлическая решётка для неметалла углерода также невозможна. Наконец, исключим молекулярную решётку, т.к. ни алмаз, ни графит не образуют изолированных молекул. Кристаллическая решётка алмаза и графита - атомная.

Пример 19. Немолекулярное строение имеет

1) фуллерен

4) углекислый газ

Фуллерен - аллотропная модификация углерода - состоит из отдельных молекул С 60 и С 70 , т.е. имеет молекулярное строение. Молекулярное строение имеют также вода и углекислый газ. Они состоят, соответственно, из молекул Н 2 O и СO 2 . Методом исключения приходим к выводу, что немолекулярное строение имеет алмаз. Действительно, высокая твёрдость и высокая температура плавления алмаза свидетельствуют о немолекулярной природе этого вещества. Кристаллическая решетка алмаза - атомная.

Задания для самостоятельной работы

50. К веществам с молекулярным строением относятся

2) оксид углерода(II)

4) оксид кремния(IV)

5) оксид железа(III)

51. Веществами молекулярного строения являются

3) С 3 Н 7 ОН

52. Ионную кристаллическую решётку имеют

2) уксусная кислота

3) поваренная соль

5) сахароза

53. Молекулярное строение имеют

54.

3) оксид водорода

4) оксид калия

5) оксид кремния

55. Молекулярное строение имеют

2) оксид алюминия

3) белый фосфор

5) бромид калия

56. Молекулярное строение имеют

1) поваренная соль

2) кремнезем

3) глицерин

5) медный купорос

57. Молекулярное строение имеют

58. Немолекулярное строение имеют

59. Ионную кристаллическую решетку имеют

2) хлорид цезия

3) хлорид фосфора(III)

4) оксид углерода(II)

5) оксид натрия

60. Кристаллическая решетка сульфата натрия

2) молекулярная

3) металлическая

4) атомная

61. Графит имеет кристаллическую решетку