Ատոմ-մոլեկուլային գիտ. Քիմիական տարրեր. Գազերը, հեղուկները և պինդ մարմինները պատկանում են մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքի նյութերին: Բյուրեղյա ցանցի տեսակը. Նյութերի հատկությունների կախվածությունը դրանց կազմից և կառուցվածքից

Նյութերի մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքը: Նյութի կառուցվածքը

Քիմիական փոխազդեցության մեջ մտնում են ոչ թե առանձին ատոմներ կամ մոլեկուլներ, այլ նյութեր։ Նյութերը դասակարգվում են ըստ կապի տեսակի մոլեկուլայինԵվ ոչ մոլեկուլային կառուցվածք. Մոլեկուլներից կազմված նյութերը կոչվում են մոլեկուլային նյութեր. Նման նյութերի մոլեկուլների միջև կապերը շատ թույլ են, շատ ավելի թույլ, քան մոլեկուլի ներսում գտնվող ատոմների միջև, և նույնիսկ համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում դրանք կոտրվում են. նյութը վերածվում է հեղուկի, այնուհետև գազի (յոդի սուբլիմացիա): Մոլեկուլներից բաղկացած նյութերի հալման և եռման կետերը մեծանում են մոլեկուլային քաշի ավելացման հետ։ TO մոլեկուլային նյութերներառում են ատոմային կառուցվածք ունեցող նյութեր (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), որոնց թվում կան մետաղներ և ոչ մետաղներ։ Նյութերին ոչ մոլեկուլային կառուցվածքներառում են իոնային միացություններ. Ոչ մետաղների հետ մետաղների միացությունների մեծ մասն ունի այս կառուցվածքը՝ բոլոր աղերը (NaCl, K 2 SO 4), որոշ հիդրիդներ (LiH) և օքսիդներ (CaO, MgO, FeO), հիմքեր (NaOH, KOH): Իոնային (ոչ մոլեկուլային) նյութերունեն բարձր հալման և եռման ջերմաստիճան:

Պինդները՝ ամորֆ և բյուրեղային

Պինդները բաժանվում են բյուրեղային և ամորֆ.

Ամորֆ նյութերչունեն հստակ հալման կետ. տաքանալիս աստիճանաբար փափկվում են և վերածվում հեղուկ վիճակի։ Օրինակ՝ պլաստիլինն ու տարբեր խեժերը ամորֆ վիճակում են։

Բյուրեղային նյութերբնութագրվում է այն մասնիկների ճիշտ դասավորությամբ, որոնցից կազմված են՝ ատոմներ, մոլեկուլներ և իոններ՝ տիեզերքի խիստ սահմանված կետերում: Երբ այս կետերը միացված են ուղիղ գծերով, ձևավորվում է տարածական շրջանակ, որը կոչվում է բյուրեղյա վանդակ: Այն կետերը, որտեղ գտնվում են բյուրեղային մասնիկները, կոչվում են վանդակավոր հանգույցներ: Կախված բյուրեղային ցանցի հանգույցներում տեղակայված մասնիկների տեսակից և դրանց միջև կապի բնույթից՝ առանձնանում են բյուրեղային ցանցերի չորս տեսակ՝ իոնային, ատոմային, մոլեկուլային և մետաղական։

Բյուրեղյա վանդակները կոչվում են իոնային, որոնց հանգույցներում կան իոններ։ Դրանք ձևավորվում են իոնային կապերով նյութերից, որոնք կարող են կապել ինչպես պարզ իոններ Na+, Cl-, այնպես էլ բարդ SO 4 2-, OH -: Հետևաբար, աղերը և մետաղների որոշ օքսիդներ և հիդրօքսիդներ ունեն իոնային բյուրեղային ցանցեր։ Օրինակ, նատրիումի քլորիդի բյուրեղը կառուցված է փոփոխվող դրական Na + և բացասական Cl- իոններից՝ ձևավորելով խորանարդաձև վանդակ։ Նման բյուրեղում իոնների միջև կապերը շատ կայուն են: Հետևաբար, իոնային ցանց ունեցող նյութերը բնութագրվում են համեմատաբար բարձր կարծրությամբ և ամրությամբ, դրանք հրակայուն են և չցնդող։

Բյուրեղային ցանց՝ ա) և ամորֆ վանդակ՝ բ):

Բյուրեղային ցանց՝ ա) և ամորֆ վանդակ՝ բ):

Ատոմային բյուրեղյա վանդակներ

Ատոմայինկոչվում են բյուրեղյա վանդակներ, որոնց հանգույցներում կան առանձին ատոմներ։ Նման ցանցերում ատոմները միացված են միմյանց շատ ուժեղ կովալենտային կապեր. Այս տեսակի բյուրեղային ցանցերով նյութերի օրինակ է ադամանդը՝ ածխածնի ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներից մեկը։ Ատոմային բյուրեղային ցանց ունեցող նյութերի մեծ մասը ունեն շատ բարձր հալման կետեր (օրինակ, ադամանդի համար այն ավելի քան 3500 ° C է), դրանք ամուր են և կարծր և գործնականում անլուծելի:

Մոլեկուլային բյուրեղյա ցանցեր

Մոլեկուլայինկոչվում են բյուրեղյա ցանցեր, որոնց հանգույցներում գտնվում են մոլեկուլները։ Այս մոլեկուլներում քիմիական կապերը կարող են լինել և՛ բևեռային (HCl, H 2 O), և՛ ոչ բևեռային (N 2, O 2): Չնայած այն հանգամանքին, որ մոլեկուլների ներսում գտնվող ատոմները կապված են շատ ուժեղ կովալենտային կապերով, Միջմոլեկուլային ձգողականության թույլ ուժերը գործում են հենց մոլեկուլների միջև. Հետևաբար, մոլեկուլային բյուրեղյա ցանցերով նյութերն ունեն ցածր կարծրություն, ցածր հալման կետ և ցնդող են։ Պինդ օրգանական միացությունների մեծ մասը ունեն մոլեկուլային բյուրեղային ցանցեր (նաֆտալին, գլյուկոզա, շաքար):

Մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակ (ածխածնի երկօքսիդ)

Մետաղական բյուրեղյա վանդակաճաղեր

Նյութերի հետ մետաղական կապունեն մետաղական բյուրեղյա վանդակներ: Նման վանդակաճաղերի հանգույցներում կան ատոմներ և իոններ(կամ ատոմներ կամ իոններ, որոնց մեջ մետաղի ատոմները հեշտությամբ փոխակերպվում են՝ թողնելով իրենց արտաքին էլեկտրոնները «ընդհանուր օգտագործման համար»): Մետաղների այս ներքին կառուցվածքը որոշում է նրանց բնորոշ ֆիզիկական հատկությունները՝ ճկունություն, ճկունություն, էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակություն, բնորոշ մետաղական փայլ:

Խաբեբա թերթիկներ

Ատոմային-մոլեկուլային գիտությունը մշակվել և քիմիայում առաջին անգամ կիրառվել է ռուս մեծ գիտնական Մ.Վ. Այս վարդապետության հիմնական դրույթները շարադրված են «Մաթեմատիկական քիմիայի տարրեր» աշխատությունում (1741) և մի շարք այլ աշխատություններում։ Լոմոնոսովի ուսմունքի էությունը կարելի է կրճատել հետևյալ դրույթներով.

1. Բոլոր նյութերը բաղկացած են «մարմիններից» (ինչպես Լոմոնոսովն անվանեց մոլեկուլներ):

2. Մոլեկուլները բաղկացած են «տարրերից» (ինչպես Լոմոնոսովն անվանեց ատոմները):

3. Մասնիկները՝ մոլեկուլները և ատոմները, գտնվում են շարունակական շարժման մեջ։ Մարմինների ջերմային վիճակը նրանց մասնիկների շարժման արդյունքն է։

4. Պարզ նյութերի մոլեկուլները բաղկացած են միանման ատոմներից, բարդ նյութերի մոլեկուլները՝ տարբեր ատոմներից։

Լոմոնոսովից 67 տարի անց անգլիացի գիտնական Ջոն Դալթոնը քիմիայի մեջ կիրառեց ատոմական ուսուցումը։ Նա ուրվագծել է ատոմիզմի հիմնական սկզբունքները «Քիմիական փիլիսոփայության նոր համակարգ» (1808) գրքում։ Իր հիմքում Դալթոնի ուսմունքը կրկնում է Լոմոնոսովի ուսմունքը։ Այնուամենայնիվ, Դալթոնը հերքեց պարզ նյութերում մոլեկուլների առկայությունը, ինչը Լոմոնոսովի ուսմունքի համեմատ հետընթաց է։ Ըստ Դալթոնի պարզ նյութերը բաղկացած են միայն ատոմներից, և միայն բարդ նյութերը բաղկացած են «բարդ ատոմներից» (ժամանակակից իմաստով՝ մոլեկուլներից): Ատոմ-մոլեկուլային տեսությունը քիմիայում վերջնականապես հաստատվեց միայն 19-րդ դարի կեսերին։ 1860 թվականին Կարլսրուեում քիմիկոսների միջազգային կոնգրեսում ընդունվեցին մոլեկուլ և ատոմ հասկացությունների սահմանումներ։

Մոլեկուլը տվյալ նյութի ամենափոքր մասնիկն է, որն ունի իր քիմիական հատկությունները։ Մոլեկուլի քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա բաղադրությամբ և քիմիական կառուցվածքով։

Ատոմը քիմիական տարրի ամենափոքր մասնիկն է, որը պարզ և բարդ նյութերի մոլեկուլների մի մասն է։ Տարրի քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա ատոմի կառուցվածքով։ Սա հանգեցնում է ատոմի սահմանմանը, որը համապատասխանում է ժամանակակից հասկացություններին.

Ատոմը էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկ է, որը բաղկացած է դրական լիցքավորված ատոմային միջուկից և բացասական լիցքավորված էլեկտրոններից։

Ժամանակակից հասկացությունների համաձայն՝ գազային և գոլորշի վիճակում գտնվող նյութերը կազմված են մոլեկուլներից։ Պինդ վիճակում մոլեկուլներից բաղկացած են միայն այն նյութերը, որոնց բյուրեղային ցանցն ունի մոլեկուլային կառուցվածք։ Պինդ անօրգանական նյութերի մեծ մասը չունեն մոլեկուլային կառուցվածք. նրանց ցանցը բաղկացած է ոչ թե մոլեկուլներից, այլ այլ մասնիկներից (իոններ, ատոմներ); դրանք գոյություն ունեն մակրոմարմինների տեսքով (նատրիումի քլորիդի բյուրեղ, պղնձի կտոր և այլն)։ Աղերը, մետաղների օքսիդները, ադամանդը, սիլիցիումը և մետաղները մոլեկուլային կառուցվածք չունեն։

Քիմիական տարրեր

Ատոմ-մոլեկուլային գիտությունը հնարավորություն տվեց բացատրել քիմիայի հիմնական հասկացություններն ու օրենքները։ Ատոմ-մոլեկուլային տեսության տեսակետից քիմիական տարր կոչվում է ատոմի յուրաքանչյուր առանձին տեսակ։ Ատոմի ամենակարևոր բնութագիրը նրա միջուկի դրական լիցքն է, որը թվային առումով հավասար է տարրի ատոմային թվին։ Միջուկային լիցքի արժեքը տարբեր տեսակի ատոմների համար ծառայում է որպես տարբերակիչ հատկանիշ, ինչը թույլ է տալիս մեզ տարր հասկացության ավելի ամբողջական սահմանում տալ.

Քիմիական տարր- Սա միջուկի վրա նույն դրական լիցքով ատոմի որոշակի տեսակ է:

Հայտնի է 107 տարր։ Ներկայումս աշխատանքները շարունակվում են ավելի բարձր ատոմային թվերով քիմիական տարրերի արհեստական ​​արտադրության վրա։

Բոլոր տարրերը սովորաբար բաժանվում են մետաղների և ոչ մետաղների: Սակայն այս բաժանումը պայմանական է։ Տարրերի կարևոր հատկանիշը նրանց առատությունն է երկրի ընդերքում, այսինքն. Երկրի վերին պինդ թաղանթում, որի հաստությունը ենթադրվում է մոտավորապես 16 կմ։ Երկրակեղևում տարրերի բաշխումն ուսումնասիրվում է երկրաքիմիայի կողմից՝ Երկրի քիմիայի գիտությունը։ Երկրաքիմիկոս Ա.Պ. Վինոգրադովը կազմել է երկրակեղևի միջին քիմիական կազմի աղյուսակ։ Ըստ այդ տվյալների՝ ամենատարածված տարրը թթվածինն է՝ երկրակեղևի զանգվածի 47,2%-ը, որին հաջորդում է սիլիցիումը` 27,6, ալյումինը` 8,80, երկաթը` 5,10, կալցիումը` 3,6, նատրիումը` 2,64, կալիումը` 2,6, մագնեզիումը: 2,10, ջրածինը` 0,15%:

Կովալենտային քիմիական կապը, դրա տեսակները և ձևավորման մեխանիզմները: Կովալենտային կապերի բնութագրերը (բևեռականություն և կապի էներգիա): Իոնային կապ. Մետաղական միացում. Ջրածնային կապ

Քիմիական կապի ուսմունքը կազմում է ամբողջ տեսական քիմիայի հիմքը։

Քիմիական կապը հասկացվում է որպես ատոմների փոխազդեցություն, որը կապում է դրանք մոլեկուլների, իոնների, ռադիկալների և բյուրեղների մեջ:

Քիմիական կապերի չորս տեսակ կա՝ իոնային, կովալենտ, մետաղական և ջրածին։

Քիմիական կապերի բաժանումը տեսակների պայմանական է, քանի որ դրանք բոլորն էլ բնութագրվում են որոշակի միասնությամբ։

Իոնային կապը կարելի է համարել որպես բևեռային կովալենտ կապի ծայրահեղ դեպք։

Մետաղական կապը միավորում է ատոմների կովալենտային փոխազդեցությունը՝ օգտագործելով ընդհանուր էլեկտրոններ և այս էլեկտրոնների և մետաղական իոնների միջև էլեկտրաստատիկ ձգումը:

Նյութերին հաճախ բացակայում են քիմիական կապի (կամ մաքուր քիմիական կապի) սահմանափակող դեպքերը:

Օրինակ, լիթիումի ֆտորիդը $LiF$ դասակարգվում է որպես իոնային միացություն։ Փաստորեն, դրա կապը $80%$ իոնային է և $20%$ կովալենտ: Ուստի ավելի ճիշտ է, ակնհայտորեն, խոսել քիմիական կապի բևեռականության (իոնականության) աստիճանի մասին։

Ջրածնի հալոգենիդների շարքում $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ կապի բևեռականության աստիճանը նվազում է, քանի որ հալոգենի և ջրածնի ատոմների էլեկտրաբացասականության արժեքների տարբերությունը նվազում է, իսկ աստատին ջրածնի մեջ կապը դառնում է գրեթե։ ոչ բևեռ $(EO(H) = 2.1; EO(At) = 2.2)$:

Միևնույն նյութերում կարելի է գտնել տարբեր տեսակի կապեր, օրինակ.

1. հիդրոքսո խմբերում թթվածնի և ջրածնի ատոմների միջև կապը բևեռային կովալենտ է, իսկ մետաղի և հիդրոքսո խմբի միջև՝ իոնային.
2. թթվածին պարունակող թթուների աղերում՝ ոչ մետաղի ատոմի և թթվային մնացորդի թթվածնի միջև՝ կովալենտ բևեռային, իսկ մետաղի և թթվային մնացորդի միջև՝ իոնային;
3. ամոնիումի, մեթիլամոնիումի աղերում և այլն՝ ազոտի և ջրածնի ատոմների միջև՝ կովալենտ բևեռային, իսկ ամոնիումի կամ մեթիլամոնիումի իոնների և թթվային մնացորդի միջև՝ իոնային;
4. մետաղների պերօքսիդներում (օրինակ՝ $Na_2O_2$), թթվածնի ատոմների միջև կապը կովալենտային ոչ բևեռ է, իսկ մետաղի և թթվածնի միջև՝ իոնային և այլն։

Տարբեր տեսակի կապերը կարող են փոխակերպվել միմյանց.

— ջրի մեջ կովալենտային միացությունների էլեկտրոլիտիկ տարանջատման ժամանակ կովալենտային բևեռային կապը դառնում է իոնային.

- երբ մետաղները գոլորշիանում են, մետաղական կապը վերածվում է ոչ բևեռային կովալենտային կապի և այլն:

Քիմիական կապերի բոլոր տեսակների և տեսակների միասնության պատճառը դրանց նույնական քիմիական բնույթն է՝ էլեկտրոն-միջուկային փոխազդեցությունը։ Քիմիական կապի առաջացումը ամեն դեպքում ատոմների էլեկտրոն-միջուկային փոխազդեցության արդյունք է, որն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։

Կովալենտային կապերի ձևավորման մեթոդներ. Կովալենտային կապի բնութագրերը՝ կապի երկարությունը և էներգիան

Կովալենտային քիմիական կապը կապ է, որը ձևավորվում է ատոմների միջև՝ ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի ձևավորման միջոցով։

Նման կապի ձևավորման մեխանիզմը կարող է լինել փոխանակում կամ դոնոր-ընդունող։

Ի. Փոխանակման մեխանիզմգործում է, երբ ատոմները կազմում են ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր՝ միացնելով չզույգված էլեկտրոնները:

1) $H_2$ - ջրածին:

Կապն առաջանում է ջրածնի ատոմների $s$-էլեկտրոնների կողմից ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի ձևավորման պատճառով (համընկնող $s$-օրբիտալներ).

2) $HCl$ - քլորաջրածին.

Կապն առաջանում է $s-$ և $p-$էլեկտրոնների ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի ձևավորման պատճառով (համընկնող $s-p-$օրբիտալներ).

3) $Cl_2$. քլորի մոլեկուլում կովալենտային կապ է ձևավորվում չզույգված $p-$էլեկտրոնների պատճառով (համընկնող $p-p-$օրբիտալներ).

4) $N_2$. ազոտի մոլեկուլում ատոմների միջև ձևավորվում են երեք ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ.

II. Դոնոր-ընդունող մեխանիզմԴիտարկենք կովալենտային կապի ձևավորումը՝ օգտագործելով ամոնիումի իոնի $NH_4^+$ օրինակը։

Դոնորն ունի էլեկտրոնային զույգ, ընդունողը՝ դատարկ ուղեծիր, որը կարող է զբաղեցնել այս զույգը։ Ամոնիումի իոնում ջրածնի ատոմների հետ բոլոր չորս կապերը կովալենտ են. երեքը ձևավորվել են ազոտի ատոմի և ջրածնի ատոմների ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի ստեղծման շնորհիվ՝ ըստ փոխանակման մեխանիզմի, մեկը՝ դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմի միջոցով։

Կովալենտային կապերը կարելի է դասակարգել էլեկտրոնային ուղեծրերի համընկնման եղանակով, ինչպես նաև դրանց տեղաշարժով դեպի կապված ատոմներից մեկը։

Պարտատոմսերի գծի երկայնքով էլեկտրոնային ուղեծրերի համընկնման արդյունքում առաջացած քիմիական կապերը կոչվում են $σ$ - պարտատոմսեր (սիգմա պարտատոմսեր). Սիգմա կապը շատ ամուր է:

$p-$օրբիտալները կարող են համընկնել երկու շրջաններում՝ ձևավորելով կովալենտային կապ՝ կողային համընկնման պատճառով.

Քիմիական կապեր, որոնք ձևավորվել են հաղորդակցության գծից դուրս էլեկտրոնային ուղեծրերի «կողային» համընկնման արդյունքում, այսինքն. երկու ոլորտներում կոչվում են $π$ -պարտատոմսեր (pi-bonds).

Ըստ տեղաշարժի աստիճանըկիսում են էլեկտրոնային զույգերը ատոմներից մեկի հետ, որը նրանք կապում են, կարող է լինել կովալենտային կապ բևեռայինԵվ ոչ բևեռային.

Նույն էլեկտրաբացասականությամբ ատոմների միջև ձևավորված կովալենտային քիմիական կապը կոչվում է ոչ բևեռային.Էլեկտրոնների զույգերը չեն տեղափոխվում ատոմներից որևէ մեկին, քանի որ ատոմներն ունեն նույն EO-ն՝ այլ ատոմներից վալենտային էլեկտրոններ ներգրավելու հատկություն։ Օրինակ՝

դրանք. Պարզ ոչ մետաղական նյութերի մոլեկուլները ձևավորվում են կովալենտային ոչ բևեռային կապերի միջոցով։ Կովալենտային քիմիական կապն այն տարրերի ատոմների միջև, որոնց էլեկտրաբացասականությունը տարբերվում է, կոչվում է բևեռային.

Կովալենտային կապերի երկարությունը և էներգիան:

Բնութագրական կովալենտային կապի հատկությունները- դրա երկարությունը և էներգիան: Հղման երկարությունըատոմների միջուկների միջև եղած հեռավորությունն է։ Որքան կարճ է քիմիական կապի երկարությունը, այնքան ավելի ամուր է այն: Այնուամենայնիվ, կապի ուժի չափանիշն է կապող էներգիա, որը որոշվում է կապը խզելու համար պահանջվող էներգիայի քանակով։ Այն սովորաբար չափվում է կՋ/մոլով: Այսպիսով, ըստ փորձարարական տվյալների, $H_2, Cl_2$ և $N_2$ մոլեկուլների կապի երկարությունները համապատասխանաբար կազմում են $0,074, 0,198$ և $0,109$ նմ, իսկ կապի էներգիաները՝ համապատասխանաբար $436, 242$ և $946$ կՋ/մոլ։

Իոններ. Իոնային կապ

Պատկերացնենք, որ երկու ատոմ «հանդիպում» են՝ I խմբի մետաղի ատոմը և VII խմբի ոչ մետաղի ատոմը։ Մետաղական ատոմն ունի մեկ էլեկտրոն իր արտաքին էներգիայի մակարդակում, մինչդեռ ոչ մետաղական ատոմին պարզապես պակասում է մեկ էլեկտրոն, որպեսզի արտաքին մակարդակը ամբողջական լինի:

Առաջին ատոմը հեշտությամբ կտա երկրորդին իր էլեկտրոնը, որը հեռու է միջուկից և թույլ կապված է դրան, իսկ երկրորդը նրան ազատ տեղ կապահովի իր արտաքին էլեկտրոնային մակարդակում։

Այնուհետև ատոմը, զրկված լինելով իր բացասական լիցքերից մեկից, կդառնա դրական լիցքավորված մասնիկ, իսկ երկրորդը կվերածվի բացասական լիցքավորված մասնիկի՝ առաջացած էլեկտրոնի շնորհիվ։ Նման մասնիկները կոչվում են իոններ.

Իոնների միջև առաջացող քիմիական կապը կոչվում է իոնային:

Դիտարկենք այս կապի ձևավորումը՝ օգտագործելով նատրիումի քլորիդի հայտնի միացության օրինակը (սեղանի աղ).

Ատոմները իոնների վերածելու գործընթացը ներկայացված է գծապատկերում.

Ատոմների այս փոխակերպումը իոնների միշտ տեղի է ունենում տիպիկ մետաղների և բնորոշ ոչ մետաղների ատոմների փոխազդեցության ժամանակ։

Դիտարկենք տրամաբանության ալգորիթմը (հաջորդականությունը) իոնային կապի ձևավորումը գրանցելիս, օրինակ՝ կալցիումի և քլորի ատոմների միջև.

Այն թվերը, որոնք ցույց են տալիս ատոմների կամ մոլեկուլների թիվը, կոչվում են գործակիցները, և մոլեկուլում ատոմների կամ իոնների թիվը ցույց տվող թվերը կոչվում են ցուցանիշները։

Մետաղական միացում

Եկեք ծանոթանանք, թե ինչպես են մետաղական տարրերի ատոմները փոխազդում միմյանց հետ։ Մետաղները սովորաբար գոյություն չունեն որպես մեկուսացված ատոմներ, այլ կտորի, ձուլակտորի կամ մետաղական արտադրանքի տեսքով։ Ի՞նչն է մետաղի ատոմները պահում մեկ ծավալում:

Մետաղների մեծ մասի ատոմները արտաքին մակարդակում պարունակում են փոքր քանակությամբ էլեկտրոններ՝ $1, 2, 3$։ Այս էլեկտրոնները հեշտությամբ հանվում են, և ատոմները դառնում են դրական իոններ: Անջատված էլեկտրոնները տեղափոխվում են մի իոնից մյուսը՝ կապելով դրանք մեկ ամբողջության մեջ։ Կապվելով իոնների հետ՝ այս էլեկտրոնները ժամանակավորապես ձևավորում են ատոմներ, այնուհետև նորից անջատվում և միանում մեկ այլ իոնի հետ և այլն։ Հետևաբար, մետաղի ծավալում ատոմները շարունակաբար վերածվում են իոնների և հակառակը։

Մետաղների կապը իոնների միջև ընդհանուր էլեկտրոնների միջոցով կոչվում է մետաղական:

Նկարը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս նատրիումի մետաղի բեկորի կառուցվածքը:

Այս դեպքում փոքր քանակությամբ ընդհանուր էլեկտրոններ կապում են մեծ թվով իոններ և ատոմներ:

Մետաղական կապը որոշ նմանություններ ունի կովալենտային կապի հետ, քանի որ այն հիմնված է արտաքին էլեկտրոնների փոխանակման վրա։ Այնուամենայնիվ, կովալենտային կապի դեպքում միայն երկու հարևան ատոմների արտաքին չզույգված էլեկտրոնները կիսվում են, մինչդեռ մետաղական կապով բոլոր ատոմները մասնակցում են այդ էլեկտրոնների կիսմանը: Այդ իսկ պատճառով կովալենտային կապով բյուրեղները փխրուն են, իսկ մետաղական կապով, որպես կանոն, ճկուն են, էլեկտրահաղորդիչ և ունեն մետաղական փայլ։

Մետաղական կապը բնորոշ է ինչպես մաքուր մետաղներին, այնպես էլ տարբեր մետաղների խառնուրդներին՝ համաձուլվածքներին պինդ և հեղուկ վիճակում:

Ջրածնային կապ

Քիմիական կապ մեկ մոլեկուլի (կամ դրա մի մասի) դրական բևեռացված ջրածնի ատոմների և մեկ այլ մոլեկուլի միայնակ էլեկտրոնային զույգերով ($F, O, N$ և ավելի հազվադեպ $S$ և $Cl$) խիստ էլեկտրաբացասական տարրերի բացասական բևեռացված ատոմների միջև։ (կամ դրա մի մասը) կոչվում է ջրածին:

Ջրածնային կապի առաջացման մեխանիզմը մասամբ էլեկտրաստատիկ, մասամբ դոնոր-ընդունիչ բնույթ ունի։

Միջմոլեկուլային ջրածնային կապի օրինակներ.

Նման կապի առկայության դեպքում նույնիսկ ցածր մոլեկուլային նյութերը նորմալ պայմաններում կարող են լինել հեղուկներ (ալկոհոլ, ջուր) կամ հեշտությամբ հեղուկացող գազեր (ամոնիակ, ֆտորաջրածին):

Ջրածնային կապերով նյութերը ունեն մոլեկուլային բյուրեղային ցանցեր։

Մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքի նյութեր. Բյուրեղյա ցանցի տեսակը. Նյութերի հատկությունների կախվածությունը դրանց կազմից և կառուցվածքից

Նյութերի մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքը

Քիմիական փոխազդեցության մեջ մտնում են ոչ թե առանձին ատոմներ կամ մոլեկուլներ, այլ նյութեր։ Տվյալ պայմաններում նյութը կարող է լինել ագրեգացման երեք վիճակներից մեկում՝ պինդ, հեղուկ կամ գազային: Նյութի հատկությունները կախված են նաև այն կազմող մասնիկների՝ մոլեկուլների, ատոմների կամ իոնների միջև քիմիական կապի բնույթից։ Կախված կապի տեսակից տարբերում են մոլեկուլային և ոչ մոլեկուլային կառուցվածքի նյութերը։

Մոլեկուլներից կազմված նյութերը կոչվում են մոլեկուլային նյութեր. Նման նյութերի մոլեկուլների միջև կապերը շատ թույլ են, շատ ավելի թույլ, քան մոլեկուլի ներսում գտնվող ատոմների միջև, և նույնիսկ համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում դրանք կոտրվում են. նյութը վերածվում է հեղուկի, այնուհետև գազի (յոդի սուբլիմացիա): Մոլեկուլներից բաղկացած նյութերի հալման և եռման կետերը մեծանում են մոլեկուլային քաշի ավելացման հետ։

Մոլեկուլային նյութերի թվում են ատոմային կառուցվածք ունեցող նյութերը ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), որոնց թվում կան մետաղներ և ոչ մետաղներ։

Դիտարկենք ալկալիական մետաղների ֆիզիկական հատկությունները։ Ատոմների միջև կապի համեմատաբար ցածր ուժն առաջացնում է ցածր մեխանիկական ուժ. ալկալիական մետաղները փափուկ են և հեշտությամբ կտրվում են դանակով:

Մեծ ատոմային չափերը հանգեցնում են ալկալային մետաղների ցածր խտության. լիթիումը, նատրիումը և կալիումը նույնիսկ ավելի թեթև են, քան ջուրը: Ալկալիական մետաղների խմբում եռման և հալման կետերը նվազում են տարրի ատոմային թվի մեծացման հետ, քանի որ. Ատոմների չափերը մեծանում են, իսկ կապերը թուլանում են:

Նյութերին ոչ մոլեկուլայինկառուցվածքները ներառում են իոնային միացություններ: Ոչ մետաղների հետ մետաղների միացությունների մեծ մասն ունի այս կառուցվածքը՝ բոլոր աղերը ($NaCl, K_2SO_4$), որոշ հիդրիդներ ($LiH$) և օքսիդներ ($CaO, MgO, FeO$), հիմքեր ($NaOH, KOH$): Իոնային (ոչ մոլեկուլային) նյութերն ունեն բարձր հալման և եռման ջերմաստիճան։

Բյուրեղյա վանդակաճաղեր

Նյութը, ինչպես հայտնի է, կարող է գոյություն ունենալ ագրեգացման երեք վիճակում՝ գազային, հեղուկ և պինդ:

Պինդները՝ ամորֆ և բյուրեղային:

Եկեք դիտարկենք, թե ինչպես են քիմիական կապերի բնութագրիչները ազդում պինդ մարմինների հատկությունների վրա: Պինդները բաժանվում են բյուրեղայինԵվ ամորֆ.

Ամորֆ նյութերը տաքացնելիս չունեն հստակ հալման կետ, աստիճանաբար փափկվում են և վերածվում հեղուկ վիճակի. Օրինակ՝ պլաստիլինն ու տարբեր խեժերը ամորֆ վիճակում են։

Բյուրեղային նյութերը բնութագրվում են այն մասնիկների ճիշտ դասավորությամբ, որոնցից կազմված են՝ ատոմներ, մոլեկուլներ և իոններ՝ տիեզերքի խիստ սահմանված կետերում: Երբ այս կետերը միացված են ուղիղ գծերով, ձևավորվում է տարածական շրջանակ, որը կոչվում է բյուրեղյա վանդակ: Այն կետերը, որտեղ գտնվում են բյուրեղային մասնիկները, կոչվում են վանդակավոր հանգույցներ:

Կախված բյուրեղային ցանցի հանգույցներում տեղակայված մասնիկների տեսակից և դրանց միջև կապի բնույթից՝ առանձնանում են բյուրեղային ցանցերի չորս տեսակ. իոնային, ատոմային, մոլեկուլայինԵվ մետաղական.

Իոնային բյուրեղյա վանդակներ:

Իոնականկոչվում են բյուրեղյա վանդակներ, որոնց հանգույցներում կան իոններ։ Դրանք ձևավորվում են իոնային կապերով նյութերով, որոնք կարող են կապել ինչպես պարզ իոններ $Na^(+), Cl^(-)$, այնպես էլ բարդ $SO_4^(2−), OH^-$։ Հետևաբար, աղերը և մետաղների որոշ օքսիդներ և հիդրօքսիդներ ունեն իոնային բյուրեղային ցանցեր։ Օրինակ՝ նատրիումի քլորիդի բյուրեղը բաղկացած է փոփոխվող դրական $Na^+$ և բացասական $Cl^-$ իոններից՝ ձևավորելով խորանարդաձև վանդակ։ Նման բյուրեղում իոնների միջև կապերը շատ կայուն են: Հետևաբար, իոնային ցանց ունեցող նյութերը բնութագրվում են համեմատաբար բարձր կարծրությամբ և ամրությամբ, դրանք հրակայուն են և չցնդող։

Ատոմային բյուրեղյա վանդակներ.

Ատոմայինկոչվում են բյուրեղյա վանդակներ, որոնց հանգույցներում կան առանձին ատոմներ։ Նման ցանցերում ատոմները միմյանց հետ կապված են շատ ուժեղ կովալենտային կապերով։ Այս տեսակի բյուրեղային ցանցերով նյութերի օրինակ է ադամանդը՝ ածխածնի ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներից մեկը։

Ատոմային բյուրեղային ցանց ունեցող նյութերի մեծ մասն ունեն շատ բարձր հալման կետ (օրինակ, ադամանդի համար այն 3500°C-ից բարձր է), դրանք ամուր են և կարծր և գործնականում անլուծելի:

Մոլեկուլային բյուրեղյա ցանցեր.

Մոլեկուլայինկոչվում են բյուրեղյա ցանցեր, որոնց հանգույցներում գտնվում են մոլեկուլները։ Այս մոլեկուլների քիմիական կապերը կարող են լինել և՛ բևեռային ($HCl, H_2O$), և՛ ոչ բևեռային ($N_2, O_2$): Չնայած այն հանգամանքին, որ մոլեկուլների ներսում ատոմները կապված են շատ ուժեղ կովալենտային կապերով, ձգողականության թույլ միջմոլեկուլային ուժերը գործում են հենց մոլեկուլների միջև: Հետևաբար, մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակավոր նյութերն ունեն ցածր կարծրություն, ցածր հալման կետ և ցնդող են։ Պինդ օրգանական միացությունների մեծ մասը ունեն մոլեկուլային բյուրեղային ցանցեր (նաֆտալին, գլյուկոզա, շաքար):

Մետաղական բյուրեղյա վանդակաճաղեր։

Մետաղական կապեր ունեցող նյութերն ունեն մետաղական բյուրեղյա վանդակներ։ Նման ցանցերի տեղամասերում կան ատոմներ և իոններ (կամ ատոմներ կամ իոններ, որոնց մեջ մետաղի ատոմները հեշտությամբ փոխակերպվում են՝ թողնելով իրենց արտաքին էլեկտրոնները «ընդհանուր օգտագործման համար»): Մետաղների այս ներքին կառուցվածքը որոշում է նրանց բնորոշ ֆիզիկական հատկությունները՝ ճկունություն, ճկունություն, էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակություն, բնորոշ մետաղական փայլ: