Com sabeu, la química estudia l'estructura i les propietats de les substàncies, així com les seves transformacions mútues. Un lloc important en la caracterització dels compostos químics l'ocupa la qüestió de quin tipus de partícules consten. Pot ser àtoms, ions o molècules. En els sòlids, entren als nodes de les xarxes cristal·lines. L'estructura molecular té un nombre relativament petit de compostos en estat sòlid, líquid i gasós.
Al nostre article, donarem exemples de substàncies que es caracteritzen per xarxes de cristalls moleculars, i també considerarem diversos tipus d'interaccions intermoleculars característiques dels sòlids, líquids i gasos.
Per què necessites conèixer l'estructura dels compostos químics
En cada branca del coneixement humà, es pot destacar un grup de lleis fonamentals en què es basa el desenvolupament posterior de la ciència. en química- aquesta és la teoria de M. V. Lomonosov i J. D alton, explicant l'estructura atòmica i molecular de la matèria. Tal com han establert els científics, coneixent l'estructura interna, és possible predir les propietats físiques i químiques del compost. Tota l'enorme quantitat de substàncies orgàniques sintetitzades artificialment per l'home (plàstics, drogues, pesticides, etc.) tenen característiques i propietats predeterminades que són més valuoses per a les seves necessitats industrials i domèstiques.
El coneixement sobre les característiques de l'estructura i les propietats dels compostos es requereix quan es realitzen seccions de control, proves i exàmens en el curs de la química. Per exemple, a la llista proposada de substàncies, trobeu les respostes correctes: quina substància té una estructura molecular?
- Zinc.
- Òxid de magnesi.
- Diamant.
- Naftalina.
La resposta correcta és: el zinc té una estructura molecular, així com el naftalè.
Forces d'interacció intermolecular
S'ha establert experimentalment que l'estructura molecular és característica de les substàncies amb baixos punts de fusió i baixa duresa. Com es pot explicar la fragilitat de les xarxes cristal·lines d'aquests compostos? Com va resultar, tot depèn de la força de la influència conjunta de les partícules situades als seus nodes. Té una naturalesa elèctrica i s'anomena interacció intermolecular o forces de van der Waals, que es basen en la influència de molècules de càrrega oposada -dipols- entre elles. Va resultar que hi ha diversos mecanismes per a la seva formació,depenent de la naturalesa de la substància mateixa.
Àcids com a compostos de composició molecular
Les solucions de la majoria d'àcids, tant orgànics com inorgànics, contenen partícules polars que estan orientades entre si amb pols de càrrega oposada. Per exemple, en una solució d'àcid clorhídric HCI hi ha dipols, entre els quals es produeixen interaccions d'orientació. Amb l'augment de la temperatura, les molècules d'àcid clorhídric, bromhídric (HBr) i altres àcids que contenen halogen disminueixen l'efecte d'orientació, ja que el moviment tèrmic de les partícules interfereix amb la seva atracció mútua. A més de les substàncies anteriors, la sacarosa, la naftalè, l'etanol i altres compostos orgànics tenen una estructura molecular.
Com es produeixen les partícules carregades induïdes
Abans, vam considerar un dels mecanismes d'acció de les forces de Van der Waals, anomenat interacció orientacional. A més de les substàncies orgàniques i els àcids que contenen halogens, l'òxid d'hidrogen, l'aigua, té una estructura molecular. En les substàncies que consisteixen en molècules no polars, però propenses a la formació de dipols, com ara el diòxid de carboni CO2, es pot observar l'aparició de partícules carregades induïdes: dipols. La seva propietat més important és la capacitat d'atreure's a causa de l'aparició de forces d'atracció electrostàtiques.
Estructura molecular del gas
En el subtítol anterior, hem esmentat el diòxid de carboni compost. Cadascun dels seus àtoms crea un camp elèctric al seu voltant, que indueixpolarització per àtom d'una molècula propera de diòxid de carboni. Es converteix en un dipol, que, al seu torn, esdevé capaç de polaritzar altres partícules de CO2. Com a resultat, les molècules es veuen atretes les unes per les altres. La interacció inductiva també es pot observar en substàncies que consisteixen en partícules polars, però en aquest cas és molt més feble que les forces orientacionals de van der Waals.
Interacció de dispersió
Tant els propis àtoms com les partícules que els formen (nucli, electrons) són capaços de moviment de rotació i oscil·lació continu. Condueix a l'aparició de dipols. Segons la investigació de la mecànica quàntica, l'aparició de partícules instantànies de doble càrrega es produeix tant en sòlids com en líquids de manera sincrònica, de manera que els extrems de les molècules situades a prop resulten estar amb pols oposats. Això condueix a la seva atracció electrostàtica, anomenada interacció de dispersió. És característic de totes les substàncies, excepte les que es troben en estat gasós, i les molècules de les quals són monoatòmiques. Tanmateix, les forces de van der Waals poden sorgir, per exemple, durant la transició de gasos inerts (heli, neó) a la fase líquida a baixes temperatures. Així, l'estructura molecular dels cossos o líquids determina la seva capacitat per formar diversos tipus d'interacció intermolecular: orientativa, induïda o de dispersió.
Què és la sublimació
Estructura molecular d'un sòlid, com ara els cristalls de iode,provoca un fenomen físic tan interessant com la sublimació: la volatilització de les molècules I2 en forma de vapors violetes. Es produeix des de la superfície d'una substància en fase sòlida, sense passar per l'estat líquid.
Aquest experiment visualment espectacular es fa sovint a les aules de química de l'escola per il·lustrar les característiques estructurals de les xarxes de cristalls moleculars i les propietats relacionades dels compostos. Normalment són de baixa duresa, punts de fusió i ebullició baixos, conductivitat tèrmica i elèctrica baixa i volatilitat.
Ús pràctic del coneixement sobre l'estructura de les substàncies
Com hem vist, es pot establir una certa correlació entre el tipus de xarxa cristal·lina, l'estructura i les propietats del compost. Per tant, si es coneixen les característiques d'una substància, és bastant fàcil predir les característiques de la seva estructura i composició de partícules: àtoms, molècules o ions. La informació obtinguda també pot ser útil si en tasques de química cal seleccionar correctament les substàncies que tenen una estructura molecular d'un grup determinat de compostos, excloent-ne les que tenen reticules de tipus atòmic o iònic.
En resum, podem concloure el següent: l'estructura molecular d'un cos sòlid i la seva estructura espacial de les xarxes cristal·lines, i la disposició de les partícules polaritzades en líquids i gasos són totalment responsables de les seves propietats físiques i químiques. En termes teòrics, les propietats dels compostos,Els dipols que contenen depenen de la magnitud de les forces d'interacció intermolecular. Com més gran és la polaritat de les molècules i més petit és el radi dels àtoms que les componen, més fortes són les forces d'orientació que sorgeixen entre elles. Al contrari, com més grans són els àtoms que formen la molècula, més gran és el seu moment dipolar i, per tant, més importants són les forces de dispersió. Així, l'estructura molecular d'un sòlid també afecta les forces d'interacció entre les seves partícules: els dipols.
