Молекулярное строение имеет... Какое вещество имеет молекулярное строение

Как известно, химия изучает строение и свойства веществ, а также их взаимные превращения. Важное место в характеристике химических соединений занимает вопрос о том, из каких именно частиц они состоят. Это могут быть атомы, ионы или молекулы. В твердых телах они входят в узлы кристаллических решеток. Молекулярное строение имеет сравнительно небольшое количество соединений, находящихся в твердом, жидком и газообразном состоянии.

В нашей статье мы приведем примеры веществ, для которых характерны молекулярные кристаллические решетки, а также рассмотрим несколько видов межмолекулярного взаимодействия, характерных для твердых тел, жидкостей и газов.

Почему нужно знать строение химических соединений

В каждой отрасли человеческого знания можно выделить группу фундаментальных законов, на которых основывается дальнейшее развитие науки. В химии – это теория М.В. Ломоносова и Дж. Дальтона, объясняющая атомно-молекулярное строение вещества. Как установили ученые, зная внутреннюю структуру, можно спрогнозировать как физические, так и химические свойства соединения. Всё огромное количество искусственно синтезированных человеком органических веществ (пластмассы, лекарственные препараты, пестициды и т.д.) имеют заранее предусмотренные характеристики и свойства, наиболее ценные для его промышленных и хозяйственно-бытовых нужд.

Знания об особенностях строения и свойств соединений востребованы при проведении контрольных срезов, тестов и экзаменов в курсе химии. Например, в предлагаемом перечне веществ найти правильные варианты ответов: какое вещество имеет молекулярное строение?

• Цинк.
• Оксид магния.
• Алмаз.
• Нафталин.

Правильным ответом будет: цинк имеет молекулярное строение, а также нафталин.

Силы межмолекулярного взаимодействия

Экспериментально установлено, что молекулярное строение характерно для веществ с низкими температурами плавления и малой твердостью. Чем же можно объяснить непрочность кристаллических решеток этих соединений? Как оказалось, все зависит от силы совместного влияния частиц, находящихся в их узлах. Она имеет электрическую природу и называется межмолекулярным взаимодействием или ван-дер-ваальсовыми силами, в основе которых лежит влияние друг на друга противоположно заряженных молекул – диполей. Оказалось, что существует несколько механизмов их образования, зависящих от природы самого вещества.

Кислоты как соединения молекулярного состава

Растворы большинства кислот, как органических, так и неорганических, содержат полярные частицы, которые ориентируются друг относительно друга противоположно заряженными полюсами. Например, в растворе хлоридной кислоты HCI присутствуют диполи, между которыми возникает ориентационные взаимодействия. С повышением температуры у молекул соляной, бромоводородной (HBr) и других галогенсодержащих кислот наблюдается уменьшение ориентационного эффекта, так как тепловое движение частиц мешает их взаимному притяжению. Кроме выше перечисленных веществ, молекулярное строение имеет сахароза, нафталин, этанол и другие органические соединения.

Как возникают индуцированные заряженные частицы

Ранее мы рассмотрели один из механизмов действия сил Ван-дер-Ваальса, называемый ориентационным взаимодействием. Кроме органических веществ и галогенсодержащих кислот, молекулярное строение имеет оксид водорода – вода. У веществ, состоящих из неполярных, но склонных к образованию диполей, молекул, таких как углекислый газ CO₂, можно наблюдать возникновение наведенных заряженных частиц – диполей. Их важнейшее свойство – это способность притягиваться друг к другу, благодаря появлению сил электростатического притяжения.

Молекулярное строение газа

В предыдущем подзаголовке мы упомянули такое соединение, как диоксид углерода. Каждый его атом создает вокруг себя электрическое поле, которое наводит поляризацию на атом рядом расположенной молекулы углекислого газа. Она видоизменяется в диполь, который, в свою очередь, становится способной к поляризации других частиц CO₂. В итоге молекулы притягиваются друг к другу. Индукционное взаимодействие можно наблюдать и у веществ, состоящих из полярных частиц, правда, в этом случае оно значительно слабее, чем ориентационные ван-дер-ваальсовые силы.

Дисперсионное взаимодействие

Как сами атомы, так и частицы, входящие в их состав (ядра, электроны), способны к непрерывному вращательному и колебательному движению. Оно приводит к появлению диполей. Согласно исследованиям квантовой механики, возникновение мгновенных двузарядных частиц происходит и в твердых телах, и в жидкостях синхронно, таким образом, что концы молекул, расположенных рядом, оказываются с противоположными полюсами. Это приводит к их электростатическому притяжению, получившему название дисперсионного взаимодействия. Оно свойственно всем веществам, кроме тех, которые находятся в газообразном состоянии, и чьи молекулы одноатомны. Однако, ван-дер-ваальсовые силы могут возникать, например, при переходе инертных газов (гелия, неона) в жидкую фазу при низких температурах. Таким образом, молекулярное строение тел или жидкостей обуславливает их способность к формированию различных видов межмолекулярного взаимодействия: ориентационного, индуцированного или дисперсионного.

Что такое сублимация

Молекулярное строение твердого тела, например, кристаллов йода, обуславливает такое интересное физическое явление, как возгонка – улетучивание молекул I₂ в виде фиолетовых паров. Оно происходит с поверхности вещества, находящегося в твердой фазе, минуя жидкое состояние.

Этот визуально эффектный опыт часто проводят в школьных кабинетах химии, чтобы проиллюстрировать особенности строения молекулярных кристаллических решеток и связанных с ними свойств соединений. Обычно это невысокая твердость, низкие температуры плавления и кипения, плохая тепло- и электропроводность, летучесть.

Практическое использование знаний о строении веществ

Как мы убедились, между типом кристаллической решетки, строением и свойствами соединения можно установить определенную корреляцию. Поэтому, если известны характеристики вещества, то достаточно легко спрогнозировать особенности его строения и состава частиц: атомов, молекул или ионов. Полученная информация также может пригодиться, если в заданиях по химии нужно из определенной группы соединений правильно выбрать вещества, имеющие молекулярное строение, исключив те, у которых присутствуют атомные или ионные типы решеток.

Подводя итог, можно сделать следующий вывод: молекулярное строение имеет твердое тело, и его пространственное строение кристаллических решеток, а особенности расположения поляризованных частиц в жидкостях и газах полностью отвечают за его физические и химические свойства. В теоретическом плане свойства соединений, содержащих диполи, зависят от величины сил межмолекулярного взаимодействия. Чем выше полярность молекул и меньше радиус атомов, входящих в их состав, тем сильнее ориентационные силы, возникающие между ними. Наоборот, чем больше атомы, составляющие молекулу, тем выше ее дипольный момент, а, значит, более значительны дисперсионные силы. Таким образом, молекулярное строение твердого тела влияет еще и на силы взаимодействия между его частицами – диполями.