Главный критерий природы – разнообразие. Оно поражает и заставляет задуматься: почему вокруг так много веществ, различных по своему строению и свойствам? Ответ лежит в области элементарных частиц, из которых они состоят. Молекулы, атомы или ионы - это те кирпичики, из которых склеены соединения, составляющие основу проявленного мира. Наша статья будет посвящена особенностям свойств веществ молекулярного и немолекулярного строения, а примеры, которые мы приведем, проиллюстрируют их.
Самый дорогой и самый твердый
Да, это все о нем, об алмазе. Неважно, украшает он корону английской королевы или служит элементом инструмента для резки бетона, алмаз имеет атомное строение. Строгость и изящество тетраэдрического строения кристалла восхищают. У него каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами, лежащими в направлениях от центра геометрического тела к вершинам. Таким образом возникают четыре сигма-связи. Они и являются причиной исключительной твердости, низкой теплопроводности, отсутствия электропроводности и значительной плотности алмаза.
Аллотропная модификация углерода
Немолекулярное строение имеет вещество, хорошо известное даже школьнику – графит. Вместе с алмазом и карбином он представляет собой одну из аллотропных форм углерода. Стержни карандаша, твелы в атомных реакторах, электроды в гальванической ванне состоят из графита. Жирный на ощупь, темно-серый кристаллический материал со слабым металлическим блеском – он так же, как и алмаз, состоит из атомов углерода. Они собраны в слои, имеющие вид правильных шестиугольников. Пространство кристалла графита заполнено свободно движущимися электронами, создающими электронный газ. Благодаря этому графит, подобно металлам, проводит электрический ток и тепло. Расстояние между слоями вещества составляет примерно 0,335 нм, поэтому они легко отрываются друг от друга, оставляя на поверхности при надавливании чешуйчатый серый след. Описание веществ немолекулярного строения, примеры которых мы привели, подтверждают тот факт, что свойства химических соединений определяются формой их кристаллических решеток и зависят от того, как их атомы, молекулы или ионы соединены между собой.
Парниковый эффект: кто виноват?
Глобальное потепление, с угрюмым упрямством надвигающееся на нашу планету, вызывается по многим причинам. Главная из них, как считают экологи, связана с резким подъемом концентрации таких веществ, имеющих молекулярное строение, как углекислый и угарный газ, в воздушной оболочке Земли. Неполярные молекулы углекислоты имеют линейное строение. В узлах кристаллической решетки находятся электронейтральные частицы – молекулы. Молекулярное кристаллическое строение обуславливает низкую температуру кипения и высокую летучесть соединения.
Вещество включается в важные природные органические циклы, например, служит акцептором в реакциях цикла Кальвина, происходящих в процессе фотосинтеза. При высоких температурах соединение проявляет окислительные свойства и в промышленности цветных металлов применяется для восстановления металлов из их оксидов. Человек применяет углекислый газ во многих сферах: в сахарном производстве, в огнетушителях, а в виде сухого льда – для хранения быстро портящихся пищевых продуктов. Далее мы приведем еще примеры веществ молекулярного строения, играющих ключевые роли в нашей природе.
Источник жизни
Есть ли еще какое-то другое химическое соединение, по значимости сопоставимое с водой? Это колыбель, в которой возникли первые живые объекты, а также основной компонент биосферы, незаменимая химический компонент практически любого биологического объекта. Ее полярные молекулы могут растворить в себе огромное количество различных веществ, а аномальные свойства, такие, как удельная теплоемкость, позволяет воде накапливать и удерживать огромные запасы тепловой энергии.
Это способствует регуляции средних температур на поверхности суши и предотвращает опасность ее резкого переохлаждения в суровые зимы или перегревания летом. В организме животных и человека вода, входящая в состав цитоплазмы клеток, тканевой и межклеточной жидкости, способствует равномерному распределению тепловой энергии межу системами тканей, прежде всего, благодаря кровеносным сосудам. Все важнейшие биохимические процессы, составляющие основу обмена веществ, протекают в водных растворах. Поступление соединений в клетку и удаление продуктов распада происходит также только в растворенном состоянии. Рассмотрим далее еще примеры веществ молекулярного строения.
Сахароза
Рассмотрим пример органического соединения, относящегося к олигосахаридам. Это сахароза, иначе называемая тростниковым, или свекловичным сахаром. Важнейший и всеми любимый продукт питания, обладающий хорошей усваиваемостью и высокой калорийностью. В процессе гидролиза, благодаря ферментам поджелудочного сока, прежде всего амилазе, сахароза расщепляется на молекулы глюкозы и фруктозы. Установлено, что молекулы веществ молекулярного и немолекулярного строения по-разному ведут себя по отношению к поляризованному свету.
Сахароза является оптически активным соединением за счет присутствия в своих молекулах асимметричных атомов углерода. Вещество имеет невысокую температуру плавления -186 ºС, переходя при этом в вид тягучей массы коричневого цвета – карамели. Молекулярная кристаллическая решетка обуславливает и другие свойства сахарозы: низкую температуру кипения, неспособность проводить ток и плохую теплопроводность.
Молекулярная теория строения веществ
Химия как наука имеет свое основание в виде главных законов и постулатов. Созданная М. В. Ломоносовым атомно-молекулярная теория, а также изучение таких явлений, как броуновское движение и диффузия, стали причиной появления целой серии исследований. Они касались изучения строения химических соединений. Опыты Л. Больцмана и Д. Максвелла ускорили появление молекулярной теории строения вещества. Она перекликается с декартовыми представлениями о корпускулярном устройстве мира и положениями теории М. Ломоносова. Так, в ней говорится о том, что материальные объекты имеют атомный, молекулярный или ионный состав, постоянно движутся и в этот момент могут взаимодействовать между собой путем упругих столкновений. В современной науке теория имеет в основном прикладной характер и была использована при становлении таких дисциплин, как статическая механика и физическая кинетика.
Соединения ионного типа
Завершим изучение веществ молекулярного и немолекулярного строения, рассмотрев соединения, чья кристаллическая решетка состоит из ионов.
К ним относятся все соли. Физические свойства: твердость и прочность, одновременно сопутствующие хрупкости, а также способность их растворов проводить электрический ток, обусловлены строением кристаллической решетки. Так, в узлах кристалла поваренной соли находятся разноименно заряженные ионы натрия и хлора. Как раствор, так и расплав вещества хорошо проводит электрический ток и относится к электролитам. Именно поэтому, благодаря направленному движению катионов и анионов, соли являются проводниками второго рода, что подтверждается основными положениями теории электрической диссоциации.
В нашей статье мы рассмотрели строение и свойства веществ молекулярного и немолекулярного строения, а также привели примеры, иллюстрирующие их.
