Kao što znate, hemija proučava strukturu i svojstva supstanci, kao i njihove međusobne transformacije. Važno mjesto u karakterizaciji hemijskih jedinjenja zauzima pitanje od kojih se čestica sastoje. To mogu biti atomi, joni ili molekuli. U čvrstim tijelima ulaze u čvorove kristalne rešetke. Molekularna struktura ima relativno mali broj jedinjenja u čvrstom, tekućem i gasovitom stanju.
U našem članku daćemo primjere supstanci koje karakteriziraju molekularne kristalne rešetke, a također ćemo razmotriti nekoliko tipova međumolekularnih interakcija karakterističnih za čvrste tvari, tekućine i plinove.
Zašto morate znati strukturu hemijskih jedinjenja
U svakoj grani ljudskog znanja može se izdvojiti grupa fundamentalnih zakona na kojima se zasniva dalji razvoj nauke. u hemiji- ovo je teorija M. V. Lomonosov i J. D alton, objašnjavajući atomsku i molekularnu strukturu materije. Kako su naučnici ustanovili, poznavajući unutrašnju strukturu, moguće je predvidjeti i fizička i hemijska svojstva jedinjenja. Čitava ogromna količina organskih supstanci koje je čovjek umjetno sintetizirao (plastika, lijekovi, pesticidi itd.) imaju unaprijed određene karakteristike i svojstva koja su najvrednija za njegove industrijske i kućne potrebe.
Poznavanje karakteristika strukture i svojstava jedinjenja je potrebno prilikom izvođenja kontrolnih sekcija, testova i ispita iz predmeta hemija. Na primjer, u predloženoj listi supstanci pronađite tačne odgovore: koja supstanca ima molekularnu strukturu?
- Cink.
- Magnezijum oksid.
- Diamond.
- Naftalen.
Tačan odgovor je: cink ima molekularnu strukturu, kao i naftalen.
Sile intermolekularne interakcije
Eksperimentalno je utvrđeno da je molekularna struktura karakteristična za supstance niske tačke topljenja i niske tvrdoće. Kako se može objasniti krhkost kristalnih rešetki ovih jedinjenja? Kako se pokazalo, sve ovisi o jačini zajedničkog utjecaja čestica koje se nalaze u njihovim čvorovima. Ima električnu prirodu i naziva se intermolekularna interakcija ili van der Waalsove sile, koje se zasnivaju na utjecaju suprotno nabijenih molekula - dipola - jedni na druge. Pokazalo se da postoji nekoliko mehanizama za njihovo formiranje,zavisno od prirode same supstance.
Kiseline kao jedinjenja molekularnog sastava
Otvori većine kiselina, i organskih i neorganskih, sadrže polarne čestice koje su orijentirane jedna prema drugoj sa suprotno nabijenim polovima. Na primjer, u otopini hlorovodonične kiseline HCI postoje dipoli, između kojih dolazi do orijentacijskih interakcija. S povećanjem temperature, molekule klorovodične, bromovodične (HBr) i drugih kiselina koje sadrže halogene smanjuju orijentacijski učinak, jer toplinsko kretanje čestica ometa njihovo međusobno privlačenje. Pored navedenih supstanci, saharoza, naftalen, etanol i druga organska jedinjenja imaju molekularnu strukturu.
Kako se proizvode inducirane nabijene čestice
Ranije smo razmatrali jedan od mehanizama djelovanja Van der Waalsovih sila, koji se naziva orijentacijska interakcija. Pored organskih tvari i kiselina koje sadrže halogen, vodikov oksid, voda, ima molekularnu strukturu. U supstancama koje se sastoje od nepolarnih, ali sklonih stvaranju dipola, molekula, kao što je ugljen dioksid CO2, može se uočiti pojava indukovanih naelektrisanih čestica - dipola. Njihovo najvažnije svojstvo je sposobnost međusobnog privlačenja zbog pojave elektrostatičkih sila privlačenja.
Molekularna struktura gasa
U prethodnom podnaslovu spomenuli smo jedinjenje ugljen-dioksida. Svaki od njegovih atoma stvara oko sebe električno polje koje indukujepolarizacija po atomu obližnje molekule ugljičnog dioksida. On se menja u dipol, koji zauzvrat postaje sposoban da polarizuje druge čestice CO2. Kao rezultat toga, molekuli se privlače jedni drugima. Induktivna interakcija se također može uočiti u supstancama koje se sastoje od polarnih čestica, međutim, u ovom slučaju je mnogo slabija od orijentacijskih van der Waalsovih sila.
Interakcija disperzije
I sami atomi i čestice koje ih sačinjavaju (jezgra, elektroni) su sposobni za kontinuirano rotaciono i oscilatorno kretanje. To dovodi do pojave dipola. Prema istraživanjima kvantne mehanike, pojava trenutnih dvostruko nabijenih čestica odvija se i u čvrstim i u tekućinama sinhrono, tako da se krajevi molekula koji se nalaze u blizini ispostavljaju sa suprotnim polovima. To dovodi do njihove elektrostatičke privlačnosti, nazvane disperziona interakcija. Karakteristična je za sve supstance, osim onih koje su u gasovitom stanju, a čiji su molekuli jednoatomni. Međutim, van der Waalsove sile mogu nastati, na primjer, prilikom prelaska inertnih gasova (helijum, neon) u tečnu fazu na niskim temperaturama. Dakle, molekularna struktura tijela ili tekućina određuje njihovu sposobnost da formiraju različite vrste međumolekularne interakcije: orijentacijske, inducirane ili disperzione.
Šta je sublimacija
Molekularna struktura čvrste supstance, kao što su kristali joda,uzrokuje tako zanimljiv fizički fenomen kao što je sublimacija - isparavanje I2 molekula u obliku ljubičastih para. Nastaje sa površine supstance u čvrstoj fazi, zaobilazeći tečno stanje.
Ovaj vizuelno spektakularan eksperiment se često izvodi u školskim učionicama hemije da bi se ilustrovale strukturne karakteristike molekularnih kristalnih rešetki i srodna svojstva jedinjenja. Obično su to niska tvrdoća, niske tačke topljenja i ključanja, loša toplotna i električna provodljivost i isparljivost.
Praktična upotreba znanja o strukturi supstanci
Kao što smo vidjeli, može se uspostaviti određena korelacija između tipa kristalne rešetke, strukture i svojstava jedinjenja. Stoga, ako su karakteristike tvari poznate, onda je prilično lako predvidjeti karakteristike njene strukture i sastava čestica: atoma, molekula ili iona. Dobijene informacije mogu biti korisne i ako je u zadacima iz hemije potrebno pravilno odabrati supstance koje imaju molekularnu strukturu iz određene grupe jedinjenja, isključujući one koje imaju atomski ili jonski tip rešetke.
Rezimirajući možemo zaključiti sljedeće: molekularna struktura čvrstog tijela, i njegova prostorna struktura kristalnih rešetki, te raspored polariziranih čestica u tekućinama i plinovima u potpunosti su odgovorni za njegova fizička i kemijska svojstva. U teorijskom smislu, svojstva jedinjenja,koji sadrže dipole zavise od veličine sila međumolekularne interakcije. Što je veći polaritet molekula i manji radijus atoma koji ih čine, to su jače orijentacijske sile koje nastaju između njih. Naprotiv, što su veći atomi koji čine molekulu, to je veći njen dipolni moment, a samim tim i značajnije sile disperzije. Dakle, molekularna struktura čvrste supstance takođe utiče na sile interakcije između njenih čestica - dipola.
