п-бутан

изобутан циклопентан метил-с-бутан

Различни позиции на функционални групи

OH [пропанол-1] OH [пропанол-2]

Различни видове функционални групи (метамеризъм)

изомери

киселина] аминоетанова киселина]

Вижте също пример от табл. 2.

B) Разлика в електронната структура:

Различни видове и позиции на множествени облигации

(изомери

[бутадиен-1,3] [бутин-1] [бутин-2]

Конвенционалните структурни формули отразяват само тези два (А и Б) аспекта на структурата на молекулите.

В) ПРОСТРАНСТВЕНА ИЗОМЕРИЯ (или стереоизомерия):

Такива изомери имат еднакъв ред на свързване между атомите, но се различават по пространственото разположение на съставните им атоми или групи от атоми. Използват се специални техники за показване на пространствената структура.

Те включват:

(5) Цис-транс изомерия– различно разположение на атомите спрямо двойната връзка (a) или равнината на пръстена (b):

Пример (а) – стереоизомери на бутен-2:

[цис-Бутен-2] [транс-Бутен-2]

Пример (b) – стереоизомери:

цис форма транс форма

(6) Оптична (огледална) изомерия

Това явление се дължи на наличието на асиметрични въглеродни атоми в молекулите; разгледани в разделите „Хидроксикиселини” и „Въглехидрати”.

(7) Конформационна изомерия

Повечето вещества се характеризират със способността, в зависимост от условията, да бъдат в едно от трите агрегатни състояния: твърдо, течно или газообразно.

Например водата при нормално налягане в температурния диапазон 0-100 o C е течност, при температури над 100 o C може да съществува само в газообразно състояние, а при температури под 0 o C е твърдо.
Веществата в твърдо състояние се делят на аморфни и кристални.

Характерни особености аморфни веществае липсата на ясна точка на топене: тяхната течливост постепенно се увеличава с повишаване на температурата. Аморфните вещества включват съединения като восък, парафин, повечето пластмаси, стъкло и др.

Кристалните вещества обаче имат определена точка на топене, т.е. вещество с кристална структура преминава от твърдо в течно състояние не постепенно, а рязко, при достигане на определена температура. Примери за кристални вещества включват готварска сол, захар и лед.

Разликата е физични свойства ah на аморфни и кристални твърди вещества се определя главно от структурните характеристики на такива вещества. Каква е разликата между вещество в аморфно и кристално състояние, е най-лесно да се разбере от следната илюстрация:

Както можете да видите, в аморфното вещество, за разлика от кристалното, няма ред в подреждането на частиците. Ако в кристално вещество свържете мислено два атома близо един до друг с права линия, можете да откриете, че едни и същи частици ще лежат на тази линия на строго определени интервали:

По този начин, в случай на кристални вещества, можем да говорим за такова понятие като кристална решетка.

Кристална решетка наречена пространствена рамка, свързваща точките в пространството, в които се намират частиците, които образуват кристала.

Точките в пространството, в които се намират частиците, образуващи кристала, се наричат възли на кристална решетка .

В зависимост от това кои частици са разположени във възлите на кристалната решетка, те се разграничават: молекулярни, атомни, йонни И метални кристални решетки .

Във възли молекулярна кристална решетка

Има молекули, в които атомите са свързани чрез силни ковалентни връзки, но самите молекули се държат една близо до друга чрез слаби междумолекулни сили. Поради такива слаби междумолекулни взаимодействия, кристалите с молекулярна решетка са крехки. Такива вещества се различават от веществата с други видове структура по значително по-ниски точки на топене и кипене, които не провеждат електрически ток, могат или не могат да бъдат разтворими в различни разтворители. Разтворите на такива съединения могат или не могат да провеждат електрически ток в зависимост от класа на съединението. Съединенията с молекулярна кристална решетка включват много прости вещества - неметали (втвърден H 2, O 2, Cl 2, орторомбична сяра S 8, бял фосфор P 4), както и много сложни вещества - водородни съединениянеметали, киселини, неметални оксиди, повечето органична материя. Трябва да се отбележи, че ако веществото е в газообразно или течно състояние, не е подходящо да се говори за молекулярна кристална решетка: по-правилно е да се използва терминът молекулярен тип структура.

Във възли атомна кристална решетка

има атоми. Освен това, всички възли на такава кристална решетка са „свързани“ заедно чрез силни ковалентни връзки в единичен кристал. Всъщност такъв кристал е една гигантска молекула. Поради структурните си особености всички вещества с атомна кристална решетка са твърди, имат високи точки на топене, химически неактивни, неразтворими нито във вода, нито в органични разтворители и стопилките им не провеждат електрически ток. Трябва да се помни, че веществата с атомен тип структура включват бор B, въглерод C (диамант и графит), силиций Si от прости вещества и силициев диоксид SiO 2 (кварц), силициев карбид SiC, борен нитрид BN от сложни вещества.

За вещества с йонна кристална решетка

местата на решетката съдържат йони, свързани помежду си чрез йонни връзки.
Тъй като йонните връзки са доста силни, веществата с йонна решетка имат относително висока твърдост и огнеупорност. Най-често те са разтворими във вода и техните разтвори, подобно на стопилките, провеждат електрически ток.
Веществата с йонна кристална решетка включват метални и амониеви соли (NH 4 +), основи и метални оксиди. Сигурен признак за йонната структура на веществото е наличието на атоми в състава му едновременно типичен метали неметални.

наблюдавани в кристали на свободни метали, например натрий Na, желязо Fe, магнезий Mg и др. В случай на метална кристална решетка, нейните възли съдържат катиони и метални атоми, между които се движат електрони. В този случай движещите се електрони периодично се прикрепят към катиони, като по този начин неутрализират заряда им, а отделните неутрални метални атоми в замяна „освобождават“ някои от своите електрони, превръщайки се на свой ред в катиони. Всъщност „свободните“ електрони не принадлежат на отделни атоми, а на целия кристал.

Такива структурни характеристики водят до факта, че металите провеждат топлина и електрически ток добре и често имат висока пластичност (ковкост).
Разликата в температурите на топене на металите е много голяма. Например, точката на топене на живака е приблизително минус 39 ° C (течност при нормални условия), а волфрамът е 3422 ° C. Трябва да се отбележи, че при нормални условия всички метали с изключение на живака са твърди вещества.

Теми Кодификатор за единен държавен изпит: Вещества с молекулярна и немолекулна структура. Тип кристална решетка. Зависимост на свойствата на веществата от техния състав и структура.

Молекулярно-кинетична теория

Всички молекули са изградени от малки частици, наречени атоми. Всички открити в момента атоми са събрани в периодичната таблица.

атоме най-малката, химически неделима частица от вещество, която запазва своите химични свойства. Атомите се свързват един с друг химични връзки. Вече разгледахме a. Не пропускайте да изучавате теорията по темата: Видове химични връзки, преди да изучавате тази статия!

Сега нека да разгледаме как частиците в материята могат да се свързват.

В зависимост от разположението на частиците една спрямо друга, свойствата на образуваните от тях вещества могат да варират значително. Така че, ако частиците са разположени на разстояние една от друга далеч(разстоянието между частиците е много по-голямо от размера на самите частици), практически не взаимодействат помежду си, движат се в пространството хаотично и непрекъснато, тогава имаме работа с газ .

Ако частиците се намират близоедин към друг, но хаотичен, повече взаимодействат помежду си, изпълняват интензивно осцилаторни движенияв една позиция, но може да скочи в друга позиция, тогава това е модел на структурата течности .

Ако частиците се намират близоедин към друг, но повече по подреден начин, И взаимодействайте повечепомежду си, но се движат само в рамките на едно равновесно положение, практически без да се преместват в други ситуация, с която се занимаваме твърдо .

Повечето известни химични вещества и смеси могат да съществуват в твърдо, течно и газообразни състояния. Най-простият пример е вода. При нормални условия то течност, при 0 o C замръзва - преминава от течно състояние в трудно, а при 100 o C кипи - превръща се в газова фаза– водна пара. Освен това много вещества при нормални условия са газове, течности или твърди вещества. Например въздухът - смес от азот и кислород - е газ при нормални условия. Но кога високо кръвно наляганеи ниски температури, азотът и кислородът кондензират и преминават в течна фаза. Течният азот се използва активно в промишлеността. Понякога изолиран плазма, а също така течни кристали,като отделни фази.

Обясняват се много свойства на отделните вещества и смеси относителна позициячастици в пространството една спрямо друга!

Тази статия разглежда свойства твърди вещества , в зависимост от тяхната структура. Основни физични свойства на твърдите тела: точка на топене, електропроводимост, топлопроводимост, механична якост, пластичност и др.

Точка на топене - това е температурата, при която веществото преминава от твърда фаза в течна фаза и обратно.

е способността на веществото да се деформира без разрушаване.

Електрическа проводимост е способността на веществото да провежда ток.

Токът е подреденото движение на заредени частици. По този начин токът може да се извършва само от вещества, които съдържат подвижни заредени частици. Въз основа на способността си да провеждат ток, веществата се разделят на проводници и диелектрици. Проводниците са вещества, които могат да провеждат ток (т.е. съдържат подвижни заредени частици). Диелектриците са вещества, които практически не провеждат ток.

В твърдо вещество могат да се намират частици от вещество хаотичен, или по-подреденО. Ако частиците на твърдото тяло са разположени в пространството хаотичен, веществото се нарича аморфен. Примери за аморфни вещества – въглища, слюдено стъкло.

Ако частиците на твърдо вещество са подредени в пространството по подреден начин, т.е. образуват повтарящи се триизмерни геометрични структури, такова вещество се нарича кристал, а самата конструкция – кристална решетка . Повечето от познатите ни вещества са кристали. Самите частици се намират в възликристална решетка.

Кристалните вещества се отличават по-специално с тип химична връзка между частиците в кристал – атомен, молекулен, метален, йонен; от геометрична форманай-простата клетка на кристална решетка - кубична, шестоъгълна и др.

В зависимост от тип частици, които образуват кристална решетка , различавам атомна, молекулярна, йонна и метална кристална структура .

Атомна кристална решетка

Когато възлите на кристала са разположени, се образува атомна кристална решетка атоми. Атомите са силно свързани помежду си ковалентни химични връзки. Съответно, такава кристална решетка ще бъде много издръжлив, не е лесно да го унищожиш. Атомна кристална решетка може да се образува от атоми с висока валентност, т.е. с голям бройвръзки със съседни атоми (4 или повече). Като правило това са неметали: прости вещества - силиций, бор, въглерод (алотропни модификации диамант, графит) и техните съединения (бор въглерод, силициев оксид (IV) и др..). Тъй като между неметалите възникват предимно ковалентни химични връзки, свободни електрони(като други заредени частици) във вещества с атомна кристална решетка в повечето случаи не. Следователно, такива вещества обикновено са провеждат електричество много лошо, т.е. са диелектрици. Това са общи модели, от които има редица изключения.

Комуникация между частици в атомни кристали: .

Във възлите на кристала с разположена атомна кристална структура атоми.

Фазово състояние атомни кристали при нормални условия: като правило, твърди вещества .

вещества, образуващи атомни кристали в твърдо състояние:

1. Прости вещества висока валентност (намира се в средата на периодичната таблица): бор, въглерод, силиций и др.
2. Сложни вещества, образувани от тези неметали:силициев диоксид (силициев оксид, кварцов пясък) SiO 2; силициев карбид (корунд) SiC; борен карбид, борен нитрид и др.

Физични свойства на веществата с атомна кристална решетка:

— сила;

— огнеупорност (висока точка на топене);

— ниска електропроводимост;

— ниска топлопроводимост;

— химическа инертност (неактивни вещества);

- неразтворимост в разтворители.

Молекулярна кристална решетка- това е решетка, в чиито възли има молекули. Задържа молекули в кристал слаби сили на междумолекулно привличане (сили на Ван дер Ваалс, водородни връзки или електростатично привличане). Съответно, такава кристална решетка, като правило, доста лесен за унищожаване. Вещества с молекулярна кристална решетка – топим, крехък. Колкото по-голяма е силата на привличане между молекулите, толкова по-висока е точката на топене на веществото. По правило температурите на топене на вещества с молекулярна кристална решетка не са по-високи от 200-300 К. Следователно при нормални условия повечето вещества с молекулярна кристална решетка съществуват във формата газове или течности. Молекулярната кристална решетка, като правило, се образува в твърда форма от киселини, неметални оксиди, други бинарни съединения на неметали, прости вещества, които образуват стабилни молекули (кислород O 2, азот N 2, вода H 2 O, и др.), органични вещества. По правило това са вещества с ковалентна полярна (по-рядко неполярна) връзка. защото електроните участват в химични връзки, вещества с молекулярна кристална решетка - диелектрици, не провеждат топлина добре.

Комуникация между частици в молекулярни кристали: m междумолекулни, електростатични или междумолекулни сили на привличане.

Във възлите на кристала с разположена молекулярна кристална структура молекули.

Фазово състояние молекулярни кристали при нормални условия: газове, течности и твърди вещества.

вещества, образуващи се в твърдо състояние молекулярни кристали:

1. Прости неметални вещества, които образуват малки, силни молекули (O 2, N 2, H 2, S 8 и т.н.);
2. Сложни вещества (неметални съединения) с полярни ковалентни връзки (с изключение на силициеви и борни оксиди, силициеви и въглеродни съединения) - вода H 2 O, серен оксид SO 3 и др.
3. Едноатомни благородни газове (хелий, неон, аргон, криптон и т.н.);
4. Повечето органични вещества, които нямат йонни връзки — метан CH 4, бензен C 6 H 6 и др.

Физични свойства вещества с молекулярна кристална решетка:

- разтопимост ( ниска температуратопене):

— висока свиваемост;

— молекулните кристали в твърдо състояние, както и в разтвори и стопилки, не провеждат ток;

- фазово състояние при нормални условия - газове, течности, твърди вещества;

— висока волатилност;

- ниска твърдост.

Йонна кристална решетка

Ако има заредени частици в кристалните възли – йони, можем да говорим за йонна кристална решетка . Обикновено йонните кристали се редуват положителни йони(катиони) и отрицателни йони(аниони), така че частиците се задържат в кристала сили на електростатично привличане . В зависимост от вида на кристала и вида на йоните, образуващи кристала, такива вещества могат да бъдат доста издръжлив и огнеупорен. В твърдо състояние в йонните кристали обикновено няма подвижни заредени частици. Но когато кристалът се разтваря или стопява, йони се освобождават и могат да се движат под въздействието на външни влияния електрическо поле. Тези. Само разтвори или стопилки провеждат токйонни кристали. Йонната кристална решетка е характерна за веществата с йонна химична връзка. Примеритакива вещества - трапезна сол NaCl, калциев карбонат– CaCO 3 и др. Йонна кристална решетка, като правило, се образува в твърдата фаза соли, основи, както и метални оксиди и бинарни съединения на метали и неметали.

Комуникация между частици в йонни кристали: .

Във възлите на кристала с разположена йонна решетка йони.

Фазово състояние йонни кристали при нормални условия: като правило, твърди вещества.

Химикали с йонна кристална решетка:

1. Соли (органични и неорганични), включително амониеви соли (Например, амониев хлорид NH4CI);
2. основания;
3. Метални оксиди;
4. Бинарни съединения, съдържащи метали и неметали.

Физични свойства на веществата с йонна кристална структура:

— висока точка на топене (огнеупорност);

— разтвори и стопилки на йонни кристали са проводници на ток;

— повечето съединения са разтворими в полярни разтворители (вода);

- състояние на твърда фаза за повечето съединения при нормални условия.

И накрая се характеризират металите специален видпространствена структура – метална кристална решетка, което се дължи метална химична връзка . Металните атоми държат валентни електрони доста слабо. В кристал, образуван от метал, следните процеси протичат едновременно: Някои атоми се отказват от електрони и се превръщат в положително заредени йони; тези електроните се движат произволно в кристала; някои електрони се привличат от йони. Тези процеси протичат едновременно и хаотично. по този начин възникват йони , както при образуването на йонна връзка, и се образуват споделени електрони както в образованието ковалентна връзка. Свободните електрони се движат произволно и непрекъснато в целия обем на кристала, подобно на газ. Затова понякога ги наричат ​​" електронен газ " Поради наличност голям бройподвижни заредени метални частици провеждат ток и топлина. Точката на топене на металите варира значително. Характеризират се и металите особен метален блясък, ковкост, т.е. способността да променя формата си без разрушаване при силен механичен стрес, т.к химични връзките обаче не са унищожени.

Комуникация между частици : .

Във възлите на кристала с разположена метална решетка метални йони и атоми.

Фазово състояние метали при нормални условия: обикновено твърди вещества(изключение прави живак, течност при нормални условия).

Химикали с метална кристална решетка - прости вещества - метали.

Физични свойства на веществата с метална кристална решетка:

— висока топло- и електропроводимост;

— ковкост и пластичност;

- метален блясък;

- металите обикновено са неразтворими в разтворители;

- Повечето метали са твърди вещества при нормални условия.

Сравнение на свойствата на вещества с различни кристални решетки

Видът на кристалната решетка (или липсата на кристална решетка) позволява да се оценят основните физични свойства на дадено вещество. За грубо сравняване на типичните физични свойства на съединения с различни кристални решетки е много удобно да се използват химикали с характерни свойства . За молекулна решетка това е, например, въглероден диоксид, за атомна кристална решетка - диамант, за метал - мед, а за йонната кристална решетка - трапезна сол, натриев хлорид NaCl.

Обобщена таблица на структурите на образуваните прости вещества химически елементиот основните подгрупи на периодичната таблица (елементите на вторичните подгрупи са метали, следователно имат метална кристална решетка).

Последната таблица на връзката между свойствата на веществата и тяхната структура: