Kao što znate, kemija proučava strukturu i svojstva tvari, kao i njihove međusobne transformacije. Važno mjesto u karakterizaciji kemijskih spojeva zauzima pitanje od kakvih se čestica sastoje. To mogu biti atomi, ioni ili molekule. U čvrstim tijelima ulaze u čvorove kristalnih rešetki. Molekularna struktura ima relativno mali broj spojeva u čvrstom, tekućem i plinovitom stanju.
U našem članku dat ćemo primjere tvari koje karakteriziraju molekularne kristalne rešetke, a također ćemo razmotriti nekoliko vrsta međumolekularnih interakcija karakterističnih za čvrste tvari, tekućine i plinove.
Zašto morate znati strukturu kemijskih spojeva
U svakoj grani ljudskog znanja može se izdvojiti skupina temeljnih zakona na kojima se temelji daljnji razvoj znanosti. u kemiji- ovo je teorija M. V. Lomonosov i J. D alton, objašnjavajući atomsku i molekularnu strukturu tvari. Kako su znanstvenici utvrdili, poznavajući unutarnju strukturu, moguće je predvidjeti i fizička i kemijska svojstva spoja. Cijela ogromna količina organskih tvari koje je čovjek umjetno sintetizirao (plastika, lijekovi, pesticidi itd.) imaju unaprijed određena svojstva i svojstva koja su najvrjednija za njegove industrijske i kućne potrebe.
Poznavanje o značajkama strukture i svojstava spojeva potrebno je prilikom provođenja kontrolnih dionica, testova i ispita iz predmeta kemija. Na primjer, u predloženom popisu tvari pronađite točne odgovore: koja tvar ima molekularnu strukturu?
- Cink.
- Magnezijev oksid.
- Dijamant.
- Naftalen.
Točan odgovor je: cink ima molekularnu strukturu, kao i naftalen.
Sile međumolekularne interakcije
Eksperimentalno je utvrđeno da je molekularna struktura karakteristična za tvari niskih tališta i niske tvrdoće. Kako se može objasniti krhkost kristalnih rešetki ovih spojeva? Kako se pokazalo, sve ovisi o snazi zajedničkog utjecaja čestica koje se nalaze u njihovim čvorovima. Ima električnu prirodu i naziva se međumolekularna interakcija ili van der Waalsove sile, koje se temelje na utjecaju suprotno nabijenih molekula - dipola - jedna na drugu. Pokazalo se da postoji nekoliko mehanizama za njihovo formiranje,ovisno o prirodi same tvari.
Kiseline kao spojevi molekularnog sastava
Otopine većine kiselina, i organskih i anorganskih, sadrže polarne čestice koje su orijentirane jedna prema drugoj sa suprotno nabijenim polovima. Na primjer, u otopini klorovodične 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, budući da toplinsko gibanje čestica ometa njihovo međusobno privlačenje. Uz gore navedene tvari, saharoza, naftalen, etanol i drugi organski spojevi imaju molekularnu strukturu.
Kako nastaju inducirane nabijene čestice
Ranije smo razmatrali jedan od mehanizama djelovanja Van der Waalsovih sila, nazvan orijentacijska interakcija. Osim organskih tvari i kiselina koje sadrže halogen, vodikov oksid, voda, ima molekularnu strukturu. U tvarima koje se sastoje od nepolarnih, ali sklonih stvaranju dipola, molekula, kao što je ugljični dioksid CO2, može se uočiti pojava induciranih nabijenih čestica - dipola. Njihovo najvažnije svojstvo je sposobnost međusobnog privlačenja zbog pojave elektrostatičkih sila privlačenja.
Molekularna struktura plina
U prethodnom podnaslovu spomenuli smo spoj ugljični dioksid. Svaki od njegovih atoma stvara oko sebe električno polje koje inducirapolarizacija po atomu obližnje molekule ugljičnog dioksida. Mijenja se u dipol, koji zauzvrat postaje sposoban polarizirati druge čestice CO2. Kao rezultat toga, molekule se privlače jedna drugoj. Induktivna interakcija se također može uočiti u tvarima 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 čine (jezgra, elektroni) sposobni su za kontinuirano rotacijsko i oscilatorno gibanje. To dovodi do pojave dipola. Prema istraživanjima kvantne mehanike, pojava trenutnih dvostruko nabijenih čestica događa se i u čvrstim tvarima i u tekućinama sinkrono, tako da se krajevi molekula koje se nalaze u blizini ispadaju s suprotnim polovima. To dovodi do njihovog elektrostatičkog privlačenja, nazvanog međudjelovanjem disperzije. Karakteristična je za sve tvari, osim onih koje su u plinovitom stanju, a čije su molekule jednoatomne. Međutim, van der Waalsove sile mogu nastati npr. tijekom prijelaza inertnih plinova (helij, neon) u tekuću fazu pri niskim temperaturama. Dakle, molekularna struktura tijela ili tekućina određuje njihovu sposobnost da formiraju različite vrste međumolekularne interakcije: orijentacijske, inducirane ili disperzijske.
Što je sublimacija
Molekularna struktura čvrste tvari, kao što su kristali joda,uzrokuje tako zanimljiv fizički fenomen kao što je sublimacija - isparavanje I2 molekula u obliku ljubičastih para. Nastaje s površine tvari u čvrstoj fazi, zaobilazeći tekuće stanje.
Ovaj vizualno spektakularni eksperiment često se izvodi u školskim učionicama kemije kako bi se ilustrirali strukturne značajke molekularnih kristalnih rešetki i srodna svojstva spojeva. Obično su to niska tvrdoća, nisko talište i vrelište, loša toplinska i električna vodljivost te hlapljivost.
Praktična upotreba znanja o strukturi tvari
Kao što smo vidjeli, može se uspostaviti određena korelacija između vrste kristalne rešetke, strukture i svojstava spoja. Stoga, ako su karakteristike tvari poznate, onda je prilično lako predvidjeti značajke njezine strukture i sastava čestica: atoma, molekula ili iona. Dobivene informacije mogu biti korisne i ako je u zadacima iz kemije potrebno pravilno odabrati tvari koje imaju molekularnu strukturu iz određene skupine spojeva, isključujući one koji imaju atomske ili ionske vrste rešetki.
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 fizikalna i kemijska svojstva. U teoretskom smislu, svojstva spojeva,koji sadrže dipole ovise o veličini sila međumolekularne interakcije. Što je veći polaritet molekula i manji polumjer 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 tvari također utječe na sile interakcije između njegovih čestica - dipola.
