Zoals je weet, bestudeert scheikunde de structuur en eigenschappen van stoffen, evenals hun onderlinge transformaties. Een belangrijke plaats bij de karakterisering van chemische verbindingen wordt ingenomen door de vraag uit wat voor soort deeltjes ze bestaan. Het kunnen atomen, ionen of moleculen zijn. In vaste stoffen komen ze de knopen van kristalroosters binnen. De moleculaire structuur heeft een relatief klein aantal verbindingen in vaste, vloeibare en gasvormige toestand.
In ons artikel zullen we voorbeelden geven van stoffen die worden gekenmerkt door moleculaire kristalroosters, en ook verschillende soorten intermoleculaire interacties beschouwen die kenmerkend zijn voor vaste stoffen, vloeistoffen en gassen.
Waarom je de structuur van chemische verbindingen moet kennen
In elke tak van menselijke kennis kan men een groep fundamentele wetten onderscheiden waarop de verdere ontwikkeling van de wetenschap is gebaseerd. in de chemie- dit is de theorie van M. V. Lomonosov en J. D alton, die de atomaire en moleculaire structuur van materie uitleggen. Zoals wetenschappers hebben vastgesteld, is het, door de interne structuur te kennen, mogelijk om zowel de fysische als chemische eigenschappen van de verbinding te voorspellen. De hele enorme hoeveelheid organische stoffen die door de mens kunstmatig is gesynthetiseerd (plastic, medicijnen, pesticiden, enz.) heeft vooraf bepaalde kenmerken en eigenschappen die het meest waardevol zijn voor zijn industriële en huishoudelijke behoeften.
Kennis over de kenmerken van de structuur en eigenschappen van verbindingen is vereist bij het uitvoeren van controlesecties, tests en examens in de loop van de chemie. Zoek bijvoorbeeld in de voorgestelde lijst met stoffen de juiste antwoorden: welke stof heeft een moleculaire structuur?
- Zink.
- Magnesiumoxide.
- Diamond.
- Naftaleen.
Het juiste antwoord is: zink heeft een moleculaire structuur, evenals naftaleen.
Krachten van intermoleculaire interactie
Er is experimenteel vastgesteld dat de moleculaire structuur kenmerkend is voor stoffen met een laag smeltpunt en een lage hardheid. Hoe kan men de kwetsbaarheid van de kristalroosters van deze verbindingen verklaren? Het bleek dat alles afhangt van de sterkte van de gezamenlijke invloed van de deeltjes die zich in hun knooppunten bevinden. Het heeft een elektrisch karakter en wordt intermoleculaire interactie of van der Waals-krachten genoemd, die gebaseerd zijn op de invloed van tegengesteld geladen moleculen - dipolen - op elkaar. Het bleek dat er verschillende mechanismen zijn voor hun vorming,afhankelijk van de aard van de stof zelf.
Zuren als verbindingen van moleculaire samenstelling
Oplossingen van de meeste zuren, zowel organische als anorganische, bevatten polaire deeltjes die ten opzichte van elkaar zijn georiënteerd met tegengesteld geladen polen. In een oplossing van zoutzuur HCl bevinden zich bijvoorbeeld dipolen, waartussen oriëntatie-interacties optreden. Met een stijging van de temperatuur hebben de moleculen van zoutzuur, waterstofbromide (HBr) en andere halogeenbevattende zuren een afname van het oriëntatie-effect, omdat de thermische beweging van de deeltjes hun onderlinge aantrekking verstoort. Naast de bovengenoemde stoffen hebben sucrose, naftaleen, ethanol en andere organische verbindingen een moleculaire structuur.
Hoe worden geïnduceerde geladen deeltjes geproduceerd
Eerder hebben we gekeken naar een van de werkingsmechanismen van Van der Waals-krachten, oriëntatie-interactie genaamd. Naast organische stoffen en halogeenhoudende zuren heeft waterstofoxide, water, een moleculaire structuur. In stoffen die bestaan uit niet-polaire, maar vatbaar voor de vorming van dipolen, moleculen, zoals koolstofdioxide CO2, kan men het verschijnen van geïnduceerde geladen deeltjes waarnemen - dipolen. Hun belangrijkste eigenschap is het vermogen om elkaar aan te trekken door het optreden van elektrostatische aantrekkingskrachten.
Moleculaire structuur van gas
In het vorige kopje noemden we de samengestelde koolstofdioxide. Elk van zijn atomen creëert een elektrisch veld om zich heen, wat leidt totpolarisatie per atoom van een nabijgelegen koolstofdioxidemolecuul. Het verandert in een dipool, die op zijn beurt in staat wordt om andere CO2-deeltjes te polariseren. Hierdoor worden de moleculen door elkaar aangetrokken. De inductieve interactie kan ook worden waargenomen in stoffen die bestaan uit polaire deeltjes, maar is in dit geval veel zwakker dan de oriënterende Van der Waals-krachten.
Dispersie-interactie
Zowel de atomen zelf als de deeltjes waaruit ze bestaan (kern, elektronen) zijn in staat tot continue roterende en oscillerende beweging. Het leidt tot het verschijnen van dipolen. Volgens het onderzoek van de kwantummechanica vindt het optreden van momentane dubbel geladen deeltjes zowel in vaste stoffen als in vloeistoffen synchroon plaats, zodat de uiteinden van de nabijgelegen moleculen met tegengestelde polen blijken te zijn. Dit leidt tot hun elektrostatische aantrekking, de dispersie-interactie genoemd. Het is kenmerkend voor alle stoffen, behalve die in gasvormige toestand en waarvan de moleculen monoatomisch zijn. Er kunnen echter van der Waals-krachten ontstaan, bijvoorbeeld tijdens de overgang van inerte gassen (helium, neon) naar de vloeibare fase bij lage temperaturen. De moleculaire structuur van lichamen of vloeistoffen bepa alt dus hun vermogen om verschillende soorten intermoleculaire interacties te vormen: oriënterend, geïnduceerd of dispersie.
Wat is sublimatie
Moleculaire structuur van een vaste stof, zoals jodiumkristallen,veroorzaakt zo'n interessant natuurkundig fenomeen als sublimatie - vervluchtiging van I2 moleculen in de vorm van violette dampen. Het komt voor vanaf het oppervlak van een stof in de vaste fase, waarbij de vloeibare toestand wordt omzeild.
Dit visueel spectaculaire experiment wordt vaak gedaan in klaslokalen voor scheikunde op school om de structurele kenmerken van moleculaire kristalroosters en verwante eigenschappen van verbindingen te illustreren. Gewoonlijk zijn dit lage hardheid, lage smelt- en kookpunten, slechte thermische en elektrische geleidbaarheid en vluchtigheid.
Praktisch gebruik van kennis over de structuur van stoffen
Zoals we hebben gezien, kan er een zekere correlatie worden vastgesteld tussen het type kristalrooster, de structuur en de eigenschappen van de verbinding. Daarom, als de kenmerken van een stof bekend zijn, is het vrij eenvoudig om de kenmerken van de structuur en samenstelling van deeltjes te voorspellen: atomen, moleculen of ionen. De verkregen informatie kan ook nuttig zijn als het bij taken in de chemie nodig is om stoffen met een moleculaire structuur correct te selecteren uit een bepaalde groep verbindingen, met uitzondering van die met atomaire of ionische roosters.
Samenvattend kunnen we het volgende concluderen: de moleculaire structuur van een vast lichaam, en zijn ruimtelijke structuur van kristalroosters, en de rangschikking van gepolariseerde deeltjes in vloeistoffen en gassen zijn volledig verantwoordelijk voor zijn fysische en chemische eigenschappen. In theoretische termen zijn de eigenschappen van verbindingen,die dipolen bevatten, zijn afhankelijk van de grootte van de krachten van intermoleculaire interactie. Hoe hoger de polariteit van de moleculen en hoe kleiner de straal van de atomen waaruit ze bestaan, hoe sterker de oriëntatiekrachten die ertussen ontstaan. Integendeel, hoe groter de atomen waaruit het molecuul bestaat, hoe hoger het dipoolmoment en dus hoe groter de dispersiekrachten. De moleculaire structuur van een vaste stof beïnvloedt dus ook de krachten van interactie tussen zijn deeltjes - dipolen.
