Ինչպես գիտեք, քիմիան ուսումնասիրում է նյութերի կառուցվածքն ու հատկությունները, ինչպես նաև դրանց փոխադարձ փոխակերպումները։ Քիմիական միացությունների բնութագրման մեջ կարևոր տեղ է գրավում այն հարցը, թե ինչ մասնիկներից են դրանք կազմված։ Դա կարող է լինել ատոմներ, իոններ կամ մոլեկուլներ: Պինդ մարմիններում դրանք մտնում են բյուրեղյա վանդակաճաղերի հանգույցներ։ Մոլեկուլային կառուցվածքն ունի համեմատաբար փոքր քանակությամբ միացություններ պինդ, հեղուկ և գազային վիճակում։
Մեր հոդվածում մենք կտանք նյութերի օրինակներ, որոնք բնութագրվում են մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակներով, ինչպես նաև կքննարկենք պինդ մարմիններին, հեղուկներին և գազերին բնորոշ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների մի քանի տեսակներ:
Ինչու է պետք իմանալ քիմիական միացությունների կառուցվածքը
Մարդկային գիտելիքների յուրաքանչյուր ճյուղում կարելի է առանձնացնել հիմնարար օրենքների մի խումբ, որոնց վրա հիմնված է գիտության հետագա զարգացումը։ քիմիայի մեջ- սա Մ. Վ.ի տեսությունն է։ Լոմոնոսովը և Ջ. Դալթոնը՝ բացատրելով նյութի ատոմային և մոլեկուլային կառուցվածքը։ Ինչպես հաստատել են գիտնականները, իմանալով ներքին կառուցվածքը, հնարավոր է կանխատեսել միացության ինչպես ֆիզիկական, այնպես էլ քիմիական հատկությունները: Մարդու կողմից արհեստականորեն սինթեզված օրգանական նյութերի ողջ հսկայական քանակությունը (պլաստմասսա, դեղամիջոցներ, թունաքիմիկատներ և այլն) ունի կանխորոշված բնութագրեր և հատկություններ, որոնք առավել արժեքավոր են նրա արդյունաբերական և կենցաղային կարիքների համար։
Միացությունների կառուցվածքի և հատկությունների առանձնահատկությունների մասին գիտելիքները պահանջված են քիմիայի ընթացքում հսկիչ բաժիններ, թեստեր և քննություններ անցկացնելիս: Օրինակ՝ նյութերի առաջարկվող ցանկում գտե՛ք ճիշտ պատասխանները՝ ո՞ր նյութն ունի մոլեկուլային կառուցվածք։
- ցինկ.
- Մագնեզիումի օքսիդ.
- Ադամանդ.
- Նաֆթալին.
Ճիշտ պատասխանն է՝ ցինկը ունի մոլեկուլային կառուցվածք, ինչպես նաև նաֆթալինը։
Միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժեր
Փորձնականորեն հաստատվել է, որ մոլեկուլային կառուցվածքը բնորոշ է ցածր հալման ջերմաստիճան ունեցող և ցածր կարծրություն ունեցող նյութերին։ Ինչպե՞ս կարելի է բացատրել այս միացությունների բյուրեղային ցանցերի փխրունությունը: Ինչպես պարզվեց, ամեն ինչ կախված է դրանց հանգույցներում տեղակայված մասնիկների համատեղ ազդեցության ուժից։ Այն ունի էլեկտրական բնույթ և կոչվում է միջմոլեկուլային փոխազդեցություն կամ վան դեր Վալսյան ուժեր, որոնք հիմնված են միմյանց վրա հակառակ լիցքավորված մոլեկուլների՝ դիպոլների ազդեցության վրա։ Պարզվեց, որ դրանց ձևավորման մի քանի մեխանիզմներ կան.կախված նյութի բնույթից։
Թթուները որպես մոլեկուլային կազմի միացություններ
Թթուների մեծ մասի լուծույթները՝ և՛ օրգանական, և՛ անօրգանական, պարունակում են բևեռային մասնիկներ, որոնք միմյանց նկատմամբ ուղղված են հակառակ լիցքավորված բևեռներով: Օրինակ, աղաթթվի HCI լուծույթում կան դիպոլներ, որոնց միջև տեղի են ունենում կողմնորոշիչ փոխազդեցություններ։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, հիդրոքլորային, հիդրոբրոմի (HBr) և հալոգեն պարունակող այլ թթուների մոլեկուլները նվազում են կողմնորոշման էֆեկտի վրա, քանի որ մասնիկների ջերմային շարժումը խանգարում է նրանց փոխադարձ ներգրավմանը: Բացի վերը նշված նյութերից, սախարոզա, նաֆթալին, էթանոլ և այլ օրգանական միացություններ ունեն մոլեկուլային կառուցվածք։
Ինչպես են առաջանում լիցքավորված մասնիկները
Ավելի վաղ մենք դիտարկել ենք Վան դեր Վալսի ուժերի գործողության մեխանիզմներից մեկը, որը կոչվում է կողմնորոշիչ փոխազդեցություն: Բացի օրգանական նյութերից և հալոգեն պարունակող թթուներից, ջրածնի օքսիդը, ջուրը, ունի մոլեկուլային կառուցվածք։ Ոչ բևեռային, բայց հակված դիպոլների առաջացմանը հակված նյութերում, ինչպիսին է ածխաթթու գազը CO2, կարելի է դիտարկել առաջացած լիցքավորված մասնիկների՝ դիպոլների տեսքը։ Նրանց ամենակարևոր հատկությունը էլեկտրաստատիկ ձգողական ուժերի ի հայտ գալու շնորհիվ միմյանց գրավելու ունակությունն է։
Գազի մոլեկուլային կառուցվածք
Նախորդ ենթավերնագրում նշեցինք ածխաթթու գազը միացությունը։ Նրա յուրաքանչյուր ատոմ իր շուրջը ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որը դրդում էմոտակա ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի մեկ ատոմի բևեռացում: Այն փոխվում է դիպոլի, որն իր հերթին ունակ է դառնում բևեռացնելու CO2 այլ մասնիկներ: Արդյունքում մոլեկուլները ձգվում են միմյանց: Ինդուկտիվ փոխազդեցությունը կարող է դիտվել նաև բևեռային մասնիկներից կազմված նյութերում, սակայն այս դեպքում այն շատ ավելի թույլ է, քան կողմնորոշիչ վան դեր Վալսի ուժերը։
ցրման փոխազդեցություն
Ե՛վ իրենք ատոմները, և՛ դրանք կազմող մասնիկները (միջուկը, էլեկտրոնները) ունակ են շարունակական պտտվող և տատանողական շարժման։ Դա հանգեցնում է դիպոլների առաջացմանը։ Ըստ քվանտային մեխանիկայի հետազոտության՝ ակնթարթային կրկնակի լիցքավորված մասնիկների առաջացումը տեղի է ունենում ինչպես պինդ, այնպես էլ հեղուկների մեջ համաժամանակյա, այնպես որ մոտակայքում գտնվող մոլեկուլների ծայրերը հակառակ բևեռներով են լինում։ Սա հանգեցնում է նրանց էլեկտրաստատիկ ձգողության, որը կոչվում է դիսպերսիոն փոխազդեցություն: Այն բնորոշ է բոլոր նյութերին, բացառությամբ նրանց, որոնք գազային վիճակում են, և որոնց մոլեկուլները միատոմ են։ Այնուամենայնիվ, վան դեր Վալսի ուժերը կարող են առաջանալ, օրինակ, ցածր ջերմաստիճաններում իներտ գազերի (հելիում, նեոն) հեղուկ փուլ անցնելու ժամանակ։ Այսպիսով, մարմինների կամ հեղուկների մոլեկուլային կառուցվածքը որոշում է նրանց կարողությունը ձևավորելու տարբեր տեսակի միջմոլեկուլային փոխազդեցություններ՝ կողմնորոշիչ, առաջացած կամ ցրված։
Ի՞նչ է սուբլիմացիան
Պինդ մարմնի մոլեկուլային կառուցվածքը, ինչպիսիք են յոդի բյուրեղները,առաջացնում է այնպիսի հետաքրքիր ֆիզիկական երևույթ, ինչպիսին է սուբլիմացիան՝ I2 մոլեկուլների ցնդումը մանուշակագույն գոլորշիների տեսքով: Այն առաջանում է պինդ փուլում գտնվող նյութի մակերեսից՝ շրջանցելով հեղուկ վիճակը։
Այս տեսողականորեն տպավորիչ փորձը հաճախ կատարվում է դպրոցական քիմիայի դասարաններում՝ մոլեկուլային բյուրեղային ցանցերի կառուցվածքային առանձնահատկությունները և միացությունների հարակից հատկությունները ցույց տալու համար: Սովորաբար դրանք ցածր կարծրություն են, ցածր հալման և եռման կետեր, վատ ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն և անկայունություն:
Նյութերի կառուցվածքի մասին գիտելիքների գործնական օգտագործում
Ինչպես տեսանք, որոշակի հարաբերակցություն կարող է սահմանվել բյուրեղային ցանցի տեսակի, կառուցվածքի և միացության հատկությունների միջև: Հետևաբար, եթե նյութի բնութագրերը հայտնի են, ապա բավականին հեշտ է կանխատեսել նրա կառուցվածքի և մասնիկների կազմի առանձնահատկությունները՝ ատոմներ, մոլեկուլներ կամ իոններ։ Ստացված տեղեկատվությունը կարող է օգտակար լինել նաև, եթե քիմիայի առաջադրանքների ժամանակ անհրաժեշտ է միացությունների որոշակի խմբից ճիշտ ընտրել մոլեկուլային կառուցվածք ունեցող նյութերը, բացառությամբ նրանց, որոնք ունեն ատոմային կամ իոնային տեսակի ցանցեր։
Ամփոփելով՝ կարող ենք եզրակացնել հետևյալը. պինդ մարմնի մոլեկուլային կառուցվածքը և բյուրեղային ցանցերի տարածական կառուցվածքը և հեղուկների և գազերի մեջ բևեռացված մասնիկների դասավորությունը լիովին պատասխանատու են նրա ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների համար: Տեսական առումով միացությունների հատկությունները,դիպոլներ պարունակող կախված է միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերի մեծությունից։ Որքան մեծ է մոլեկուլների բևեռականությունը և որքան փոքր է դրանք կազմող ատոմների շառավիղը, այնքան ավելի ուժեղ են նրանց միջև առաջացող կողմնորոշիչ ուժերը։ Ընդհակառակը, որքան մեծ են մոլեկուլը կազմող ատոմները, այնքան բարձր է նրա դիպոլային մոմենտը, և, հետևաբար, ավելի նշանակալի են ցրման ուժերը։ Այսպիսով, պինդ մարմնի մոլեկուլային կառուցվածքը նույնպես ազդում է նրա մասնիկների՝ դիպոլների փոխազդեցության ուժերի վրա։
