З курсу фізики відомо, що атоми хімічних елементів мають вигляд вільних частинок. Вони можуть об’єднуватися між собою за допомогою різних видів хімічного зв’язку. В результаті утворюються молекули речовин як простих, так і складних. Таким способом формується одна з форм існування матерії, яка є найбільш поширеною на Землі. У нашій статті ми розглянемо будову і властивості речовин і наведемо приклади різних їх станів: твердого, рідкого і газоподібного.
Загальна характеристика сполук
Кисень, яким дихають живі істоти, алмазна розсип, поклади кам’яного вугілля – це приклади простих речовин, властивості яких залежать від будови їх молекул. Вони містять атоми тільки одного хімічного елемента – карбону, оксигена, нітрогену. Деякі елементи можуть утворювати не одне, а кілька простих речовин. Вони різняться між собою не тільки зовнішнім виглядом, але і внутрішньою будовою, а, отже, й властивостями. Мова йде про аллотропних видозміни, на яких ми зупинимося далі. Протилежні їм частки складної сполуки, що є іншою назвою речовини, вони складаються з атомів різних елементів. Вода, кухонна сіль, етиловий спирт, крохмаль – список складних сполук, що утворюють об’єкти матеріального світу, можна продовжувати до нескінченності.
Алотропія
Як разюче відрізняються між собою графітовий стрижень олівця, діамант у вишуканій оправі і білий кристалічний порошок карбина, видобутого з Арізонського кратера… А адже всі три названих простих з’єднання складаються тільки з атомів вуглецю. Чому ж вони так відрізняються один від одного? Що таке речовина, зване в хімії аллотропной модифікацією? Відповідь ми знайдемо у внутрішньому будову сполуки, тобто в особливостях форми його кристалічної решітки. У природі алотропія зустрічається нечасто. Кисень і озон – ще один приклад таких речовин. Вони відрізняються кількістю атомів оксигена в складі молекул: у кисню їх два, в озоні – три.
Алмаз і графіт
Гігантська молекула, в якій кожний атом вуглецю пов’язаний з чотирма іншими, розташованими на однаковій відстані, – це алмаз. Ковалентні зв’язки між частинками надзвичайно міцні, кристал ідеально заломлює світлові промені, тому вважається найдорожчим ювелірною прикрасою. Він не проводить електричний струм і є сверхтвердым природним матеріалом, використовуваним для буріння свердловин і різання скла. Що таке речовина – графіт? Його темно-сірі кристали – жирні на дотик, м’які і легко залишають слід на папері. Атоми в молекулі розташовані пошарово. Він відноситься до провідників струму і застосовується в електротехніці.
Що таке карбін?
Карбін – третя модифікація вуглецю. У 60-х роках XX століття він був отриманий в лабораторії російського вченого Ст. Ст. Коршака, а потім виявлений у природі в складі метеоритної речовини. Будова його вуглецевих ланцюгів – лінійне, з’єднання має вигляд волокна, порошку або плівок білого кольору. Карбін має властивості напівпровідника, ідеально приживається в організмі людини. Тому він застосовується для виробництва штучних протезів суглобів, кровоносних судин, елементів в офтальмології, урології та зубному протезуванні.
Стан речовини
Якщо з’єднання має атомну будову і відноситься до неметаллам, то його частинки пов’язані між собою одиничної ковалентним зв’язком. З цієї причини такі двоатомні молекули. Що являють собою такі формули: Cl2, N2, O2? Це молекули хлору, азоту, кисню. У наведеному прикладі речовини знаходяться в газоподібному стані і їх частки рухаються різноспрямовано, а сили взаємодії між ними дуже слабкі. Інша картина спостерігається, коли агрегатна форма з’єднання щільна – конденсована. Рідини і тверді речовини, на відміну від газів, при постійній температурі займають певний об’єм. Їх частинки притягуються один до одного досить сильно, природа таких зв’язків – електрична. Цікавим видається будова металевих сполук, що володіють цілим рядом специфічних властивостей: теплопровідністю, ковкістю, пластичністю, електропровідністю. Що таке речовина-метал точки зору будови його кристалічної решітки? Його можна порівняти з гігантським комплексом атомів, що містить загальні електрони. Вони рухаються всередині кристала і утворюють так званий електронний газ, який і є причиною усіх вище перерахованих характеристик металів. Отже, ми встановили, що хімічні сполуки мають три агрегатних стани: тверде, рідке і газоподібне.
Як внутрішня будова речовини визначає його властивості
Тверда кристалічна форма є найбільш поширеною в природі. Будова речовини визначається конфігурацією його кристалічної решітки, що, в свою чергу, впливає на фізичні і хімічні властивості. Наприклад, найвища твердість алмазу пояснюється тим, що у вузлах решітки його знаходяться атоми, сили взаємодії між якими досить великі. Виниклі таким способом ковалентні зв’язки міцно утримують частинки один біля одного, забезпечуючи стійкість структури. Кристали йоду, навпаки, здатні швидко руйнуватися при нагріванні. Навіть не переходячи в рідку фазу, йод переганяється до утворення пари, тобто сублімує. Пояснюється це явище особливостями внутрішньої будови кристалічного йоду. У вузлах решітки його на великих відстанях один від одного знаходяться молекули. Під впливом високої температури вони легко відриваються одне від одного, утворюючи газову фазу. З’єднання з іонним типом кристалічної гратки є прекрасними провідниками струму. Вони тугоплавкі і міцні, мають у вузлах решітки заряджені частинки – іони. Між катіонами і аніонами виникають сили електростатичного притягання, тому кристали солей досить тверді й міцні.
Номенклатура сполук
Поряд із загальновідомими, тривіальними, тобто давно сформованими в побуті назвами, наприклад: харчова сода або кухонна сіль, існує досить різноманітна наукова класифікація хімічних сполук. Так, в раціональній номенклатурі вони поділяються на прості і складні, метали і неметали. У класифікаторі ІЮПАК велику увагу приділено різним групам органічних сполук. Назва речовини в ній залежить від присутності в молекулі одинарних, подвійних, потрійних зв’язків або циклів. Наприклад, сполуки, що містять сигма-зв’язок, називаються алканами, а молекули непредельного характеру відносять до алкенам або алкинам. Внаслідок того, що арсенал нових, синтетичних органічних сполук постійно поповнюється, вони класифікуються згідно з міжнародною номенклатурою ІЮПАК. Це забезпечує принцип систематичності і допомагає вченим-хімікам різних країн світу в проведенні спільних досліджень.
У нашій статті ми відповіли на питання: що таке речовина, і як фізичні та хімічні властивості залежать від його внутрішньої будови.
