Что такое немолекулярное строение в химии

Ключевые слова конспекта: строение веществ, кристаллические решетки, электроотрицательность.

Молекулярное и немолекулярное строение веществ

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. Вещества при заданных условиях могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Свойства веществ зависят также и от характера химической связи между частицами, которые их образуют — молекулами, атомами и ионами. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Вещества, которые состоят из молекул, называются молекулярными. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, значительно слабее, чем между атомами в середине молекулы. Уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость, а затем в газ (сублимация газа). Температура плавления и кипения веществ, которые состоят из молекул, повышается с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них имеются металлы и неметаллы.

Простые вещества — неметаллы могут иметь молекулярное и атомное строение. Молекулярное строение при н. у. имеют газы (H₂, N₂, F₂, Cl₂, O₃) либо твердые вещества (I₂, P₄, S₈), а также единственная жидкость (Br2). Все эти вещества имеют молекулярное строение и обладают летучестью. В твердом состоянии они легкоплавкие и могут сублимироваться. Температуры кипения и плавления низкие.

К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Такие структуры имеют большинство соединений металлов с неметаллами: все соли (NaCl, K₂SO₄), некоторые гидриды (LiH) и оксиды (CaO, MgO, FeO), основания (NaOH, KOH). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

Кристаллические решетки

Твердые вещества принято делить на кристаллические и аморфные.

Аморфные вещества не имеют четкой структуры, в них не существует закономерного расположения отдельных частиц. Следовательно, аморфные вещества не имеют и четкой температуры плавления. При нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. К аморфным веществам относится большинство органических веществ (воск, стекло, полиэтилен, парафин, пластилин, смолы).

Кристаллические вещества характеризуются структурированным, упорядоченным расположением составляющих их частиц в строго определенных точках пространства, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки расположения частиц, составляющих кристаллическую решетку, называют узлами решетки.

Тип кристаллической решетки определяется видом частиц, расположенных в ее узлах, и характером связи между этими частицами. Различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены прочными ковалентными связями. Примером вещества с таким типом кристаллической решетки может быть алмаз — аллотропное видоизменение углерода.

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых расположены молекулы. Химические связи у этих молекул могут быть как полярными (HCl, H2O), так и неполярными (N₂, O₂).

Несмотря на то, что атомы в молекулах связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного взаимодействия. Вещества с молекулярным типом решеток имеют низкую прочность, низкие температуры плавления, они летучи. Молекулярные кристаллические решетки имеют большинство органических соединений (нафталин, глюкоза, сахар).

Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток расположены атомы и ионы (атомы металла переходят в ионы и отдают внешние электроны в общее пользование). Такая внутренняя структура металла определяет его характерные свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, металлический блеск.

Электроотрицательность

В основе образования химических связей лежит явление электроотрицателъности. В ходе химических взаимодействий одни атомы отдают электроны, другие их присоединяют.

Электроотрицательность — это условная величина, характеризующая относительную способность атома приобретать отрицательный заряд.

Фактически электроотрицательность выражает способность атома оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.

Электроотрицательность атома определяет характер его свойств: сильнее всего металлические свойства проявляются у элементов, атомы которых легко отдают электроны, а неметаллические — соответственно у элементов, атомы которых легко их присоединяют.

Абсолютные значения электроотрицательности элементов выражаются числами, затрудняющими их практическое применение для вычислений, поэтому в химии используют значения относительной электроотрицателъности. Условно за единицу принимают значение электроотрицательности лития (Li).

Чем меньше значение относительной элетроотрицательности, тем ярче выражены металлические свойства элемента. У всех металлов в периодической системе значение относительной электроотрицательности, как правило, меньше 2. У неметаллов это значение, как правило, превышает 2.

Электроотрицательность элементов также изменяется периодически: в периодах возрастает слева направо, а в главных подгруппах — снизу вверх.

При образовании химических связей электроны переходят или смещаются к атомам элементов, которые обладают большей электроотрицательностью.

Конспект урока «Строение веществ. Электроотрицательность».

Источник

Вещества немолекулярного строения – свойства, примеры

Все вещества состоят из атомов, которые формируют структуру (форму, размеры и т.п.) с помощью устойчивых связей. При этом структурная решетка физического тела может состоять либо из отдельных атомов, либо из отдельных однотипных групп атомов — молекул. По виду строения вещества принято разделять на два различных класса: на вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Что такое строение вещества

Перечислим основные научные факты, исходя из которых все вещества имеют то или иное строение и агрегатное состояние (твердое, жидкое или газообразное):

Немолекулярные вещества

Вещества, состоящие из одинаковых молекул, каждая из которых имеет в своем составе один и тот же набор атомов, называются молекулярными веществами. К веществам немолекулярного строения относятся вещества, состоящие либо из одиночных атомов, либо из ионных соединений. Приведем некоторые примеры веществ немолекулярного строения:

Немолекулярные вещества в обычных условиях находятся в твердом агрегатном состоянии. Их кристаллическая решетка представляет собой правильное, регулярное расположение частиц, из которых они состоят: атомов или ионов в узлах кристаллической решетки. Кристаллические решетки немолекулярных веществ бывают трех типов: атомные, ионные и металлические.

Атомные кристаллические решетки

Атомными называют решетки, в узлах которых расположены единичные атомы. В решетках этого типа атомы связаны между собой крепкими ковалентными связями. Ярким примером вещества с такой решеткой служит алмаз.

Рис. 1. Структура атомных кристаллических решеток алмаза (атомы углерода).

Это минерал (часть горнорудной породы), который является одной из модификаций углерода — С (химическая формула). Элементарная ячейка алмаза представляет собой куб. В вершинах находится по одному атому. Кроме этого, в каждой грани по одному атому и еще четыре — внутри куба. Атомы соединены очень прочными ковалентными связями. Такая структура и “упаковка” считается наиболее плотной. Благодаря этому достигаются высокие характеристики твердости.

Кроме высокой твердости вещества с атомной кристаллической решеткой характеризуются высокими температурами плавления (у алмаза Тплав = 35000С) и низкой растворимостью.

После специальной обработки (огранки) алмазы превращают в самые популярные ювелирные украшения — бриллианты. В промышленности алмазы находят свое применение в качестве абразивов (материалы для обработки поверхности) и прочных покрытий для инструментов. Кстати, несмотря на высокую твердость алмаз довольно хрупок — его можно разрушить резким ударным воздействием.

Металлические кристаллические решетки

В узлах этих решеток расположены атомы и ионы (атомы превращаются в ионы, отдавая электроны со своих внешних орбит). Такое строение определяет основные физические свойства металлов: пластичность, ковкость, высокие показатели тепло- и электропроводности, непрозрачность и присущий металлам блеск.

Рис. 2. Структура металлических кристаллических решеток.

Металлическая и атомная кристаллические решетки очень похожи, но, тем не менее, их физические свойства существенно различаются. Например, в отличие от веществ с атомными (типа алмаза) все металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. Тип связи в этих решетках называется металлическим. К этим веществам относятся все металлы (Fe, Hg, Cu, Na и т.д.) и металлические сплавы.

Ионные кристаллические решетки

В узлах ионных кристаллических решеток расположены отрицательно и положительно заряженные ионы, между которыми образуются отдельный тип связей — ионный. Ионы могут быть как простые (Na+, Cl−), так и сложные (SiO42−, OH−). Ионные кристаллические решетки характерны для оксидов и гидрооксидов металлов. Например, решетка употребляемой нами ежедневно поваренной соли представляет собой куб, с чередующимися в узлах положительными ионами Na+ и отрицательными Cl−.

Рис. 3. Структура ионных кристаллических решеток на примере поваренной соли NaCl.

Металлические связи характеризуются высокой устойчивостью. В следствие этого вещества с этим типом решетки имеют высокие показатели твердости и прочности. Ионные соединения имеют высокие температуры кипения и плавления. Однако, многие ионные вещества хорошо растворяются в воде.

Исландский шпат обладает большим набором полезных оптических свойств. Он используется более чем в двухстах типах оптических приборах: микроскопах, поляриметрах, калориметрах, спектрофотометрах, дальномерах, сахариметрах, лазерах и т.д.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что к веществам с немолекулярным строением относятся твердые вещества, состоящие либо из одинаковых атомов, либо из ионов различных атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки. Немолекулярные вещества в обычно находятся в твердом агрегатном состоянии. Кристаллические решетки немолекулярных веществ бывают трех типов: атомные, ионные и металлические.

Источник

1.3.3. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решётки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения.

Для большинства веществ характерна способность в зависимости от условий находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном.

Например, вода при нормальном давлении в интервале температур 0-100 o C является жидкостью, при температуре выше 100 о С способна существовать только в газообразном состоянии, а при температуре менее 0 о С представляет собой твердое вещество.

Вещества в твердом состоянии различают аморфные и кристаллические.

Характерными признаками аморфных веществ является отсутствие четкой температуры плавления: их текучесть плавно увеличивается с ростом температуры. К аморфным веществам относятся такие соединения, как воск, парафин, большинство пластмасс, стекло и т.д.

Все же кристаллические вещества обладают конкретной температурой плавления, т.е. вещество с кристаллическим строением переходит из твердого состоянии в жидкое не постепенно, а резко, при достижении конкретной температуры. В качестве примера кристаллических веществ можно привести поваренную соль, сахар, лед.

Разница в физических свойствах аморфных и кристаллических твердых веществ обусловлена прежде всего особенностями строения таких веществ. В чем заключается разница между веществом в аморфном и кристаллическом состоянии, проще всего понять из следующей иллюстрации:

Как можно заметить, в аморфном веществе, в отличие от кристаллического, отсутствует какой-либо порядок в расположении частиц. Если же в кристаллическом веществе мысленно соединить прямой два близкорасположенных друг к другу атома, то можно обнаружить, что на этой линии на строго определенных промежутках будут лежать одни и те же частицы:

Таким образом, в случае кристаллических веществах можно говорить о таком понятии, как кристаллическая решетка.

Кристаллической решеткой называют пространственный каркас, соединяющий точки пространства, в которых находятся частицы, образующие кристалл.

Точки пространства, в которых находятся образующие кристалл частицы, называют узлами кристаллической решетки.

В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают: молекулярную, атомную, ионную и металлическую кристаллические решетки.

В узлах молекулярной кристаллической решетки

находятся молекулы, внутри которых атомы связаны прочными ковалентными связями, однако сами молекулы удерживаются друг возле друга слабыми межмолекулярными силами. Вследствие таких слабых межмолекулярных взаимодействий кристаллы с молекулярной решеткой являются непрочными. Такие вещества от веществ с иными типами строения отличаются существенно более низкими температурами плавления и кипения, не проводят электрический ток, могут как растворяться, так и не растворяться в различных растворителях. Растворы таких соединений могут как проводить, так и не проводить электрический ток в зависимости от класса соединения. К соединениям с молекулярной кристаллической решеткой относятся многие простые вещества — неметаллы (отвержденные H₂, O₂, Cl₂, ромбическая сера S₈, белый фосфор P₄), а также многие сложные вещества – водородные соединения неметаллов, кислоты, оксиды неметаллов, большинство органических веществ. Следует отметить, что, если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, говорить о молекулярной кристаллической решетке неуместно: корректнее использовать термин — молекулярный тип строения.

Кристаллическая решетка алмаза как пример атомной решетки

В узлах атомной кристаллической решетки

находятся атомы. При этом все узлы такой кристаллической решетки «сшиты» между собой посредством прочных ковалентных связей в единый кристалл. Фактически, такой кристалл является одной гигантской молекулой. Вследствие особенностей строения все вещества с атомной кристаллической решеткой являются твердыми, обладают высокими температурами плавления, химически мало активны, не растворимы ни в воде, ни в органических растворителях, а их расплавы не проводят электрический ток. Следует запомнить, что к веществам с атомным типом строения из простых веществ относятся бор B, углерод C (алмаз и графит), кремний Si, из сложных веществ — диоксид кремния SiO₂ (кварц), карбид кремния SiC, нитрид бора BN.

Читайте также: Что такое петмол состав

У веществ с ионной кристаллической решеткой

в узлах решетки находятся ионы, связанные друг с другом посредством ионных связей.

Поскольку ионные связи достаточно прочны, вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью и тугоплавкостью. Чаще всего они растворимы в воде, а их растворы, как и расплавы проводят электрический ток.

К веществам с ионным типом кристаллической решетки относятся соли металлов и аммония (NH₄ + ), основания, оксиды металлов. Верным признаком ионного строения вещества является наличие в его составе одновременно атомов типичного металла и неметалла.

Кристаллическая решетка хлорида натрия как пример ионной решетки

Металлическая кристаллическая решетка

наблюдается в кристаллах свободных металлов, например, натрия Na, железа Fe, магния Mg и т.д. В случае металлической кристаллической решетки, в ее узлах находятся катионы и атомы металлов, между которыми движутся электроны. При этом движущиеся электроны периодически присоединяются к катионам, таким образом нейтрализуя их заряд, а отдельные нейтральные атомы металлов взамен «отпускают» часть своих электронов, превращаясь, в свою очередь, в катионы. Фактически, «свободные» электроны принадлежат не отдельным атомам, а всему кристаллу.

Металлическая кристаллическая решетка

Такие особенности строения приводят к тому, что металлы хорошо проводят тепло и электрический ток, часто обладают высокой пластичностью (ковкостью).
Разброс значений температур плавления металлов очень велик. Так, например, температура плавления ртути составляет примерно минус 39 о С (жидкая в обычных условиях), а вольфрама — 3422 °C. Следует отметить, что в обычных условиях все металлы, кроме ртути, являются твердыми веществами.

Источник

Вещества немолекулярного строения

Всего получено оценок: 226.

Что такое строение вещества

Немолекулярные вещества

Атомные кристаллические решетки

Рис. 1. Структура атомных кристаллических решеток алмаза (атомы углерода).

Кроме высокой твердости вещества с атомной кристаллической решеткой характеризуются высокими температурами плавления (у алмаза Т_плав = 3500 0 С) и низкой растворимостью.

После специальной обработки (огранки) алмазы превращают в самые популярные ювелирные украшения — бриллианты. В промышленности алмазы находят свое применение в качестве абразивов (материалы для обработки поверхности) и прочных покрытий для инструментов. Кстати, несмотря на высокую твердость алмаз довольно хрупок — его можно разрушить резким ударным воздействием.

Металлические кристаллические решетки

Рис. 2. Структура металлических кристаллических решеток.

Ионные кристаллические решетки

Рис. 3. Структура ионных кристаллических решеток на примере поваренной соли NaCl.

Исландский шпат обладает большим набором полезных оптических свойств. Он используется более чем в двухстах типах оптических приборах: микроскопах, поляриметрах, калориметрах, спектрофотометрах, дальномерах, сахариметрах, лазерах и т.д.

Что мы узнали?

Источник

Атомы и молекулы

Любые тела и предметы состоят из молекул — мелких частиц, на которые можно раздробить вещество физическими методами (например, растворением). Из этого вытекает определение молекулы: это самая мелкая частица вещества, сохраняющая его химические свойства.

Атомы — это мельчайшие частицы, сохраняющие свойства химического элемента, из них составляются молекулы. Атомы выделяются из молекул химическими методами.

Химические вещества могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Частицы твердых веществ расположены ближе, а газов — дальше друг от друга, и они находятся в постоянном движении. Чем выше температура тела, тем быстрее движение молекул и атомов в нем, называемое броуновским, и тем больше расстояние между частицами. Внутри этого «бульона» постоянно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания частиц, которые выражены тем сильнее, чем меньше разделяющее их расстояние.

Виды веществ

Вещества определяются как молекулярные и немолекулярные, в зависимости от того, из каких частиц они состоят. Разные типы частиц создают разные виды взаимосвязей, и это определяет физические и химические свойства соединений.

Имеющие молекулярное строение

Здесь связи между отдельными молекулами относительно слабые, поэтому легко разрываются при нагреве, причем тем легче, чем меньше молекулярная масса. Поэтому такие вещества плавятся при низких температурах и в нормальных условиях многие из них находятся в жидком или газообразном состоянии.

Это могут быть простые вещества: сера (S8), азот (N2), кислород (O2) и сложные, например, оксиды азота с разной валентностью (N2O, NO, N2O5, NO3), углекислый газ (CO2), серная кислота (H2SO4).

Самый известный пример такого рода — вода. Человеческое тело содержит около 65% воды. Даже шкала Цельсия привязана к ее плавлению (0°С) и кипению (100°С). В нормальных условиях это жидкость, но в природе встречается во всех трех агрегатных состояниях в виде снега или льда, воды и пара.

Электрическая полярность молекулы задает воде интересные особенности. Например, ее удельная теплоемкость настолько велика, что это делает ее одним из главных регуляторов климата Земли. Интересно, что наибольшей плотности она достигает не в виде льда, а в жидком состоянии, при 4 °C. Поэтому возле дна скапливается самая тяжелая вода, не достигающая замерзания, а более легкий твердый лед выталкивается наверх.

Еще один пример — йод. В нормальных условиях он имеет форму кристаллов, а при нагревании сразу переходит в газообразное состояние, что называется возгонкой.

Строящиеся из немолекулярных частиц

Целые классы соединений состоят не из молекул, а из атомов или ионов. Поскольку электрические связи разнозаряженных ионов или ковалентные атомные связи крепче, чем межмолекулярные, они разрушаются при нагреве гораздо труднее. Поэтому такие вещества, как правило, имеют твердую форму и высокие температуры плавления и кипения. Их определяют как вещества немолекулярного строения.

Примеры:

Таблица молекулярного и немолекулярного строения вещества:

Строение вещества	Молекулярное	Немолекулярное
Мельчайшие структурные единицы	Молекулы	Ионы и атомы
Агрегатное состояние	Газообразное, жидкое, твердое	В основном, твердое
Температуры плавления и кипения	Низкие	Высокие

Аморфные и кристаллические вещества

Твердые вещества могут быть аморфными или кристаллическими.

Кристаллические отличаются тем, что их структурные единицы располагаются в повторяющемся порядке, образуя кристаллические решетки.

Аморфные соединения имеют в своем составе длинные тяжелые молекулы, которые не помещаются в правильные структуры кристаллических решеток, и поэтому переход из твердого состояния в жидкое у них совершается постепенно, без четкой границы. То есть аморфные вещества не имеют точно определенной температуры плавления. Очень знакомый пример такого типа — пластилин, который используется в мягком, а не твердом или жидком состоянии. Также это различные пластмассы, смолы, стекло.

Пластичность и мягкость разогретого стекла дает возможность лепить из него, как из пластилина, только не руками, а инструментами. Стеклянная посуда, лампочки, трубки, оконное стекло — все это было бы невозможно сделать из кристаллических веществ. А как выручают человека полиэтиленовые бутылки и фасовочные пакетики!

Еще один близкий пример — сахарная карамель. Она при нагревании становится тягучей, мягкой, как и все аморфные вещества. А если дать карамели залежаться в сухом помещении несколько месяцев, ее поверхность покроется белым налетом маленьких кристаллов сахара. То есть некоторые аморфные вещества способны переходить в кристаллическую форму.

Типы кристаллических решеток

Разные виды частиц образуют разные кристаллические решетки. Существует 4 их типа:

Ионный тип кристалла

Это вид решетки, образуемый ионами — частицами, несущими на себе разноименные электрические заряды, чередующиеся в узлах решетки. Электроотрицательность анионов притягивает к себе положительно заряженные катионы, что придает решетке твердость. Поэтому такие соединения тугоплавки, зато хрупки, обладают хорошей растворимостью в воде и электропроводностью. Это основания, основные оксиды, органические и неорганические соли.

Пример такого кристалла — обычная поваренная соль, хлорид натрия. Его кубическая решетка сформирована катионами Na+ и анионами Cl-.

Атомная решетка

Этот вид кристаллов сформирован атомами, образующими между собой полярные и неполярные ковалентные связи. Такие связи очень прочны, поэтому эти вещества обладают высокой твердостью, тугоплавки и не растворяются в воде. В природе они мало распространены.

Характерный пример — углерод, имеющий две аллотропных формы, и обе — атомного типа.

Кристалл графита имеет слоистую структуру, атомы в слоях расположены по углам шестиугольника, расстояние между слоями значительно больше и межатомные связи слабее, чем внутри слоя. Поэтому кристалл хрупкий, легко расслаивается и крошится. Благодаря этому свойству, графит используется в карандашах или в виде графитовой смазки.

Алмаз — очень плотный кристалл кубической формы, среди природных минералов имеет наивысшую твердость. Образуется такая форма углерода из графита при очень высоких температуре и давлении.

Другие примеры: бор (B), германий (Ge), кремний (Si), оксид кремния (SiO2), карбид (B4C) и нитрид (BN) бора.

Состоящая из молекул

Такая решетка имеет в узлах молекулы. Силы межмолекулярного притяжения относительно слабее, и это определяет свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой — их кристаллы непрочные, плавятся при низких температурах, не электропроводны.

Примеры веществ с молекулярной кристаллической решеткой: полярной ковалентной связью обладает вода (H2O); а соединения неполярной ковалентной связью — твердый оксид углерода (CO2), сера (S8).

Очень интересно, что сера образует два вида кристаллов. В нормальных условиях кристаллы серы имеют интересную усечённо-ромбическую форму, а при 96 °C и выше вырастают длинные игольчатые кристаллы.

Также молекулярные кристаллы образуют многие из твердых органических соединений с достаточно сложной формулой: сахар, глюкоза.

Металлическая решетка

Эта решетка выделяется из общего ряда необычностью строения. Атомы металла, расположенные в узлах решетки, легко расстаются с внешними электронами, что превращает атом в катион, а свободно блуждающие электроны создают делокализованное электронное облако. Эта необычность определяет характерные особенности металлов: ковкость, пластичность, металлический блеск, электро- и теплопроводность.

Ионы более химически активны, чем электронейтральные атомы, этим объясняется способность металлов к поверхностному окислению. Окислы некоторых металлов, например, алюминия, образуют пленку, защищающую поверхность от контакта с кислородом воздуха. Такая особенность даже используется для защиты металлических изделий. Металлы, окислы которых образуют рыхлую структуру (например, железо), подвержены коррозии в гораздо большей степени. Примеры: железо (Fe), серебро (Ag), медь (Cu), алюминий (Al).

Источник