Như bạn đã biết, hóa học nghiên cứu cấu trúc và tính chất của các chất, cũng như sự biến đổi lẫn nhau của chúng. Một vị trí quan trọng trong việc xác định đặc điểm của các hợp chất hóa học bị chiếm bởi câu hỏi chúng bao gồm những loại hạt nào. Nó có thể là nguyên tử, ion hoặc phân tử. Trong chất rắn, chúng đi vào các nút của mạng tinh thể. Cấu trúc phân tử có một số lượng tương đối nhỏ các hợp chất ở trạng thái rắn, lỏng và khí.
Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi sẽ đưa ra các ví dụ về các chất được đặc trưng bởi mạng tinh thể phân tử và cũng xem xét một số loại tương tác giữa các phân tử đặc trưng của chất rắn, chất lỏng và chất khí.
Tại sao bạn cần biết cấu trúc của các hợp chất hóa học
Trong mỗi nhánh kiến thức nhân loại, người ta có thể chỉ ra một nhóm các quy luật cơ bản dựa trên sự phát triển hơn nữa của khoa học. trong hóa học- đây là lý thuyết của M. V. Lomonosov và J. D alton, giải thích cấu trúc nguyên tử và phân tử của vật chất. Khi các nhà khoa học đã thành lập, biết được cấu trúc bên trong, có thể dự đoán cả tính chất vật lý và hóa học của hợp chất. Toàn bộ số lượng khổng lồ các chất hữu cơ do con người tổng hợp nhân tạo (nhựa, thuốc, thuốc trừ sâu, v.v.) có những đặc điểm và tính chất xác định trước có giá trị nhất cho nhu cầu công nghiệp và gia dụng của con người.
Kiến thức về các đặc điểm của cấu trúc và tính chất của các hợp chất là nhu cầu khi thực hiện các phần kiểm soát, bài kiểm tra và kỳ thi trong khóa học hóa học. Ví dụ, trong danh sách các chất được đề xuất, hãy tìm câu trả lời đúng: chất nào có cấu tạo phân tử?
- Kẽm.
- Magie oxit.
- Kim cương.
- Naphthalene.
Câu trả lời đúng là: kẽm có cấu trúc phân tử, cũng như naphthalene.
Lực tương tác giữa các phân tử
Người ta đã xác định bằng thực nghiệm rằng cấu trúc phân tử là đặc trưng của các chất có nhiệt độ nóng chảy thấp và độ cứng thấp. Làm thế nào người ta có thể giải thích sự mong manh của mạng tinh thể của các hợp chất này? Hóa ra, mọi thứ phụ thuộc vào sức mạnh của ảnh hưởng chung của các hạt nằm trong các nút của chúng. Nó có bản chất điện và được gọi là lực tương tác giữa các phân tử hoặc lực van der Waals, dựa trên ảnh hưởng của các phân tử tích điện trái dấu - lưỡng cực - lên nhau. Hóa ra là có một số cơ chế hình thành chúng,tùy thuộc vào bản chất của chính chất đó.
Axit là hợp chất của thành phần phân tử
Dung dịch của hầu hết các axit, cả hữu cơ và vô cơ, chứa các hạt phân cực được định hướng tương đối với nhau bằng các cực mang điện trái dấu. Ví dụ, trong dung dịch axit clohydric HCI có các lưỡng cực, giữa các tương tác định hướng xảy ra. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử clohydric, hydrobromic (HBr) và các axit chứa halogen khác có hiệu ứng định hướng giảm, do chuyển động nhiệt của các hạt cản trở lực hút lẫn nhau của chúng. Ngoài các chất trên, sacaroza, naphtalen, etanol và các hợp chất hữu cơ khác có cấu trúc phân tử.
Các hạt mang điện cảm ứng được tạo ra như thế nào
Trước đó, chúng ta đã xem xét một trong những cơ chế hoạt động của lực Van der Waals, được gọi là tương tác định hướng. Ngoài các chất hữu cơ và axit chứa halogen, hiđro oxit, nước, có cấu tạo phân tử. Trong các chất bao gồm các phân tử không phân cực, nhưng dễ tạo thành lưỡng cực, chẳng hạn như carbon dioxide CO2, người ta có thể quan sát thấy sự xuất hiện của các hạt mang điện cảm ứng - lưỡng cực. Tính chất quan trọng nhất của chúng là khả năng hút nhau do sự xuất hiện của lực hút tĩnh điện.
Cấu trúc phân tử của khí
Trong tiêu đề phụ trước, chúng tôi đã đề cập đến hợp chất carbon dioxide. Mỗi nguyên tử của nó tạo ra một điện trường xung quanh chính nó, gây rasự phân cực trên mỗi nguyên tử của một phân tử carbon dioxide gần đó. Nó biến đổi thành một lưỡng cực, đến lượt nó, trở nên có khả năng phân cực các hạt CO2khác. Kết quả là, các phân tử bị hút vào nhau. Tương tác cảm ứng cũng có thể được quan sát thấy trong các chất bao gồm các hạt phân cực, tuy nhiên, trong trường hợp này, nó yếu hơn nhiều so với lực van der Waals định hướng.
Tương tác phân tán
Bản thân nguyên tử và các hạt tạo nên chúng (hạt nhân, electron) đều có khả năng chuyển động quay và dao động liên tục. Nó dẫn đến sự xuất hiện của lưỡng cực. Theo nghiên cứu của cơ học lượng tử, sự xuất hiện của các hạt mang điện kép tức thời xảy ra đồng thời cả trong chất rắn và chất lỏng, do đó các đầu của các phân tử nằm gần đó quay ra với các cực trái dấu. Điều này dẫn đến lực hút tĩnh điện của chúng, được gọi là tương tác phân tán. Nó là đặc trưng của tất cả các chất, ngoại trừ những chất ở trạng thái khí và phân tử của chúng là dạng đơn nguyên. Tuy nhiên, lực van der Waals có thể phát sinh, ví dụ, trong quá trình chuyển hóa khí trơ (heli, neon) vào pha lỏng ở nhiệt độ thấp. Do đó, cấu trúc phân tử của các vật thể hoặc chất lỏng xác định khả năng của chúng để hình thành các loại tương tác giữa các phân tử: định hướng, cảm ứng hoặc phân tán.
Thăng hoa là gì
Cấu trúc phân tử của chất rắn, chẳng hạn như tinh thể iốt,gây ra một hiện tượng vật lý thú vị như sự thăng hoa - bay hơi của các phân tử I2ở dạng hơi tím. Nó xảy ra từ bề mặt của một chất ở pha rắn, bỏ qua trạng thái lỏng.
Thí nghiệm trực quan ngoạn mục này thường được thực hiện trong các lớp học hóa học của trường học để minh họa các đặc điểm cấu trúc của mạng tinh thể phân tử và các tính chất liên quan của các hợp chất. Thông thường đây là những chất có độ cứng thấp, nhiệt độ nóng chảy và điểm sôi thấp, dẫn nhiệt và điện kém, và dễ bay hơi.
Vận dụng thực tế kiến thức về cấu tạo của các chất
Như chúng ta đã thấy, có thể thiết lập mối tương quan nhất định giữa loại mạng tinh thể, cấu trúc và tính chất của hợp chất. Do đó, nếu biết được các đặc tính của một chất thì việc dự đoán các đặc điểm về cấu tạo và thành phần của các hạt: nguyên tử, phân tử hay ion là điều khá dễ dàng. Thông tin thu được cũng có thể hữu ích nếu trong các nhiệm vụ hóa học, cần phải chọn chính xác các chất có cấu trúc phân tử từ một nhóm hợp chất nhất định, loại trừ những chất có dạng mạng tinh thể nguyên tử hoặc ion.
Tổng hợp lại, chúng ta có thể kết luận như sau: cấu trúc phân tử của một vật rắn, và cấu trúc mạng tinh thể không gian của nó, và sự sắp xếp của các hạt phân cực trong chất lỏng và chất khí chịu trách nhiệm hoàn toàn về các tính chất vật lý và hóa học của nó. Về mặt lý thuyết, tính chất của các hợp chất,chứa lưỡng cực phụ thuộc vào độ lớn của lực tương tác giữa các phân tử. Các phân tử có độ phân cực càng cao và bán kính của các nguyên tử tạo nên chúng càng nhỏ thì lực định hướng hình thành giữa chúng càng mạnh. Ngược lại, các nguyên tử tạo nên phân tử càng lớn thì mômen lưỡng cực của nó càng cao, và do đó, lực phân tán càng có ý nghĩa. Do đó, cấu trúc phân tử của chất rắn cũng ảnh hưởng đến lực tương tác giữa các hạt của nó - lưỡng cực.
