Come sai, la chimica studia la struttura e le proprietà delle sostanze, nonché le loro trasformazioni reciproche. Un posto importante nella caratterizzazione dei composti chimici è occupato dalla questione del tipo di particelle da cui sono costituiti. Può essere atomi, ioni o molecole. Nei solidi, entrano nei nodi dei reticoli cristallini. La struttura molecolare ha un numero relativamente piccolo di composti allo stato solido, liquido e gassoso.
Nel nostro articolo forniremo esempi di sostanze caratterizzate da reticoli cristallini molecolari e considereremo anche diversi tipi di interazioni intermolecolari caratteristiche di solidi, liquidi e gas.
Perché è necessario conoscere la struttura dei composti chimici
In ogni ramo della conoscenza umana, si può individuare un gruppo di leggi fondamentali su cui si basa l'ulteriore sviluppo della scienza. in chimica- questa è la teoria di M. V. Lomonosov e J. D alton, che spiegano la struttura atomica e molecolare della materia. Come hanno stabilito gli scienziati, conoscendo la struttura interna, è possibile prevedere sia le proprietà fisiche che chimiche del composto. L'intera enorme quantità di sostanze organiche sintetizzate artificialmente dall'uomo (plastica, farmaci, pesticidi, ecc.) ha caratteristiche e proprietà predeterminate che sono più preziose per le sue esigenze industriali e domestiche.
La conoscenza delle caratteristiche della struttura e delle proprietà dei composti è richiesta quando si eseguono sezioni di controllo, test ed esami nel corso di chimica. Ad esempio, nell'elenco di sostanze proposto, trova le risposte corrette: quale sostanza ha una struttura molecolare?
- Zinco.
- Ossido di magnesio.
- Diamante.
- Naftalene.
La risposta corretta è: lo zinco ha una struttura molecolare, così come il naftalene.
Forze di interazione intermolecolare
È stato accertato sperimentalmente che la struttura molecolare è caratteristica di sostanze con basso punto di fusione e bassa durezza. Come si spiega la fragilità dei reticoli cristallini di questi composti? Come si è scoperto, tutto dipende dalla forza dell'influenza congiunta delle particelle situate nei loro nodi. Ha una natura elettrica ed è chiamata interazione intermolecolare o forze di van der Waals, che si basano sull'influenza di molecole di carica opposta - dipoli - l'una sull' altra. Si è scoperto che esistono diversi meccanismi per la loro formazione,a seconda della natura della sostanza stessa.
Acidi come composti di composizione molecolare
Le soluzioni della maggior parte degli acidi, sia organici che inorganici, contengono particelle polari orientate l'una rispetto all' altra con poli di carica opposta. Ad esempio, in una soluzione di acido cloridrico HCI sono presenti dipoli, tra i quali si verificano interazioni orientative. Con un aumento della temperatura, le molecole di acido cloridrico, bromidrico (HBr) e altri acidi contenenti alogeni hanno una diminuzione dell'effetto di orientamento, poiché il movimento termico delle particelle interferisce con la loro reciproca attrazione. Oltre alle suddette sostanze, saccarosio, naftalene, etanolo e altri composti organici hanno una struttura molecolare.
Come vengono prodotte le particelle cariche indotte
In precedenza, abbiamo considerato uno dei meccanismi d'azione delle forze di Van der Waals, chiamato interazione orientativa. Oltre alle sostanze organiche e agli acidi contenenti alogeni, l'ossido di idrogeno, l'acqua, ha una struttura molecolare. Nelle sostanze costituite da molecole non polari, ma soggette alla formazione di dipoli, come l'anidride carbonica CO2, si può osservare la comparsa di particelle cariche indotte - dipoli. La loro proprietà più importante è la capacità di attrarsi a causa della comparsa di forze di attrazione elettrostatiche.
Struttura molecolare del gas
Nel sottotitolo precedente abbiamo menzionato l'anidride carbonica composta. Ciascuno dei suoi atomi crea un campo elettrico attorno a sé, che inducepolarizzazione per atomo di una molecola di anidride carbonica vicina. Si trasforma in un dipolo, che, a sua volta, diventa in grado di polarizzare altre particelle di CO2. Di conseguenza, le molecole sono attratte l'una dall' altra. L'interazione induttiva può essere osservata anche in sostanze costituite da particelle polari, tuttavia, in questo caso è molto più debole delle forze orientative di van der Waals.
Interazione con la dispersione
Sia gli atomi stessi che le particelle che li compongono (nucleo, elettroni) sono capaci di moto rotatorio e oscillatorio continuo. Porta alla comparsa di dipoli. Secondo la ricerca della meccanica quantistica, il verificarsi di particelle istantanee a doppia carica avviene sia nei solidi che nei liquidi in modo sincrono, in modo che le estremità delle molecole situate nelle vicinanze risultino con poli opposti. Questo porta alla loro attrazione elettrostatica, chiamata interazione di dispersione. È caratteristico di tutte le sostanze, eccetto quelle che si trovano allo stato gassoso, e le cui molecole sono monoatomiche. Tuttavia, le forze di van der Waals possono sorgere, ad esempio, durante il passaggio di gas inerti (elio, neon) nella fase liquida a basse temperature. Pertanto, la struttura molecolare dei corpi o dei liquidi determina la loro capacità di formare vari tipi di interazione intermolecolare: orientativa, indotta o di dispersione.
Cos'è la sublimazione
Struttura molecolare di un solido, come i cristalli di iodio,provoca un fenomeno fisico così interessante come la sublimazione - volatilizzazione di I2 molecole sotto forma di vapori viola. Si verifica dalla superficie di una sostanza in fase solida, bypassando lo stato liquido.
Questo esperimento visivamente spettacolare viene spesso eseguito nelle aule di chimica delle scuole per illustrare le caratteristiche strutturali dei reticoli cristallini molecolari e le relative proprietà dei composti. Di solito si tratta di bassa durezza, basso punto di fusione e di ebollizione, scarsa conduttività termica ed elettrica e volatilità.
Uso pratico delle conoscenze sulla struttura delle sostanze
Come abbiamo visto, si può stabilire una certa correlazione tra il tipo di reticolo cristallino, la struttura e le proprietà del composto. Pertanto, se si conoscono le caratteristiche di una sostanza, è abbastanza facile prevedere le caratteristiche della sua struttura e composizione delle particelle: atomi, molecole o ioni. Le informazioni ottenute possono essere utili anche se in compiti di chimica è necessario selezionare correttamente sostanze che hanno una struttura molecolare da un certo gruppo di composti, escluse quelle che hanno reticoli di tipo atomico o ionico.
Riassumendo, possiamo concludere quanto segue: la struttura molecolare di un corpo solido e la sua struttura spaziale dei reticoli cristallini e la disposizione delle particelle polarizzate nei liquidi e nei gas sono pienamente responsabili delle sue proprietà fisiche e chimiche. In termini teorici, le proprietà dei composti,contenenti dipoli dipendono dall'entità delle forze di interazione intermolecolare. Maggiore è la polarità delle molecole e minore è il raggio degli atomi che le compongono, più forti sono le forze di orientamento che si creano tra di loro. Al contrario, più grandi sono gli atomi che compongono la molecola, maggiore è il suo momento di dipolo e, quindi, più significative sono le forze di dispersione. Pertanto, la struttura molecolare di un solido influenza anche le forze di interazione tra le sue particelle - dipoli.
