Дипольный момент наведенного диполя пропорционален напряженности электрического поля: μи =αε0E , где α – коэффици-

ент поляризуемости (поляризуемость) атома или молекулы, ε0 – электрическая постоянная.

Контрольные вопросы

1. Основные параметры химической связи. Типы химической связи.

2.Основные принципы метода валентной связи.

3.Типы перекрывания валентных орбиталей. Кратность связи.

4.Геометрия простейших молекул. Гибридизация АО.

5.Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи.

6.Метод молекулярных орбиталей. Связывающие и разрыхляющие орбитали.

7.Энергетические диаграммы двухатомных молекул. Электронные конфигурации молекул.

8.Полярность связи и дипольный момент молекулы.

4.ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ В ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВАХ

ИЖИДКОСТЯХ

Вещества в зависимости от внешних условий (температура и давление) и их химического состава могут существовать в трех основных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. При достаточно низких температурах вещества находятся в твердом состоянии, а при относительно высоких – в жидком и газообразном.

Температуры плавления и кипения (t, °С) некоторых веществ при атмосферном давлении, изменение энтальпии (∆Н0, кДж/моль)

и энтропии (∆S0, Дж/моль К) при фазовых переходах приведены в табл. 4.1.

Т а б л и ц а 4.1

Вещество	Тип кристалла		Плавление					Кипение
		tпл, °С		∆Н0пл,		∆S0 пл,	tкип,	∆Н0исп,	∆
							°С		S0исп,
1	2	3		4		5	6	7	8
N2	Молекулярный	-210		0,721		11,4	-195,8	5,59	72,4
CH4	-//-	-182,5		0,938		10,4	-164	8,18	75,0
							Окончание табл. 4.1

92

1	2	3	4	5	6	7	8
H2O	-//-	0	6,013	22,0	100	40,683	109,07
C6Н6	-//-	5,5	9,837	35,3	80,1	30,76	87,1
Si	Ковалентный	1415	49,8	29,5	3300	356	99,6
AgCl	Ионный	455	13,2	18,1	1557	184	100,5
NaCl	-//-	801	28,2	26,3	1490	138	78,3
MgF2	-//-	1263	58	37,8	2270	274	107,7
Na	Металлический	97,9	2,60	7,01	886	90,1	77,7
Ag	-//-	960,5	11,3	9,2	2167	251	102,9
W	-//-	3420	35,1	9,5	5680	770	129,3

При нагревании происходит, как правило, последовательный переход веществ из твердого в жидкое и газообразное состояние (плавление и испарение), а при охлаждении протекают обратные процессы (конденсация и кристаллизация). Эти переходы осуществляются при определенной температуре (температуре фазового перехода), при этом скачкообразно изменяются молярный объем вещества и энтропия (энергетическая характеристика степени разупорядоченности системы), поглощается или выделяется тепловая энергия (энтальпия фазового перехода). Температура перехода из одного состояния в другое зависит от химической природы вещества и от давления. Конкретные значения температур фазовых переходов для различных веществ лежат в широких пределах. Необходимо отметить, что при определенных условиях возможен фазовый переход из твердого состояние в газообразное (сублимация).

Жидкое и твердое агрегатные состояния относят к конденсированному состоянию вещества. Оно отличается от газообразного тем, что энергия взаимодействия между частицами, образующими вещество, сравнима по величине или превышает энергию их теплового движения. Это приводит к тому, что в конденсированном состоянии среднее расстояние между частицами (между центрами частиц) сравнимо с их диаметром, тогда как в газе при нормальных условиях оно составляет примерно 10 диаметров. Молярный

объем	любого	газа	при нормальных условиях равен: Vν =
= 22,4	л/моль,	тогда	как молярные объемы твердых веществ и

жидкостей примерно в 103 раз меньше (Vν = 0,01–0,05 л/моль).

П р и м е р. Расчет средних размеров пространства, занимаемого одной частицей при атмосферном давлении.

93

Газ

d a

Жидкость, кристалл

d

a

V = a3 – объем пространства a – ребро куба

d – средний диаметр частицы

Газ. 1 моль газа при нормальных условиях занимает объем Vν = =22,4 л/моль и содержит 6,02 1023 молекул (число Авогадро).

Средний размер пространства, занимаемого одной частицей:

V= 22,4 10-3 =3,7 10-26 м3 , a =3 V =3 3,7 10−26 =3,3 10-9 м=33А0 . 6,02 1023

Размер молекулы азота (две длины связи) d N2 3 Å.

Жидкость. 1 моль жидкого брома (Br2) занимает объем Vν = Mρ =3160,12 =51,2 cм3 – молярный объем; М=160 г/моль – моляр-

ная масса брома, ρ=3,12 г/см3 – плотность жидкого брома. Средний размер пространства, занимаемого одной частицей:

V = 51,2 10-6 =8,5 10-29 м3 , a =3 V =3 8,5 10−29 =4,4 10-10 м=4,4А0 . 6,02 1023

Размер молекулы брома (две длины связи) d Br2 4,56 Å. Кристалл. 1 моль металлического серебра занимает объем

Vν = Mρ =10108,50 =10,3 cм3 – молярный объем; М=108 г/моль – мо-

лярная масса серебра, ρ=10,50 г/см3 – плотность металлического серебра.

Средний размер пространства, занимаемого одной частицей:

V= 10,3 10-6 =1,7 10-29 м3 , a =3 V =3 1,7 10−29 =2,6 10-10 м=2,6А0 . 6,02 1023

Размер атома серебра (два металлических радиуса) d Ag 2,68 Å. В газах частицы находятся в броуновском движении, при этом в

их положении отсутствуют ближний и дальний порядок. Газ не имеет собственного объема и, соответственно, формы. В жидкостях броуновское движение осложнено наличием более или менее устойчивого ближнего порядка в положении частиц относительно

94

друг друга за счет возникновения химических связей между отдельными частицами. Жидкость имеет собственный объем, но изза слабого межмолекулярного взаимодействия под действием силы тяжести принимает форму сосуда, в котором она находится. В твердом состоянии вещества энергия взаимодействия между частицами намного превышает энергию теплового движения, что приводит к фиксированию положений частиц в пространстве, вокруг которых они совершают колебательные и вращательные движения. Это определяет наличие у твердых тел собственной формы и объема и большое сопротивление сдвигу.

Сравнение энергетических характеристик фазовых переходов свидетельствует о существенно меньшей перестройке вещества при плавлении, чем при испарении. Как было показано в примере, для всех кристаллов с различным типом химической связи теплота (энтальпия) плавления много меньше теплоты испарения. Энтропия фазового перехода, характеризующая изменение степени упорядоченности системы, также для плавления много меньше, чем для испарения.

В газообразном состоянии, где присутствуют слабо или совсем не взаимодействующие между собой молекулы вещества, химическая связь внутри них рассматривается с использованием моделей «классической» ковалентной связи.

При рассмотрении конденсированного состояния вещества химическую связь описывают с использованием моделей ковалентной, ионной и металлической связей. При этом необходимо принимать во внимание близкое расположение частиц, образующих систему. Это обстоятельство в ряде случаев (жидкости, молекулярные кристаллы) обусловливает необходимость учитывать существенный вклад межмолекулярного взаимодействия в энергию химических связей.

Необходимо отметить, что целый ряд веществ может не иметь одного из агрегатных состояний, чаще всего жидкого и газообразного. Данное обстоятельство связано с соотношением между энергией, необходимой для перевода вещества из одного агрегатного состояния в другое, и энергией, достаточной для разрыва внутримолекулярных химических связей. Например, во многих не растворимых в воде гидроксидах металлов при нагревании раньше

протекает реакция дегидратации (Cu(OH)2→ CuO + H2O), а затем происходит плавление вещества.

95