Формы существования химических элементов

4. Вещества молекулярного и немолекулярного строения

Таблица 4 помогает составлять химические фор­мулы веществ и грамотно пользоваться химическим языком. В начале XX века считали, что все вещества состоят из молекул. Сейчас различают химические вещества молекулярного и немолекулярного строения.

К немолекулярным веществам относятся все металлы (медь, железо, ртуть и др.), вещества с атомной (ковалентной) кристаллической решёткой (алмаз, кремний, оксид кремния, карбид кремния и желе­за, нитрид бора) и ионные соединения – соли, оксиды и гидроксиды металлов (хлорид натрия, оксид алюминия и др.). Поэтому нельзя допускать таких выражений как "молеку­ла хлорида", если речь идёт о твёрдой поваренной соли. В таких случаях следует использовать термин "формульная единица" (см. раздел 7).

В немолекулярных веществах отдельный кристалл является единой химической частицей. В газооб­разном состоянии эти вещества могут быть в виде как молекул, так и отдельных атомов, ионов и других частиц.

Многие неметаллы обладают молекулярным строением, но среди них встреча­ются немолекулярные вещества: алмаз, кремний. Молекулы могут состоять из разного количества атомов, связанных между собой химическими связями. К молекулярным веществам относятся кислород, озон, азот, хлор, вода, оксид угле­рода(IV), азотная и уксусная кислоты, глюкоза, сахароза.

К веществам молекулярного строения относят также благородные (инертные) газы (аргон, неон). Химические связи в этих веществах между атомами имеют ту же природу, что и межмо­лекулярные. По свойствам они соответствуют веществам с молекулярной структурой.

Вещества с особенно большими молекулами – высокомолекулярные – содер­жат до нескольких тысяч атомов. Их физические свойства определяются не межмолекулярными, а внутримолекулярными химическими (ковалентными) связями, то есть свойствами молекул.

5. Структурные изменения веществ

Таблица 5 помогает понять, что свойства веществ в разном фазовом состоя­нии зависят от их структуры.

Простые и сложные вещества в зависимо­сти от внешних условий могут находиться в разном фазовом состоянии.

Таблица 4

Вещества молекулярного и немолекулярного строения

Таблица 5

Структурные изменения веществ

В газооб­разном состоянии частицы, составляющие вещество, находятся на большом рас­стоянии друг от друга и свободно передвигаются.

В отличие от газообразного состояния, в жидком и твёрдом состояниях вещества атомы (молекулы, ионы) соприкасаются друг с другом, так как сильнее взаимо­действуют между собой.

В жидкости атомы (молекулы, ионы) беспорядочно двигаются, скользят отно­сительно друг друга.

Основное отличие между жидким и твёрдым кристаллическим состояниями в том, что в кристаллическом веществе его частицы постоянно находятся в узлах кристаллической решёт­ки, лишь испытывая тепловые колебания. Поэтому можно отличить твёрдые и жидкие вещества по внешнему виду: твёрдое имеет собственную форму, а жидкое – форму сосуда, в котором оно находится.

Таблица знакомит со структурными изменениями в различных фазовых со­стояниях веществ, в которых они оказываются при изменении внешних условий. При этом учитывают, что к твёрдым веществам относятся не только кристаллические, но и аморфные веще­ства, такие как, например, пластмасса, воск, стекло.

В таблице показаны три вещества: I₂ (иод) – вещество состоит из одинако­вых молекул в газообразном, жидком и твёрдом состояниях; NaCl (хлорид натрия) – двухатомные молекулы в газовой фазе, ионы Nа⁺ и Сl^– в жидкости и кристалле; Ag (серебро) – во всех фазах состо­ит из атомов, причём в жидком и твёрдом состояниях их электроны делокализованы.

Химические реакции с участием жидких веществ идут со значительно большей скоростью, чем газооб­разные, которые обладают малой плотностью, или твёрдые, частицы которых малоподвижны.

В нижней части таблицы показана схема, иллюстрирующая фазовые перехо­ды вещества.

При нагревании твёрдого кристаллического вещества усиливаются тепловые колебания частиц, что приводит к разрушению кристаллической решётки (для некристаллических – аморфных – веществ усиливается скорость движения частиц). Вещество начинает плавиться. При этом только для кристаллов температура плавления постоянна. Обратный процесс пе­рехода жидкости в твёрдое вещество называется затвердеванием. Для кристалли­ческих веществ этот процесс обычно называют кристаллизацией.

При нагревании или уменьшении давления жидкость испаряется и переходит в газообразное состояние. Переход из газообразного состояния в жидкое называ­ется конденсацией.

Частицы некоторых твёрдых веществ (иод, мышьяк, камфора) могут непосред­ственно переходить в парообразное состояние (возгонка, сублимация). Обратный процесс перехода газа в твёрдое состояние называется осаждением.