Что такое немолекулярное строение
Урок №8. Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Кристаллические решетки
Молекулярные вещества
Молекулярные вещества имеют низкие температуры плавления и кипения и находятся в стандартных условиях в твердом, жидком или газообразном состоянии.
Вода – самое известное и весьма распространенное вещество на нашей планете: поверхность Земли на 3 / 4 покрыта водой, человек на 65 % состоит из воды, без воды невозможна жизнь, так как в водном растворе протекают все клеточные процессы организма. Вода – молекулярное вещество. Это одно из немногих веществ, которое в природных условиях встречается в твердом, жидком и газообразном состояниях, и единственное вещество, для которого в каждом из этих состояний есть свое название. Особенностями строения воды вызваны ее необычные свойства. Например, при замерзании вода увеличивается в объеме, поэтому лед плавает в своем расплаве – жидкой воде, а наибольшая плотность воды наблюдается при 4 o С, поэтому зимой большие водоемы до дна не промерзают. На свойствах воды основана и сама шкала температур Цельсия (0 o – температура замерзания, 100 o – температура кипения). С причинами этих явлений и с химическими свойствами воды вы познакомитесь позже.
Немолекулярные вещества
Немолекулярные вещества находятся в стандартных условиях в твердом агрегатном состоянии и имеют высокие температуры плавления и кипения.
Железо – серебристо-белый, блестящий, ковкий металл. Это немолекулярное вещество. Среди металлов железо занимает второе место после алюминия по распространенности в природе и первое место по значению для человечества. вместе с другим металлом – никелем – оно образует ядро нашей планеты. Чистое железо не имеет широкого практического применения. Знаменитая Кутубская колонна, расположенная в окрестностях Дели, высотой около семи метров и весом 6,5 т, имеющая возраст почти 2800 лет (она поставлена в IX в. до н. э.) – один из немногих примеров использования чистого железа (99,72 %); возможно, что именно чистотой материала и объясняется долговечность и коррозионная устойчивость этого сооружения.
Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения
Содержание:
Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки
Неорганические и органические соединения отличаются по строению. Меньше веществ, образованных молекулами. Гораздо чаще встречается немолекулярные соединения. Частицы веществ могут быть упорядочены расположены в пространстве, образуют кристаллическую решетку. Тип структуры влияет на свойства различных химических соединений.
Молекулярное и немолекулярное строение веществ
Представления о существовании атомов возникли в древности. Греческое название переводится как «неделимые». Долгое время термины «атом», «корпускула», «молекула» были почти синонимами. Ясность внесли химики всего мира в 1860 году. Ученые приняли решение называть атомами мельчайшие частицы вещества. Они могут входить в состав молекул и немолекулярных структур.
Строение — это характеристика структурных единиц вещества, их расположение в пространстве (кристаллическая решетка).
Типы веществ по строению
Типы
Общие признаки
Тип кристаллической решетки
Вещества молекулярного строения.
Мельчайшие структурные единицы (частицы) — молекулы.
Вещества немолекулярного строения.
Мельчайшие структурные частицы — атомы или ионы.
Атомная, ионная или металлическая.
Неметаллы, их соединения — вещества преимущественно молекулярного строения. Водород, кислород, азот, хлор, моно- и диоксид углерода, аммиак состоят из молекул сравнительно небольшого размера. Состав отражают формулы Н2, О2, N2, Cl2, СО, СО2, NH3. Наиболее распространенное вещество молекулярного строения — вода (Н2О) (Рис. 1).
Агрегатное состояние при разных температурах отличается. В обычных условиях эти вещества являются газами. Вода при комнатной температуре — жидкость, при 0°С — превращается в лед, имеющий кристаллическое строение. При 100°С образуется газ (пар).
Сахар и другие твердые органические вещества тоже состоят из молекул. Состав глюкозы отражает формула С6Н12О6. На рис. 2 показано пространственное расположение атомов в молекуле.
Немолекулярных соединений в природе гораздо больше. К этой группе относятся инертные газы, алмаз, графит (аллотропные видоизменения, модификации углерода), минерал кварц, различные соли, металлы. Это преимущественно твердые вещества (при комнатной температуре). Исключение — ртуть, жидкий металл, затвердевающий лишь при –30°С. Среди веществ немолекулярного строения встречаются наиболее твердые и тугоплавкие, обладающие высокой тепло- и электропроводностью.
Кристаллические решетки: типы и примеры
Структурные частицы природных и искусственно полученных веществ находятся в определенных точках пространства, на расстоянии друг от друга. Упорядоченное расположение называют кристаллической решеткой. В ее узлах находятся атомы, ионы или молекулы. На рисунках они обычно изображены кружочками. Черточками между ними условно обозначают химические связи.
Шаро-стержневые объемные модели тоже помогают лучше представить расположение структурных единиц в пространстве. Шарики символизируют частицы вещества, стержни между ними — химическую связь, как на рис. 3.
Вещества кристаллического строения широко распространены, имеют большое практическое значение. Они встречаются в природе, находят применение в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, быту. (Рис. 4).
Рассмотрим особенности четырех основных типов кристаллической решетки.
Атомная
Такие кристаллические структуры распространены среди простых веществ. В узлах находятся атомы. Примеры веществ: графит и алмаз (аллотропные видоизменения, модификации углерода), кремний.
Прочную атомную кристаллическую решетку также имеют горный хрусталь и кварц (минералы состоят из диоксида кремния). Отличие от простых веществ существенное — в узлах находятся атомы кремния и кислорода, т. е. разных элементов.
Вещества атомного строения обычно твердые (за исключением графита), нерастворимые в воде, тугоплавкие, являются изоляторами или полупроводниками.
Молекулярная
В узлах кристаллической решетки — молекулы. Простые вещества с этим типом пространственного строения: S8 — кристаллическая сера, Р4 — белый фосфор, Br2 — бром, I2 — кристаллический йод. Н2О в виде льда, СО2 («сухой лед») — сложные вещества с молекулярной кристаллической решеткой.
Силы притяжения между структурными единицами относительно слабые, поэтому связи легко разрушаются. Например, йод возгоняется — переходит из твердого состояния в газообразное при комнатной температуре. (Рис. 5, 6).
Твердые органические соединения тоже имеют преимущественно молекулярную решетку. Это непрочные структуры, которые разрушаются при повышении температуры, растворении в воде.
Ионная
В узлах расположены ионы — заряженные частицы. Классический пример вещества с этим типом кристаллической решеткой — поваренная соль или хлорид натрия. (Рис. 7).
Катионы — положительно заряженные частицы. В электрическом поле они перемещаются к отрицательному полюсу источника тока (катоду). Отрицательные ионы движутся к аноду, имеющему заряд «+».
Ионная решетка характерна для солей, оксидов и гидроксидов металлов I–III групп периодической системы, большой группы соединений металлических элемент из других групп. Такие вещества обычно твердые и тугоплавкие.
Ионы высвобождаются при расплавлении и растворении. Расплавы и растворы являются электролитами, проводниками электрического тока, более слабыми, по сравнению с металлами.
Металлическая
Есть значительные отличия от трех предыдущих типов кристаллического строения. В узлах расположены нейтральные атомы и катионы. Между ними беспорядочно движутся электроны, образующие так называемый «электронный газ». (Рис. 8).
Металлы, их сплавы — твердые вещества, имеющие металлический блеск. Они тугоплавкие, обладают высокой тепло- и электропроводностью.
Все известные соединения состоят из атомов, молекул либо ионов. Упорядоченное расположение структурных единиц в пространстве — кристаллическая решетка. Физические свойства веществ во многом определяются типом соединения частиц.
Труднее разрушается атомная, легче — молекулярная кристаллическая решетка. Чтобы «освободить» частицы в составе ионного кристалла, достаточно растворить или расплавить вещество. Особенностью металлической решетки является наличие «электронного газа», высокая электропроводность веществ.
Тема №5 «Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Зависимость свойств веществ от особенностей их кристаллической решетки»
Оглавление
Молекулярное и немолекулярное строение веществ. Строение вещества
В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения. Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы. К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы. К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает 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.
Молекулярные и немолекулярные вещества
Твердые вещества: аморфные и кристаллические
Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные.
Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.
Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов — в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки. В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними, различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
Кристаллическая решетка — а) и аморфная решетка — б).
Атомные кристаллические решетки
Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически нерастворимы.
Атомная решетка алмаза 
Атомная решетка графита
Молекулярные кристаллические решетки
Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными (HCl, H2O), и неполярными (N2, O2). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).
Молекулярная кристаллическая решетка(углекислый газ)
Металлические кристаллические решетки
Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.
Металлическая кристаллическая решетка
Шпаргалки
Взаимосвязь между типом кристаллической решетки и типом связи в веществе
Справочный материал для прохождения тестирования:
Что такое немолекулярное строение
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».
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.