همانطور که می دانید، شیمی ساختار و خواص مواد و همچنین دگرگونی های متقابل آنها را مطالعه می کند. جایگاه مهمی در خصوصیات ترکیبات شیمیایی این سوال است که آنها از چه نوع ذرات تشکیل شده اند. این می تواند اتم، یون یا مولکول باشد. در جامدات وارد گره های شبکه های کریستالی می شوند. ساختار مولکولی دارای تعداد نسبتا کمی از ترکیبات در حالت جامد، مایع و گاز است.
در مقاله خود، نمونه‌هایی از موادی را بیان می‌کنیم که با شبکه‌های کریستالی مولکولی مشخص می‌شوند، و همچنین انواع مختلفی از برهمکنش‌های بین مولکولی مشخصه جامدات، مایعات و گازها را در نظر می‌گیریم.
چرا باید ساختار ترکیبات شیمیایی را بدانید
در هر شاخه از دانش بشری، می توان گروهی از قوانین اساسی را که توسعه بیشتر علم بر آنها استوار است، مشخص کرد. در شیمی- این نظریه M. V. لومونوسوف و جی دالتون، ساختار اتمی و مولکولی ماده را توضیح دادند. همانطور که دانشمندان ثابت کرده اند، با دانستن ساختار داخلی، می توان خواص فیزیکی و شیمیایی ترکیب را پیش بینی کرد. کل حجم عظیمی از مواد آلی که به طور مصنوعی توسط انسان سنتز می شود (پلاستیک، دارو، آفت کش ها و غیره) دارای ویژگی ها و خواص از پیش تعیین شده ای هستند که برای نیازهای صنعتی و خانگی او بسیار ارزشمند است.
دانش در مورد ویژگی‌های ساختار و خواص ترکیبات هنگام انجام بخش‌های کنترل، آزمون‌ها و امتحانات در درس شیمی مورد تقاضا است. به عنوان مثال، در لیست پیشنهادی مواد، پاسخ های صحیح را بیابید: چه ماده ای ساختار مولکولی دارد؟
- روی.
- اکسید منیزیم.
- الماس.
- نفتالین.
پاسخ صحیح این است: روی ساختار مولکولی دارد و همچنین نفتالین.
نیروهای برهمکنش بین مولکولی
به طور تجربی ثابت شده است که ساختار مولکولی مشخصه مواد با نقطه ذوب پایین و سختی کم است. چگونه می توان شکنندگی شبکه های کریستالی این ترکیبات را توضیح داد؟ همانطور که معلوم شد، همه چیز به قدرت تأثیر مشترک ذرات واقع در گره های آنها بستگی دارد. ماهیت الکتریکی دارد و برهمکنش بین مولکولی یا نیروهای واندروالسی نامیده می شود که بر اساس تأثیر مولکول های دارای بار مخالف - دوقطبی - بر یکدیگر است. معلوم شد که مکانیسم های مختلفی برای تشکیل آنها وجود دارد،بسته به ماهیت خود ماده.
اسیدها به عنوان ترکیبات ترکیب مولکولی
محلول های اکثر اسیدها، اعم از آلی و معدنی، حاوی ذرات قطبی هستند که نسبت به یکدیگر با قطب های باردار مخالف جهت گیری دارند. به عنوان مثال، در محلول اسید هیدروکلریک HCI دو قطبی وجود دارد که بین آنها فعل و انفعالات جهتی رخ می دهد. با افزایش دما، مولکولهای هیدروکلریک، هیدروبرومیک (HBr) و سایر اسیدهای حاوی هالوژن در اثر جهت‌گیری کاهش می‌یابند، زیرا حرکت حرارتی ذرات در جذب متقابل آنها اختلال ایجاد می‌کند. علاوه بر مواد فوق، ساکارز، نفتالین، اتانول و سایر ترکیبات آلی ساختار مولکولی دارند.
چگونه ذرات باردار القایی تولید می شوند
پیش از این، یکی از مکانیسم‌های عمل نیروهای واندروالس به نام تعامل جهت‌گیری را در نظر گرفتیم. علاوه بر مواد آلی و اسیدهای حاوی هالوژن، اکسید هیدروژن، آب، ساختار مولکولی دارد. در مواد متشکل از غیر قطبی، اما مستعد تشکیل دوقطبی، مولکول هایی مانند دی اکسید کربن CO2، می توان ظاهر ذرات باردار القایی - دوقطبی را مشاهده کرد. مهمترین خاصیت آنها توانایی جذب یکدیگر به دلیل ظهور نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی است.
ساختار مولکولی گاز
در زیر عنوان قبلی به ترکیب دی اکسید کربن اشاره کردیم. هر یک از اتم های آن یک میدان الکتریکی در اطراف خود ایجاد می کند که القا می کندقطبش در هر اتم یک مولکول دی اکسید کربن مجاور تبدیل به یک دوقطبی می شود که به نوبه خود می تواند ذرات دیگر CO2 را قطبی کند. در نتیجه، مولکول ها به سمت یکدیگر جذب می شوند. برهمکنش القایی را می توان در مواد متشکل از ذرات قطبی نیز مشاهده کرد، اما در این مورد بسیار ضعیف تر از نیروهای واندروالس جهت گیری است.
برهم کنش پراکندگی
هم خود اتم ها و هم ذرات سازنده آنها (هسته، الکترون ها) قادر به حرکت چرخشی و نوسانی مداوم هستند. منجر به ظهور دوقطبی می شود. با توجه به تحقیقات مکانیک کوانتومی، وقوع ذرات با بار مضاعف آنی هم در جامدات و هم در مایعات به طور همزمان اتفاق می‌افتد، به طوری که انتهای مولکولهای واقع در نزدیکی آن با قطب مخالف قرار می‌گیرد. این منجر به جذب الکترواستاتیکی آنها می شود که به آن اندرکنش پراکندگی می گویند. این ویژگی برای همه مواد است، به جز آنهایی که حالت گازی دارند و مولکولهای آنها تک اتمی است. با این حال، نیروهای واندروالس می توانند، به عنوان مثال، در هنگام انتقال گازهای بی اثر (هلیوم، نئون) به فاز مایع در دماهای پایین ایجاد شوند. بنابراین، ساختار مولکولی اجسام یا مایعات توانایی آنها را برای ایجاد انواع مختلف برهمکنش بین مولکولی تعیین می کند: جهت گیری، القایی یا پراکندگی.
سوبلیمیشن چیست
ساختار مولکولی یک جامد، مانند بلورهای ید،باعث پدیده فیزیکی جالبی مانند تصعید - تبخیر شدن مولکول های I2 به شکل بخارات بنفش می شود. از سطح یک ماده در فاز جامد و با دور زدن حالت مایع رخ می دهد.
این آزمایش بصری دیدنی اغلب در کلاس های درس شیمی مدارس انجام می شود تا ویژگی های ساختاری شبکه های کریستالی مولکولی و خواص مربوط به ترکیبات را نشان دهد. معمولاً اینها سختی کم، نقاط ذوب و جوش کم، هدایت حرارتی و الکتریکی ضعیف و فرار هستند.
استفاده عملی از دانش در مورد ساختار مواد
همانطور که دیدیم، می توان ارتباط خاصی بین نوع شبکه کریستالی، ساختار و خواص ترکیب ایجاد کرد. بنابراین، اگر ویژگی های یک ماده شناخته شده باشد، پیش بینی ویژگی های ساختار و ترکیب ذرات آن بسیار آسان است: اتم ها، مولکول ها یا یون ها. اطلاعات به‌دست‌آمده همچنین می‌تواند مفید باشد اگر در وظایف شیمی، لازم باشد موادی که ساختار مولکولی دارند از گروه خاصی از ترکیبات، به استثنای موادی که دارای انواع شبکه‌های اتمی یا یونی هستند، به درستی انتخاب شوند.
در مجموع می توان به این نتیجه رسید: ساختار مولکولی یک جسم جامد و ساختار فضایی شبکه های کریستالی آن و آرایش ذرات قطبی شده در مایعات و گازها به طور کامل مسئول خواص فیزیکی و شیمیایی آن است. از لحاظ نظری، خواص ترکیبات،حاوی دوقطبی به بزرگی نیروهای برهمکنش بین مولکولی بستگی دارد. هرچه قطبیت مولکول ها بیشتر باشد و شعاع اتم های سازنده آنها کمتر باشد، نیروهای جهت گیری بین آنها قوی تر می شود. برعکس، هر چه اتم‌های تشکیل‌دهنده مولکول بزرگ‌تر باشند، گشتاور دوقطبی آن بیشتر می‌شود و بنابراین، نیروهای پراکندگی مهم‌تر می‌شوند. بنابراین، ساختار مولکولی یک جامد همچنین بر نیروهای برهمکنش بین ذرات - دوقطبی‌های آن تأثیر می‌گذارد.
