27. Кратко сформулируйте, какие бывают виды химической связи. Что такое молекулярная связь? Поясните, между какими атомами и как она образуется?

Основными типами химической связи являются ионная, ковалентная, металлическая и водородная.

Молекулярными называют кристаллические решётки, в узлах которых располагаются молекулы. В почти чистом виде такая связь проявляется между молекулами с насыщенными химическими связями (О₂, Н₂ и др.), а также между атомами инертных газов (когда оболочка заполнена и электростатических сил нет). Между любыми атомами и молекулами в таких кристаллах возникает связь Ван-дер-Ваальса. Эта сила ответственна за образование органических кристаллов. Она чрезвычайно слаба (можно показать, что эта сила убывает пропорционально седьмой степени от расстояния). Связи в молекулах прочные, но между молекулами связи не прочные. Вещества с молекулярной связью имеют малую твёрдость, плавятся при низкой температуре, летучие, при обычных условиях находятся в газообразном или жидком состоянии.

28. Какие разновидности молекулярного кислорода Вам известны? Как они различаются по химической активности?

Молекула кислорода может пребывать в различных активных формах: в триплетном или синглетном состоянии, в форме свободного радикала, в форме супероксида (отрицательно заряженный свободный радикал ). Основным состоянием молекулы кислорода является триплетное.

Энергия диссоциации (распада) триплетного кислорода на атомы составляет 496 кДж/моль. Эта довольно большая величина служит основным фактором относительной химической инертности кислорода, а также причиной того, что кислород находится в свободном состоянии в атмосфере. При возбуждении триплетного кислорода, например под действием света, может происходить электронная перестройка, в результате чего возникает молекула синглетного кислорода с парой электронов, принадлежащей одному из атомов кислорода – так называемый синглет. На это требуется энергия 92 кДж/моль.

Самое важное состоит в том, что синглетная форма кислорода очень химически активна. Она очень легко вступает в химические реакции. Как известно, чтобы молекулы могли прореагировать, необходимо им сообщить дополнительную энергию, либо снизить энергетический барьер, лежащий на пути превращения реагентов в продукты. Синглетная молекула кислорода может передавать свою энергию, существенно облегчая протекание химической реакции.

Заметим, что может возникать и супероксид - отрицательно заряженный свободный радикал . Это тоже чрезвычайно химически активная форма кислорода, способная мгновенно реагировать с окружающей молекулой и даже с инертными частицами.

29. На какие группы, по способности проводить ток, различаются кристаллические твердые тела? Какие кристаллические тела (материалы) обладают малым электрическим сопротивлением и, соответственно, лучше всего проводят электрический ток? Поясните, за счет чего протекает электрический ток в металлах? Для каких целей используют материалы, хорошо проводящие электрический ток?

На проводники и диэлектрики: проводники хорошо проводят ток, а диэлектрики, наоборот, практически его не проводят.

Очень малым удельным объемным сопротивлением ρ < 10^-4 Омсм (брусок со стороной 1 см имеет электрическое сопротивление < 10^-4Ом) обладают проводящие материалы. Они, обладая высокой электропроводностью, используются в качестве токопроводящих элементов. В качестве проводников в электротехнике используют алюминий (ρ=2,610^-6 Омсм), золото (ρ = 2,210^-6 Омсм), серебро (ρ = 1,610^-6 Омсм), вольфрам (ρ = 2,610^-5 Омсм) и т.п. К проводящим электрический ток материалам высокой проводимости (к проводникам с наименьшим удельным сопротивлением) относятся хорошо очищенные серебро, медь, алюминий. Причем при создании таких проводников используют наиболее чистые металлы, с минимальным количеством дефектов в кристаллической решетке. Для уменьшения концентрации дефектов металлы отжигают, что способствует «залечиванию» дефектов.

Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда — электроны, ионы, направленное (упорядоченное) движение которых и есть электрический ток. Электропроводность большинства проводников обусловлена электронами. Если к проводнику приложить внешнее напряжение, то свободные электроны, совершающие тепловые колебания с средней скоростью порядка 10⁵м/с, приобретают некоторую добавочную скорость направленного движения (несколько мм в секунду), что вызывает протекание электрического тока. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

Хорошо проводящие материалы используют в качестве токопроводящих цепей аппаратуры (проводов, металлических дорожек, внешних выводов приборов, перемычек, межсоединений и т.д.).

30. На какие группы, по способности проводить ток, различаются кристаллические твердые тела? Какие кристаллические тела (материалы) обладают малым электрическим сопротивлением и, соответственно, лучше всего проводят электрический ток? Для каких целей используют металлические сплавы высокого сопротивления?

На проводники и диэлектрики: проводники хорошо проводят ток, а диэлектрики, наоборот, практически его не проводят.

Очень малым удельным объемным сопротивлением ρ < 10^-4 Омсм (брусок со стороной 1 см имеет электрическое сопротивление < 10^-4Ом) обладают проводящие материалы. Они, обладая высокой электропроводностью, используются в качестве токопроводящих элементов. В качестве проводников в электротехнике используют алюминий (ρ=2,610^-6 Омсм), золото (ρ = 2,210^-6 Омсм), серебро (ρ = 1,610^-6 Омсм), вольфрам (ρ = 2,610^-5 Омсм) и т.п. К проводящим электрический ток материалам высокой проводимости (к проводникам с наименьшим удельным сопротивлением) относятся хорошо очищенные серебро, медь, алюминий. Причем при создании таких проводников используют наиболее чистые металлы, с минимальным количеством дефектов в кристаллической решетке. Для уменьшения концентрации дефектов металлы отжигают, что способствует «залечиванию» дефектов.

Манганины - сплавы на медной основе, содержащие около 85% Cu , 12% Mn , 3% Ni. Применяются для изготовления образцовых резисторов, шунтов, приборов и т.д. Константан - медно-никелевый сплав: реостаты и нагревательные элементы из константана могут длительно работать при температуре 450^оС. Жаростойкие сплавы: основная область применения этих сплавов - электронагревательные приборы, реостаты, резисторы. Для электротермической техники и электрических печей большой мощности используют обычно более дешевые, чем нихром, фехраль и хромаль сплавы. Для изготовления многих магнитомягких материалов, перемагничивающихся в переменных магнитных полях, используют аморфные сплавы.

31. На какие группы, по способности проводить ток, различаются кристаллические твердые тела? Какие кристаллические тела (материалы) обладают очень большим электрическим сопротивлением и, соответственно, хуже всего проводят электрический ток? Поясните, почему не протекает ток в изоляторах? Для каких целей используют эти материалы?

На проводники и диэлектрики: проводники хорошо проводят ток, а диэлектрики, наоборот, практически его не проводят.

В качестве диэлектрика в электротехнике используют специальные виды фарфора (ρ>10¹⁴), стекла (ρ>10¹²), пластмассы, фторопласт-4 (ρ>10¹⁶) и прочее. Диэлектрические материалы используют для отделения одной токопроводящей части электрической цепи от другой, межслойной и защитной изоляции.

Диэлектрические материалы характеризуются очень большим удельным объемным сопротивлением ρ>10¹⁰ Ом´см (брусок со стороной 1 см имеет электрическое сопротивление >10¹⁰ Ом). Понятно, что через диэлектрик, исходя из закона Ома, протекает малый ток, если он даже находится под воздействием сравнительно большого напряжения (десятки и сотни тысяч вольт).

Пользуетесь диэлектриками, как говорят еще изоляторами, для того, чтобы избавить себя от воздействия напряжения, а проводами (проводниками в изоляции) чтобы подводить напряжение к различным бытовым приборам. Диэлектрические материалы используют для отделения одной токопроводящей части электрической цепи от другой, межслойной и защитной изоляции.