Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

ной плотности под влиянием сильноэлектроотрицательного ато­ ма X частично освобождается к атомная орбиталь (рис. 5.5).

Н- • -NH3

Рис. 5.5. Образование водородной связи между молекулами воды и аммиака по донорно-акцепторному механизму

Благодаря ковалентной составляющей водородная связь направленная и насыщаемая, что во многом определяет строе­ ние веществ в конденсированном состоянии. Энергия водо­ родной связи значительно меньше энергии химической связи

исоставляет 5—40 кДж/моль. Особой прочностью отличают­ ся водородные связи —Н- ■ -F— с участием наиболее электро­ отрицательного атома фтора. Связь в ассоциатах (HF)2 настоль­ ко прочная (~155 кДж/моль), что фтороводородная кислота практически полностью находится в димеризованном состоянии

испособна образовывать кислые соли (см. 12.5).

Водородная связь в несколько раз сильнее обычного меж­ молекулярного взаимодействия и влияет на температуры ки­ пения и плавления веществ, повышая эти константы. Например, чтобы вещество закипело, т. е. перешло из жидкого состояния в газообразное, необходимо разорвать связи между молекула­ ми (но не в самих молекулах!). Понятно, что с повышением прочности межмолекулярных связей из-за образования водо­ родных связей возрастает и температура кипения.

Классической иллюстрацией сказанному служит зависи­ мость температур кипения от молярной массы для водородных соединений элементов IVA—VIIA-групп (рис. 5.6). В прямо пропорциональную зависимость температуры кипения от мас­ сы молекул не укладываются вещества, между молекулами которых образуется водородная связь: это вода, аммиак и фто­

роводород. Для соединений IVA-группы температура кипения с ростом молярной массы закономерно повышается, так как

Рис. 5.6. Температуры кипения некоторых водородных соединений элементов IVA—VIIA-групп

между молекулами водородных соединений элементов данной группы (СН4, SiH4, GeH4 и SnH4) водородные связи не обра­ зуются.

Образование водородной связи с молекулами воды повы­ шает растворимость веществ. Например, растворимость эта­ нола С2Н5ОН в воде гораздо выше изомерного ему диметило­ вого эфира (СН3)2О, так как только в случае спирта образу­ ются водородные связи с водой.

В случае воды образование водородных связей объясняет не только ее аномально высокие температуры кипения и плав­ ления, но и высокие теплоемкость и диэлектрическую прони­ цаемость, а также аномальную зависимость плотности воды от температуры: плотность твердого льда меньше плотности жидкой воды, поэтому зимой водоемы не промерзают до дна. Благодаря высокой теплоемкости (вода долго нагревается и медленно остывает) вода активно участвует в формировании

^,0

в) снз—

Н

Видим, что внутримолекулярная водородная связь образу­ ется в молекулах 2-гидроксибензойной кислоты и 2-нитрофе- нола.

Ответ: б), г).

5.4. ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

Вещества в твердом состоянии могут иметь аморфное и кристаллическое строение. В аморфных веществах (стекло, полимеры, пластическая сера) расположение частиц неупоря­ доченное, а в кристаллических структурные единицы (атомы, молекулы или ионы) расположены в строгом порядке.

Под кристаллической решеткой понимается каркас, ко­ торый образуется, если структурные единицы кристалла со­ единить воображаемыми прямыми линиями. Точки пересечения этих линий называются узлами кристаллической решетки.

В зависимости от природы частиц, находящихся в узлах крис­ таллической решетки, а также от типа химической связи меж­ ду ними различают четыре основных вида (типа) кристалли­ ческих решеток: атомную, молекулярную, ионную и металли­ ческую.

ИВещества с атомной, ионной и металлической крис­ таллическими решетками имеют немолекулярное

строение.

В узлах атомной кристаллической решетки находятся атомы одинаковых или разных химических элементов (как

правило, неметаллов), связанных между собой прочными ко­ валентными связями (см. рис. 16.1 на с. 388). Вещества с

атомной решеткой называются атомными или ковалентными кристаллами.

Вещества с атомной кристаллической решеткой: бор, кремний, алмаз, графит, черный и красный фосфор, карборунд SiC, оксид кремния(1У) SiO9.

Благодаря высокой энергии ковалентных связей вещества атомного строения имеют очень высокую температуру плав­ ления, высокие твердость и прочность, низкую растворимость; как правило, являются диэлектриками или полупроводниками (кремний, германий). Самое твердое природное вещество — алмаз (температура плавления 3500 °C), самое тугоплавкое — графит (3700 °C); высокую температуру плавления имеют карборунд SiC (2700 °C) и кремнезем SiO2 (1610 °C).

В узлах молекулярных кристаллов (веществ с молекуляр­ ной кристаллической решеткой, т. е. молекулярного строения) находятся молекулы (рис. 5.7, а). Между собой молекулы свя­ заны слабыми межмолекулярными силами (не путайте: в мо­ лекулах связь ковалентная, т. е. прочная), для разрыва которых требуется сравнительно немного энергии. Поэтому молекуляр­ ные вещества имеют небольшую прочность, малую твердость, значительную сжимаемость, низкие температуры плавления и кипения. Для них характерна летучесть, многие имеют запах, некоторые возгоняются. Молекулярные кристаллы не проводят электрический ток, могут быть растворимы в полярных и не­ полярных растворителях.

Молекулярную кристаллическую решетку имеет большин­ ство веществ с ковалентной полярной или неполярной связью, за исключением перечисленных выше веществ атомного строе­ ния. Молекулярное строение более характерно для органиче­ ских веществ. Примеры веществ молекулярного строения: твердые благородные газы (для них понятия «атом» и «моле­ кула» идентичны, можно сказать, что благородные газы состо­ ят из одноатомных молекул), галогены (в твердом состоянии), белый фосфор Р4, ромбическая и моноклинная сера Sg, твердые кислород, озон, азот, вода, галогеноводороды, алканы, бензол.