12. Водородная связь. Энергия водородной связи. Изменение физических свойств веществ вследствие образования водородных связей. Особенности свойств воды.
Водородная связь. Данный вид связи лишь условно можно назвать химическими и правильней его относить к межмолекулярным и внутримолекулярным взаимодействиям. Водородная связь возникает между связанным атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом другой молекулы. Водородная связь имеет частично электростатическую, а частично донорно-акцепторную природу. Наглядным примером реализации такой связи может служить объединение нескольких молекул воды в кластеры. В молекуле воды атом кислорода смещает на себя электронную плотность приобретая частичный отрицательный заряд, а водород соответственно - частично положительный и может взаимодействовать с неподеленной электронной парой кислорода соседней молекулы. Водородная связь может возникать не только между разными молекулами, но и внутри самой молекулы. Ван-дер-ваальсово взаимодействие возникает за счет возникновения наведенных дипольных моментов. Такой вид взаимодействия может возникать как между разными молекулами, так и внутри одной молекулы между соседними атомами за счет возникновения дипольного момента у атомов при движении электронов. Ван-дер-ваальсово взаимодействие может быть притягивающим и отталкивающим. Межмолекулярное взаимодействие носит характер притяжения, а внутримолекулярное - отталкивания. Внутримолекулярное ван-дер-ваальсово взаимодействие оказывает существенный вклад в геометрию молекулы. Образование межмолекулярных водородных связей приводит к существенному изменению свойств веществ: повышению вязкости, диэлектрической постоянной, температур плавления и кипения, теплот парообразования и плавления. Например, вода, фтороводород и аммиак имеют аномально высокие температуры кипения и плавления. Под влиянием водородных связей изменяются и химические свойства. Так как многие соединения содержат ковалентные полярные связи Н–О и Н–N, то водородные связи очень распространены. Они проявляются не только в воде, но и в различных кристаллических веществах, полимерах, белках, живых организмах. Вследствие невысоких значений энергии водородные связи относительно легко разрушаются и вновь возникают. Энергия водородной связи возрастает с увеличением электроотрицательности (ЭО) и уменьшением размеров атомов В. Поэтому наиболее прочные водородные связи возникают, когда в качестве атомов В выступают F, О или N
13. Кристаллы. Основные типы кристаллических решёток: атомная, молекулярная, ионная и металлическая. Связь строения и свойств кристаллов.
Характерным признаком кристаллического состояния является наличие системы строго упорядоченных частиц, которая называется кристаллической решеткой. Особенностями кристаллов являются: высокая степень упорядоченности (наличие ближнего и дальнего порядка), определенная симметрия образуемых ими элементарных ячеек и, как следствие, анизотропия (т.е. зависимость от направления) свойств. В зависимости от того, какие частицы лежат в узлах кристаллической решетки, различают ионные, атомные, молекулярные и металлические решетки. Ионная. Связь между частицами в ионных кристаллах: ионная химическая связь. В узлах кристалла с ионной решеткой расположены ионы. Фазовое состояние ионных кристаллов при н. у.: как правило, твердые вещества. Химические вещества с ионной кристаллической решеткой: 1)Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония (например, хлорид аммония NH4Cl); 2)Основания; 3)Оксиды металлов; 4)Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы. Физические свойства веществ с ионной кристаллической структурой: высокая температура плавления (тугоплавкость); растворы и расплавы ионных кристаллов – проводники тока; большинство соединений растворимы в полярных растворителях (вода); твердое фазовое состояние у большинства соединений при нормальных условиях. Примером ионной кристаллической решетки может быть поваренная соль. Атомная. Связь между частицами в атомных кристаллах: ковалентная полярная или неполярная. Ковалентная связь происходит, когда два одинаковых атома делятся друг с другом электронами, образуя, таким образом, общую пару электронов для соседних атомов. Из-за этого ковалентные связи сильно и равномерно связывают атомы в строгом порядке. В узлах кристалла с атомной кристаллической структурой расположены атомы. Фазовое состояние атомных кристаллов при н. у.: как правило, твердые вещества. Вещества, образующие в твердом состоянии атомные кристаллы: 1) Простые вещества с высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод, кремний, и др. 2) Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезем (оксид кремния, кварцевый песок) SiO2; карбид кремния (корунд) SiC; карбид бора, нитрид бора и др. Физические свойства веществ с атомной кристаллической решеткой: прочность; тугоплавкость (высокая температура плавления); низкая электропроводность; низкая теплопроводность; химическая инертность (неактивные вещества); нерастворимость в растворителях. Молекулярная. Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи, электростатические или межмолекулярные силы притяжения. В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы. В этих узлах они удерживаются вандерваальсовыми силами, которые в десять раз слабее сил ионного взаимодействия. Фазовое состояние молекулярных кристаллов при н. у.: газы, жидкости и твердые вещества. Вещества, образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы: 1) Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы (O2, N2, H2, S8 и др.); 2)Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями (кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы SO3 и др.; 3)Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон и др.); 4)Большинство органических веществ, в которых нет ионных связей — метан CH4, бензол С6Н6 и др. Физические свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой: легкоплавкость (низкая температура плавления): высокая сжимаемость; молекулярные кристаллы в твердом виде, а также в растворах и расплавах не проводят ток; фазовое состояние при нормальных условиях – газы, жидкости, твердые вещества; высокая летучесть; малая твердость. Ярким примером молекулярной кристаллической решетки является лед – твердое вещество, имеющее свойство переходить в жидкое – связи между молекулами кристаллической решетки совсем слабенькие. Металлическая. Связь между частицами: металлическая химическая связь. В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы. Фазовое состояние металлов при н. у.: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях). Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы. Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой: высокая тепло- и электропроводность; ковкость и пластичность; металлический блеск; металлы, как правило, нерастворимы в растворителях; большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.
