2.3 Положение о молекулах и молекулярном строении веществ

Если атомы связываются в небольшие группы, то состоящие из них вещества принято называть молекулярными. Молекула – это нейтральная группировка, состоящая из небольшого числа связанных атомов и участвующая во всех формах теплового движения как единое целое. В соответствие с молекулярно-кинетической теорией такими формами движения являются поступательное (диффузия, броуновское движение), колебательное и вращательное. Атомы в составе молекулы, а также ионы в ионных кристаллах могут участвовать только в колебательном и, зачастую, во вращательном движении друг относительно друга. При плавлении ионного кристалла подвижность ионов резко возрастает, становится возможной диффузия в объеме расплава.

В первом международно-согласованном определении (г.Карлсруэ, 1860г.) молекулы рассматривались как носители и физических, и химических свойств веществ. Однако вскоре стало ясно, что большинство физических (физико-химических) свойств (плотность, агрегатное состояние, температуры их изменения, тепло-, электропроводность и т.д.) формируются коллективом (ансамблем) взаимодействующих, связанных молекул. Например, агрегатное состояние (Т_пл, Т_кип, плотность) молекулярных веществ зависят исключительно от межмолекулярного притяжения. В отличие от полимерных соединений (которые всегда имеют при комнатной температуре твердое агрегатное состояние, причем обычно весьма тугоплавки) молекулярные вещества очень часто представляют собой жидкости или даже газы³².

В последнее время в учебной литературе часто предлагается определение для молекул как мельчайших частиц, обладающих всеми химическими свойствами молекулярных веществ. Однако, как следует из законов химической кинетики, и в химические реакции молекулы не вступают по отдельности. Например, даже разложение молекул активируется за счет соударения с другими. При этом распадаться будут только те молекулы, которые смогут в результате столкновений накопить достаточную для распада связей энергию.

Если речь идет о реакциях с ионным типом распада связи, то в этом случае абсолютно необходимы поляризующие воздействия дополнительных молекул (см. теория электролитической диссоциации). Например, молекулы уксусной кислоты диссоциируют очень по-разному в окружении других молекул СН₃СООН (самоионизация) и в водной среде:

СН₃СООН_aq Н⁺_aq + СН₃СОО^‒_aq (К_д = 1.8∙10^‒5)

СН₃СООН_Аc Н⁺_Аc + СН₃СОО^‒_Аc (К_д = 2.5∙10^‒13)

Таким образом, приходится признать, что единственным объективным свойством отдельных молекул является их способность к движению, диффузии, соударению с поверхностями. Именно на этих свойствах основаны разнообразные методы определения молекулярных масс, т.е. идентификация молекул:

а. Определение молекулярных масс по давлению, создаваемому молекулами в газовой фазе ();

б. Определение молекулярных масс по осмотическому давлению, создаваемому молекулами на полупроницаемую мембрану ();

в. Определение молекулярных масс по величине давления насыщенного пара растворителя над раствором, по температурам кипения, замерзания растворов (см. коллигативные свойства растворов) и т.п.