Czym jest substancja? Struktura i właściwości substancji

Z przebiegu fizyki wiadomo, że atomy pierwiastków chemicznych mają postać wolnych cząstek. Można je łączyć ze sobą za pomocą różnych rodzaje wiązań chemicznych. W rezultacie powstają cząsteczki substancji, zarówno prostych, jak i złożonych. W ten sposób powstaje jedna z form istnienia materii, która jest najpowszechniejsza na Ziemi. W naszym artykule przyjrzymy się strukturze i właściwościom substancji oraz podamy przykłady ich różnych stanów: stałych, ciekłych i gazowych.

Ogólna charakterystyka związków

Tlen, którym żywe istoty oddychają, placki diamentowe, pokłady węgla są przykładami prostych substancji, których właściwości zależą od struktury ich cząsteczek. Zawierają atomy tylko jednego pierwiastka chemicznego - węgla, tlenu, azotu. Niektóre z pierwiastków mogą tworzyć nie jedną, ale kilka prostych substancji. Różnią się one od siebie nie tylko wyglądem, ale także strukturą wewnętrzną, a więc właściwościami. Mówimy o modyfikacjach alotropowych, na których się koncentrujemy. Naprzeciw nich znajdują się cząsteczki złożonego związku, który jest inną nazwą substancji, składają się z atomów różnych pierwiastków. Woda, sól, alkohol etylowy, skrobia - lista złożonych związków, które składają się na przedmioty materialnego świata, może być kontynuowana w nieskończoność.

Alotropia

Jak uderzający jest grafitowy rdzeń ołówka, diament w wyrafinowanej ramie i biały krystaliczny proszek karibanu wyekstrahowany z krateru Arizona ... Ale wszystkie trzy proste związki składają się tylko z atomów węgla. Dlaczego tak bardzo się od siebie różnią? Czym jest substancja zwana modyfikacją alotropową w chemii? Znajdziemy odpowiedź w wewnętrznej strukturze związku, to jest w cechach kształtu jego sieci krystalicznej. W przyrodzie alotropia występuje rzadko. Tlen i ozon są kolejnym przykładem takich substancji. Różnią się one liczbą atomów tlenu w składzie cząsteczek: są dwa z nich w tlenie, a trzy w ozonie.

Diament i grafit

Olbrzymia cząsteczka, w której każdy atom węgla jest połączony z czterema innymi w tej samej odległości, jest diamentem. Wiązania kowalencyjne pomiędzy cząstkami jest niezwykle trwała, kryształ doskonale załamuje promienie światła, dlatego jest uważany za najdroższy kawałek biżuterii. Nie przewodzi prądu elektrycznego i jest supertwardym materiałem naturalnym używanym do wiercenia studni i cięcia szkła. Czym jest substancja - grafit? Ciemnoszare kryształy są tłuste w dotyku, miękkie i łatwo pozostawiają ślad na papierze. Atomy w cząsteczce ułożone są w warstwy. Odnosi się do przewodników prądu i jest stosowany w elektrotechnice.

Czym jest carbin?

Carbin jest trzecią modyfikacją węgla. W latach 60. XX wieku został uzyskany w laboratorium rosyjskiego naukowca V. V. Korshaka, a następnie znaleziony w naturze jako część meteorytowej substancji. Struktura jego łańcuchów węglowych jest liniowa, związek ma wygląd włókien, proszku lub białych folii. Carbin ma właściwości półprzewodnika, najlepiej przetrwa w ludzkim ciele. Dlatego jest stosowany do produkcji sztucznych protez stawów, naczyń krwionośnych, elementów okulistycznych, urologicznych i protetyki stomatologicznej.

Stan skupienia

Jeśli związek ma strukturę atomową i należy do niemetali, wówczas jego cząsteczki są połączone ze sobą pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Z tego powodu takie cząsteczki są dwuatomowe. Jakie są następujące formuły: Cl ₂ , N _2, O ₂ ? Są to cząsteczki chloru, azotu i tlenu. W powyższym przykładzie substancje są w stanie gazowym, a ich cząstki poruszają się w różnych kierunkach, a siły oddziaływania między nimi są bardzo słabe. Inny obraz obserwuje się, gdy zagregowana forma związku jest gęsta - skondensowana. Ciecze i ciała stałe, w przeciwieństwie do gazów, zajmują pewną objętość w stałej temperaturze. Ich cząsteczki przyciągają się do siebie wystarczająco mocno, natura takich połączeń jest elektryczna. Interesująca jest struktura związków metali o wielu specyficznych właściwościach: przewodność cieplna, plastyczność, ciągliwość i przewodność elektryczna. Czym jest substancja-metal z punktu widzenia jej struktury? krata krystaliczna? Można go porównać do gigantycznego kompleksu atomów zawierających wspólne elektrony. Poruszają się wewnątrz kryształu i tworzą tak zwany gaz elektronowy, który jest przyczyną wszystkich wyżej wymienionych cech metali. Odkryliśmy więc, że związki chemiczne mają trzy stany skupienia: stałe, ciekłe i gazowe.

W jaki sposób struktura wewnętrzna substancji decyduje o jej właściwościach?

Stała postać krystaliczna ma najczęściej naturę. Strukturę substancji określa konfiguracja jej sieci krystalicznej, która z kolei wpływa na właściwości fizyczne i chemiczne. Na przykład najwyższa twardość diamentu wynika z faktu, że atomy znajdują się w jego miejscach sieci, a siły interakcji między nimi są dość duże. Wiązania kowalencyjne, które powstały w ten sposób, mocno trzymają cząstki obok siebie, zapewniając stabilność struktury. Natomiast kryształy jodu mogą szybko się pogarszać. Nawet bez wchodzenia w fazę ciekłą jod ulega sublimacji przed wytworzeniem się pary, tj. Sublimuje. Zjawisko to tłumaczy się osobliwościami wewnętrznej struktury krystalicznego jodu. W węzłach jego sieci na duże odległości od siebie są cząsteczki. Pod wpływem wysokiej temperatury łatwo oddzielają się od siebie, tworząc fazę gazową. Związki jonowe rodzaj sieci krystalicznej są doskonałymi przewodnikami prądu. Są ogniotrwałe i trwałe, mają naładowane cząstki w miejscach sieci - jony. Siły przyciągania elektrostatycznego powstają między kationami i anionami, dlatego kryształy soli są wystarczająco twarde i trwałe.

Nomenklatura połączeń

Wraz z dobrze znanymi, banalnymi, czyli nazwami, które od dawna istnieją w życiu codziennym, na przykład: soda oczyszczona lub sól kuchenna, istnieje dość zróżnicowana klasyfikacja naukowa związków chemicznych. Tak więc w racjonalnej nomenklaturze dzieli się je na proste i złożone, metale i niemetale. W klasyfikatorze IUPAC dużą wagę przywiązuje się do różnych grup związków organicznych. Nazwa substancji w nim zawartej zależy od obecności w cząsteczce pojedynczych, podwójnych, potrójnych wiązań lub cykli. Przykładowo, związki zawierające wiązanie sigma są nazywane alkanami, a cząsteczki o nienasyconym charakterze są określane jako alkeny lub alkiny. Ze względu na to, że arsenał nowych, syntetycznych związki organiczne stale aktualizowane, są klasyfikowane zgodnie z międzynarodową nomenklaturą IUPAC. Zapewnia to zasadę systematyczności i pomaga chemikom z całego świata prowadzić wspólne badania.

W naszym artykule odpowiedzieliśmy na pytania: czym jest substancja i jak jej właściwości fizyczne i chemiczne zależą od jej wewnętrznej struktury.