อย่างที่คุณทราบ เคมีศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของสาร ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของสาร สถานที่สำคัญในการกำหนดลักษณะของสารประกอบเคมีถูกครอบครองโดยคำถามว่าประกอบด้วยอนุภาคประเภทใด อาจเป็นอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลก็ได้ ในของแข็งจะเข้าสู่โหนดของผลึกขัดแตะ โครงสร้างโมเลกุลมีจำนวนสารประกอบค่อนข้างน้อยในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
ในบทความของเรา เราจะยกตัวอย่างของสารที่มีลักษณะเป็นตะแกรงผลึกโมเลกุล และยังพิจารณาลักษณะปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลหลายประเภทของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
ทำไมคุณต้องรู้โครงสร้างของสารประกอบเคมี
ในแต่ละสาขาของความรู้ของมนุษย์ เราสามารถแยกแยะกลุ่มของกฎพื้นฐานที่ใช้ในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ต่อไปได้ ในวิชาเคมี- นี่คือทฤษฎีของ M. V. Lomonosov และ J. D alton อธิบายโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลของสสาร ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดขึ้น โดยรู้โครงสร้างภายในแล้ว จึงเป็นไปได้ที่จะทำนายทั้งคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารประกอบ สารอินทรีย์จำนวนมหาศาลที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้นเอง (พลาสติก ยา ยาฆ่าแมลง ฯลฯ) มีลักษณะและคุณสมบัติที่กำหนดไว้ล่วงหน้าซึ่งมีค่ามากที่สุดสำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรมและในครัวเรือนของเขา
ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของโครงสร้างและคุณสมบัติของสารประกอบเป็นที่ต้องการในการดำเนินการส่วนควบคุม การทดสอบ และการสอบในหลักสูตรเคมี ตัวอย่างเช่น ในรายการสารที่เสนอ ให้ค้นหาคำตอบที่ถูกต้อง: สารใดมีโครงสร้างโมเลกุล
- สังกะสี
- แมกนีเซียมออกไซด์
- เพชร
- แนฟทาลีน
คำตอบที่ถูกต้องคือ สังกะสีมีโครงสร้างโมเลกุล เช่นเดียวกับแนฟทาลีน
แรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล
ได้มีการทดลองแล้วว่าโครงสร้างโมเลกุลเป็นลักษณะของสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำและมีความแข็งต่ำ เราจะอธิบายความเปราะบางของผลึกคริสตัลของสารประกอบเหล่านี้ได้อย่างไร? เมื่อมันปรากฏออกมา ทุกอย่างขึ้นอยู่กับความแรงของอิทธิพลร่วมของอนุภาคที่อยู่ในโหนดของพวกมัน มันมีธรรมชาติทางไฟฟ้าและเรียกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลหรือแรงแวนเดอร์วาลส์ซึ่งขึ้นอยู่กับอิทธิพลของโมเลกุลที่มีประจุตรงข้าม - ไดโพล - ซึ่งกันและกัน ปรากฎว่ามีกลไกหลายอย่างสำหรับการก่อตัวของพวกมันขึ้นอยู่กับธรรมชาติของสารเอง
กรดเป็นสารประกอบขององค์ประกอบโมเลกุล
สารละลายของกรดส่วนใหญ่ ทั้งสารอินทรีย์และอนินทรีย์ มีอนุภาคที่มีขั้วซึ่งสัมพันธ์กันโดยมีขั้วที่มีประจุตรงข้ามกัน ตัวอย่างเช่น ในสารละลายของกรดไฮโดรคลอริก HCI มีไดโพล ซึ่งเกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โมเลกุลของไฮโดรคลอริก ไฮโดรโบรมิก (HBr) และกรดอื่นๆ ที่ประกอบด้วยฮาโลเจนจะได้รับผลกระทบจากการปฐมนิเทศลดลง เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาครบกวนแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน นอกจากสารข้างต้นแล้ว ซูโครส แนฟทาลีน เอทานอล และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ มีโครงสร้างโมเลกุล
วิธีสร้างอนุภาคประจุไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำให้เกิดขึ้น
ก่อนหน้านี้ เราพิจารณากลไกการออกฤทธิ์อย่างหนึ่งของกองกำลัง Van der Waals ที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์แบบปฐมนิเทศ นอกจากสารอินทรีย์และกรดที่ประกอบด้วยฮาโลเจนแล้ว ไฮโดรเจนออกไซด์ น้ำ ยังมีโครงสร้างโมเลกุลอีกด้วย ในสารที่ประกอบด้วยไม่มีขั้ว แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดไดโพล โมเลกุล เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ CO2 เราสามารถสังเกตลักษณะที่ปรากฏของอนุภาคประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำ - ไดโพล คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของพวกเขาคือความสามารถในการดึงดูดซึ่งกันและกันเนื่องจากการปรากฏตัวของแรงดึงดูดจากไฟฟ้าสถิต
โครงสร้างโมเลกุลของก๊าซ
ในหัวข้อย่อยก่อนหน้านี้ เราได้กล่าวถึงสารประกอบคาร์บอนไดออกไซด์ อะตอมแต่ละตัวสร้างสนามไฟฟ้ารอบตัวเอง ซึ่งเหนี่ยวนำโพลาไรซ์ต่ออะตอมของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ใกล้เคียง มันเปลี่ยนเป็นไดโพล ซึ่งในที่สุดก็สามารถโพลาไรซ์อนุภาค CO2 อื่นได้ เป็นผลให้โมเลกุลถูกดึงดูดเข้าหากัน ปฏิกิริยาอินดัคทีฟยังสามารถสังเกตได้ในสารที่ประกอบด้วยอนุภาคมีขั้ว อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ มันอ่อนกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ในแนวดิ่งมาก
ปฏิสัมพันธ์แบบกระจาย
ทั้งอะตอมเองและอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอม (นิวเคลียส อิเล็กตรอน) สามารถเคลื่อนที่แบบหมุนและแกว่งได้อย่างต่อเนื่อง มันนำไปสู่การปรากฏตัวของไดโพล จากการวิจัยของกลศาสตร์ควอนตัม การเกิดขึ้นของอนุภาคที่มีประจุสองเท่าในทันทีเกิดขึ้นทั้งในของแข็งและในของเหลวพร้อมกัน ดังนั้นปลายของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงจะกลายเป็นขั้วตรงข้าม สิ่งนี้นำไปสู่แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์การกระจาย เป็นคุณลักษณะของสารทั้งหมด ยกเว้นที่อยู่ในสถานะก๊าซ และมีโมเลกุลเป็นโมโนโทมิก อย่างไรก็ตาม แรงแวนเดอร์วาลส์สามารถเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ระหว่างการเปลี่ยนก๊าซเฉื่อย (ฮีเลียม นีออน) ไปเป็นเฟสของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ดังนั้น โครงสร้างโมเลกุลของร่างกายหรือของเหลวจึงกำหนดความสามารถในการสร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลประเภทต่างๆ: การปฐมนิเทศ การเหนี่ยวนำ หรือการกระจาย
การระเหิดคืออะไร
โครงสร้างโมเลกุลของของแข็ง เช่น ผลึกไอโอดีนทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจ เช่น การระเหิด - การระเหยของโมเลกุล I2 ในรูปของไอระเหยสีม่วง มันเกิดขึ้นจากพื้นผิวของสารในสถานะของแข็งโดยผ่านสถานะของเหลว
การทดลองที่เห็นได้ชัดเจนนี้มักจะทำในห้องเรียนเคมีของโรงเรียนเพื่อแสดงลักษณะโครงสร้างของผลึกคริสตัลระดับโมเลกุลและคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของสารประกอบ โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้จะมีความแข็งต่ำ จุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ การนำความร้อนและไฟฟ้าไม่ดี และความผันผวน
การใช้ความรู้เชิงปฏิบัติเกี่ยวกับโครงสร้างของสาร
ดังที่เราได้เห็นแล้ว สามารถสร้างความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างชนิดของผลึกขัดแตะ โครงสร้าง และคุณสมบัติของสารประกอบ ดังนั้นหากทราบคุณสมบัติของสารแล้ว เป็นการง่ายที่จะทำนายคุณสมบัติของโครงสร้างและองค์ประกอบของอนุภาค: อะตอม โมเลกุล หรือไอออน ข้อมูลที่ได้รับยังมีประโยชน์หากในงานด้านเคมี จำเป็นต้องเลือกสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลจากสารประกอบบางกลุ่มอย่างถูกต้อง ยกเว้นสารที่มีโครงข่ายประเภทอะตอมหรือไอออนิก
โดยสรุป เราสามารถสรุปได้ดังนี้: โครงสร้างโมเลกุลของวัตถุแข็ง และโครงสร้างเชิงพื้นที่ของผลึกขัดแตะ และการจัดเรียงอนุภาคโพลาไรซ์ในของเหลวและก๊าซมีความรับผิดชอบอย่างเต็มที่ต่อคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของมัน ในทางทฤษฎี คุณสมบัติของสารประกอบที่มีไดโพลขึ้นอยู่กับขนาดของแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ยิ่งขั้วของโมเลกุลสูงและมีรัศมีของอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลเล็กลงเท่าใด แรงการวางแนวที่เกิดขึ้นระหว่างพวกมันก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ในทางกลับกัน ยิ่งอะตอมที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลมากเท่าใด โมเมนต์ไดโพลของมันก็จะยิ่งสูง และแรงกระจายก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น โครงสร้างโมเลกุลของของแข็งก็ส่งผลต่อแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของมัน - ไดโพล