Как структура веществ влияет на их физические свойства?

17 ответов на вопрос “Как структура веществ влияет на их физические свойства?”

  1. Спиридон Ответить

    Свойства материалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов — от их происхождения и условий образования, для искусственных — от технологии производства и обработки материала.
    Каждый строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.
    В зависимости от химического состава все материалы делят:
    · на органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.),
    · минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.)
    · металлы (сталь, чугун, алюминий).
    Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные — огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочности и т. д.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие вещества, каменные материалы, стекло) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов.
    Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.
    При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор («каркас» материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.
    Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молёкулярно ионном уровне.
    Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении.
    Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение веществ изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.
    Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло), в отличие от оконного стекла, непрозрачное и очень легкое.
    Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

  2. Lospenos Ответить

    Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристика ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

    Учение о химической связи составляет основу всей теоретической химии.
    Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.
    Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную.
    Деление химических связей на типы носит условный характер, по скольку все они характеризуются определенным единством.
    Ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи.
    Металлическая связь совмещает ковалентное взаимодействие атомов с помощью обобществленных электронов и электростатическое притяжение между этими электронами и ионами металлов.
    В веществах часто отсутствуют предельные случаи химической связи (или чистые химические связи).
    Например, фторид лития $LiF$ относят к ионным соединениям. Фактически же в нем связь на $80%$ ионная и на $20%$ ковалентная. Правильнее поэтому, очевидно, говорить о степени полярности (ионности) химической связи.
    В ряду галогеноводородов $HF—HCl—HBr—HI—HАt$ степень полярности связи уменьшается, ибо уменьшается разность в значениях электроотрицательности атомов галогена и водорода, и в астатоводороде связь становится почти неполярной $(ЭО(Н) = 2.1; ЭО(At) = 2.2)$.
    Различные типы связей могут содержаться в одних и тех же веществах, например:
    в основаниях: между атомами кислорода и водорода в гидроксогруппах связь полярная ковалентная, а между металлом и гидроксогруппой — ионная;
    в солях кислородсодержащих кислот: между атомом неметалла и кислородом кислотного остатка — ковалентная полярная, а между металлом и кислотным остатком — ионная;
    в солях аммония, метиламмония и т. д.: между атомами азота и водорода — ковалентная полярная, а между ионами аммония или метиламмония и кислотным остатком — ионная;
    в пероксидах металлов (например, $Na_2O_2$) связь между атомами кислорода ковалентная неполярная, а между металлом и кислородом — ионная и т.д.
    Различные типы связей могут переходить одна в другую:
    — при электролитической диссоциации в воде ковалентных соединений ковалентная полярная связь переходит в ионную;
    — при испарении металлов металлическая связь превращается в ковалентную неполярную и т.д.
    Причиной единства всех типов и видов химических связей служит их одинаковая химическая природа — электронно-ядерное взаимодействие. Образование химической связи в любом случае представляет собой результат электронно-ядерного взаимодействия атомов, сопровождающегося выделением энергии.

    Способы образования ковалентной связи. Характеристики ковалентной связи: длина и энергия связи

    Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.
    Механизм образования такой связи может быть обменным и донорно-акцепторным.
    I. Обменный механизм действует, когда атомы образуют общие электронные пары за счет объединения неспаренных электронов.
    1) $H_2$ – водород:

    Связь возникает благодаря образованию общей электронной пары $s$-электронами атомов водорода (перекрыванию $s$-орбиталей):

    2) $HCl$ — хлороводород:

    Связь возникает за счет образования общей электронной пары из $s-$ и $p-$электронов (перекрывания $s-p-$орбиталей):

    3) $Cl_2$: в молекуле хлора ковалентная связь образуется за счет непарных $p-$электронов (перекрывание $p-p-$орбиталей):

    4) $N_2$: в молекуле азота между атомами образуются три общие электронные пары:

    II. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи рассмотрим на примере иона аммония $NH_4^+$.

    Донор имеет электронную пару, акцептор — свободную орбиталь, которую эта пара может занять. В ионе аммония все четыре связи с атомами водорода ковалентные: три образовались благодаря созданию общих электронных пар атомом азота и атомами водорода по обменному механизму, одна — по донорно-акцепторному механизму.
    Ковалентные связи можно классифицировать по способу перекрывания электронных орбиталей, а также по смещению их к одному из связанных атомов.
    Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются $σ$-связями (сигма-связями). Сигма-связь очень прочная.

    $p-$Орбитали могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь за счет бокового перекрывания:

    Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т.е. в двух областях, называются $π$-связями (пи-связями).
    По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.
    Ковалентную химическую связь, образующуюся между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называют неполярной. Электронные пары не смещены ни к одному из атомов, т.к. атомы имеют одинаковую ЭО — свойство оттягивать к себе валентные электроны от других атомов. Например:

    т.е. посредством ковалентной неполярной связи образованы молекулы простых веществ-неметаллов. Ковалентную химическую связь между атомами элементов, электроотрицательности которых различаются, называют полярной.
    Длина и энергия ковалентной связи.
    Характерные свойства ковалентной связи — ее длина и энергия. Длина связи — это расстояние между ядрами атомов. Химическая связь тем прочнее, чем меньше ее длина. Однако мерой прочности связи является энергия связи, которая определяется количеством энергии, необходимой для разрыва связи. Обычно она измеряется в кДж/моль. Так, согласно опытным данным, длины связи молекул $H_2, Cl_2$ и $N_2$ соответственно составляют $0.074, 0.198$ и $0.109$ нм, а энергии связи соответственно равны $436, 242$ и $946$ кДж/моль.

    Ионы. Ионная связь

    Представим себе, что «встречаются» два атома: атом металла I группы и атом неметалла VII группы. У атома металла на внешнем энергетическом уровне находится единственный электрон, а атому неметалла как раз не хватает именно одного электрона, чтобы его внешний уровень оказался завершенным.
    Первый атом легко отдаст второму свой далекий от ядра и слабо связанный с ним электрон, а второй предоставит ему свободное место на своем внешнем электронном уровне.
    Тогда атом, лишенный одного своего отрицательного заряда, станет положительно заряженной частицей, а второй превратится в отрицательно заряженную частицу благодаря полученному электрону. Такие частицы называются ионами.
    Химическая связь, возникающая между ионами, называется ионной.
    Рассмотрим образование этой связи на примере хорошо всем знакомого соединения хлорида натрия (поваренная соль):

    Процесс превращения атомов в ионы изображен на схеме:

    Такое превращение атомов в ионы происходит всегда при взаимодействии атомов типичных металлов и типичных неметаллов.
    Рассмотрим алгоритм (последовательность) рассуждений при записи образования ионной связи, например между атомами кальция и хлора:
    Кальций — это элемент главной подгруппы II группы, металл. Его атому легче отдать два внешних электрона, чем принять недостающие шесть:${Ca^0}?{атом}-2e?{-}>Ca^{2+}?{ион}$.
    Хлор — это элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять один электрон, которого ему не хватает до завершения внешнего уровня, чем отдать семь электронов с внешнего уровня:${Cl^0}?{атом}+1e?{-}>Cl^{-}?{ион}$.
    Сначала найдем наименьшее общее кратное между зарядами образовавшихся ионов, оно равно $2 (2 · 1)$. Затем определим, сколько атомов кальция нужно взять, чтобы они отдали два электрона, т.е. надо взять один атом $Са$, и сколько атомов хлора надо взять, чтобы они могли принять два электрона, т.е. нужно взять два атома $Cl$.
    Схематично образование ионной связи между атомами кальция и хлора можно записать так:
    Цифры, показывающие число атомов или молекул, называются коэффициентами, а цифры, показывающие число атомов или ионов в молекуле, называют индексами.

    Металлическая связь

    Ознакомимся с тем, как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов. Металлы обычно существуют не в виде изолированных атомов, а в форме куска, слитка или металлического изделия. Что удерживает атомы металла в едином объеме?
    Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов — $1, 2, 3$. Эти электроны легко отрываются, и атомы при этом превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое. Соединяясь с ионами, эти электроны образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т.д. Следовательно, в объеме металла атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот.
    Связь в металлах между ионами посредством обобществленных электронов называется металлической.
    На рисунке схематически изображено строение фрагмента металла натрия.

    При этом небольшое число обобществленных электронов связывает большое число ионов и атомов.

    Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, поскольку основана на обобществлении внеш них электронов. Однако при ковалентной связи обобществлены внешние непарные электроны только двух соседних атомов, в то время как при металлической связи в обобществлении этих электронов принимают участие все атомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной связью хрупки, а с металлической, как правило, пластичны, электропроводны и имеют металлический блеск.
    Металлическая связь характерна как для чистых металлов, так и для смесей различных металлов — сплавов, находящихся в твердом и жидком состояниях.

    Водородная связь

    Химическую связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или ее части) и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов, имеющих неподеленные электронные пары ($F, O, N$ и реже $S$ и $Cl$), другой молекулы (или ее части) называют водородной.
    Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно- акцепторный характер.
    Примеры межмолекулярной водородной связи:

    При наличии такой связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).
    Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.

    Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

    Молекулярное и немолекулярное строение веществ

    В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. Вещество при заданных условиях может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Свойства вещества зависят также от характера химической связи между образующими его частицами — молекулами, атомами или ионами. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.
    Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы.
    К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), среди них есть металлы и неметаллы.
    Рассмотрим физические свойства щелочных металлов. Относительно малая прочность связи между атомами обуславливает низкую механическую прочность: щелочные металлы мягкие, легко режутся ножом.
    Большие размеры атомов приводят к малой плотности щелочных металлов: литий, натрий и калий даже легче воды. В группе щелочных металлов температуры кипения и плавления понижаются с увеличением порядкового номера элемента, т.к. размеры атомов увеличиваются, и ослабевают связи.
    К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли ($NaCl, K_2SO_4$), некоторые гидриды ($LiH$) и оксиды ($CaO, MgO, FeO$), основания ($NaOH, KOH$). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

    Кристаллические решетки

    Вещество, как известно, может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
    Твердые вещества: аморфные и кристаллические.
    Рассмотрим, как влияют особенности химических связей на свойства твердых веществ. Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные.
    Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.
    Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов — в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки.
    В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.
    Ионные кристаллические решетки.
    Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы $Na^{+}, Cl^{–}$, так и сложные $SO_4^{2−}, ОН^–$. Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия состоит из чередующихся положительных ионов $Na^+$ и отрицательных $Cl^–$, образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

    Атомные кристаллические решетки.
    Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода.
    Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она выше $3500°С$), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

    Молекулярные кристаллические решетки.
    Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными ($HCl, H_2O$), и неполярными ($N_2, O_2$). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).

    Металлические кристаллические решетки.
    Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.

  3. Nilaath Ответить


    Рис. 6.1. Зависимость (а) теплоты парообразования и (б) теплоты плавления от первого потенциала ионизации элемента в ряду Na–Ga

    Рис. 6.2. Зависимость (а)температуры кипения и (б)температуры плавления от первого потенциала ионизации в ряду Na–Ga
    Дополнительным подтверждением является аномальное поведение Zn, Cd и Hg, которые образуют очень слабые ковалентные связи. Например, температура плавления ртути -38°С, теплота плавления 2,33 кДж/моль, температура кипения 356°С, теплота парообразования 58 кДж/моль. В то время как предшествующее ей золото (Au) и следующий за Hg таллий имеют температуры плавления 1064 и 302°С, теплоты плавления 12,7 и 4,31 кДж/моль, температуры кипения 2966 и 1457°С и теплоты парообразования 310 и 168 кДж/моль соответственно.
    Физические свойства элементов, следующих за кальцием, хорошо объясняются с помощью одного из основных предположений G-теории химической связи о том, что наружная оболочка этих атомов может содержать более восьми электронов. Сравнение первых потенциалов ионизации элементов с порядковыми номерами от 19 (К) до 29 (Сu) показывают, что при увеличении заряда ядра от 19 до 29 число электронов в наружном слое атома увеличивается от 1 до 12. В атомах с номерами от 29 до 36 (Кr) и с 47 (Ag) по 54 (Хе) число электронов в наружном слое увеличивается от 1 до 8. Зависимость ППИ этих элементов от их положения в ряду (фактически от порядкового номера или заряда ядра) и правила образования как ковалентных, так и донорно-акцепторных связей аналогичны первым двадцати элементам. Для элементов с порядковыми номерами 26-28 и 44-46 максимальное число электронов в наружной атомной оболочке может увеличиваться до 18, т.е. возникает насыщенная, или полностью застроенная электронная оболочка. Например, устойчивые соединения следующих металлов подчиняются правилу 18 электронной оболочки: V, Сr, Мn, Fe, Ni, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd. Неудивительно, что карбонилы некоторых из этих металлов в обычных условиях представляют собой не только жидкости (Ni(CO)4, Fe(CO)5), но и газы (НСо(СО)4).
    Физические свойства веществ зависят не только от энергии связи и числа связей, которые атом может образовывать, но и от пространственной структуры этих веществ. Как отмечалось ранее (см. разд. 4.11), углы между атомами, связанными в молекулу, как правило, близки. Расстояние между центрами связываемых атомов определяется взаимным отталкиванием связывающих электронов. Когда расстояние максимально, то энергия отталкивания электронов минимальна, что соответствует и минимальной энергии всей системы. Однако энергия отталкивания, которая и определяет пространственную структуру веществ, изменяется весьма незначительно при уменьшении валентных углов между одними атомами и одновременном увеличении их между другими. Так, например, углерод, как известно, существует в виде двух модификаций: графита и алмаза. Валентные углы между всеми углеродными атомами в алмазе идентичны и равны 109°. А в графите валентные углы между тремя атомами углерода, расположенными в одной плоскости, составляют 120°, а угол между ними и четвертым углеродным атомом, находящимся в перпендикулярной плоскости, равен 90°.
    Таким образом, в этом случае увеличение угла между тремя атомами углерода с 109° до 120°, сопровождаемое уменьшением энергии, компенсируется повышением энергии за счет уменьшения валентного угла со 109° до 90°. Энергия связи в графите меньше, чем в алмазе. Межэлектронное отталкивание (отталкивание между связывающими электронами в паре) приводит к резкому уменьшению энергии между тремя атомами углерода и четвертым атомом в графите по сравнению с одинаково высокой энергией между всеми углеродами в алмазе. Графит мягок и имеет слоистую структуру.
    Мир вещества. Химические свойства веществ >>
    Физические свойства веществ
    Теория металлической связи >>
    Теория электропроводности >>

  4. Звезда Инета Ответить

    ?ср.= m/Ve , (4.3)
    где Ve ? объем вещества в естественном состоянии.
    Для инженерных расчетов используются понятия «относи­тельная плотность» и «насыпная плотность».
    Относительная плотность представляет собой отношение плотности вещества ? к плотности эталонного вещества ?эт при опре­деленных внешних условиях:
    ?от = ? / ?эт.. (4.4)
    Плотность твердых и жидких материалов обычно сравнивают с плот­ностью воды при температуре 4°С (1000 кг/ м3).
    Насыпная плотность ?н — масса единицы объема свободно на­сыпанных дисперсных материалов (например, цемент, песок, мине­ральная вата и др.)
    Плотностьсущественно зависит от типа межатомной связи. Макси­мальную плотность имеют материалы с ненаправленными металлически­ми или ионными связями. Направленная ковалентная связь предопределя­ет менее плотное расположение атомов.
    У металлов плотность изменяется от 22,5 г/см3 ? у осмия до 0,534 г/см3 ? у лития. Легирование сплава более тяжелыми элементами, чем основа, увеличивает, а более легкими ? уменьшает его плотность. Масштабы легирования ограничены техническими и экономическими соображениями Плотность основы является определяющей для группы сплавов разного химического состава на основе данного металла.
    Пористость уменьшает плотность. Для порошковых сплавов и других пористых материалов она является одним из критериев качества. Пористость оценивают по фактической плотности материала и определяют методом гидростатического взвешивания или другими способами.
    Уменьшение расхода конструкционных материалов и снижение массы металлоконструкций и машин является тенденцией современного машиностроения. Чем меньше плотность материалов, тем ниже динамические нагрузки на детали и меньше расход энергии на эксплуатацию машины.
    Преимущество легких материалов над тяжелыми становится более наглядным при сравнении материалов по их удельной прочности и удельной жесткости. По этим характеристикам первое место занимают композиционные материалы, а сплавы алюминия (дуралюмины) не уступают более прочным легированным конструкционным сталям.
    При нагреве плотность материалов уменьшается из-за теплового расширения.
    Тепловое расширение? это изменение объёма (линейных размеров тела) при повышении температуры при постоянном давлении. В основе теплового расширения лежит несимметричность тепловых колебаний атомов, поэтому при повышении температуры увеличиваются средние межатомные расстояния.
    Для практических целей пользуются средними значениями коэффициентов объемного ?V и линейного ?l расширения:
    (4.5)
    где V, l — объем и длина образца соответственно; ?V, ?l изменения объёма и длины при повышении температуры на ?Т.
    В общем случае
    b = a1 + a2 + a3, (4.6)
    где a1, a2 и a3 — соответственно коэффициенты линейного расширения по трем осям симметрии кристалла (табл. 4.1).
    Таблица 4.1
    Значение коэффициента линейного расширения a • 106 , К-1
    Материал
    a1
    a2
    a3
    Be
    8,6
    11,7
    11,7
    Графит
    17,2
    -1,5
    -1,5
    Со
    16,1
    12,6
    12,6
    Mg
    26,4
    25,6
    25,6
    SiO2
    8,0
    14,4
    14,4
    SiC
    12,2
    20,9
    20,9
    Sb
    Для кристаллов кубической системы, а также для стекла и других изотропных материалов с аморфной структурой b = 3a. В кристаллах с низкой симметрией отдельные слагаемые коэффициента объемного рас­ширения могут принимать отрицательные значения. При поляризации атомов и появлении дальнодействующих составляющих межатомного вза­имодействия коэффициент b становится отрицательным. Например, гер­маний при нагреве от 15 до 40К не расширяется, а сжимается. Среди полимеров самое большое тепловое расширение имеют неполярные поли­меры, у которых силы Ван-дер-Ваальса малы.
    Создание текстур в металлических сплавах, ориентация макромоле­кул в полимерах отражаются на значениях коэффициента линейного рас­ширения: они существенно различаются в направлении преимуществен­ной ориентации и в поперечном направлении.
    Тепловое расширение полимеров уменьшается при усилении межмо­лекулярного притяжения благодаря взаимодействию диполей, наличию во­дородных и химических связей между молекулами.
    Тепловое расширение стекол по мере повышения содержания щелочных оксидов Ме2О возрастает от a =0,56 · 10-6 К-1 ? у кварцевого стекла до a < 6 ·10-6 К-1 ? у так называемых твердых стекол и a > 6 · 10-6 К-1 ? у так называемых мягких стекол, к которым относится большая часть промышленных стекол (a = (6 … 9) · 10-6 К-1).
    Различие значений коэффициента теплового расширения двух соеди­няемых материалов является причиной появления значительных терми­ческих напряжений. Согласование значений a при соединении стекол с металлами необходимо при впаивании металлических проводников в сте­кла. Получаемые спаи отличаются простотой конструкции и надежно­стью в эксплуатации.
    Тепловое расширение учитывают при расчете прессовых посадок, сварке и пайке разнородных материалов, изготовлении аппаратуры из двухслойных сталей и ее эксплуатации, при выборе клеев и эксплуата­ции машин и приборов в изменяющихся температурных полях. У боль­шинства материалов при повышении температуры коэффициенты тепло­вого расширения увеличиваются. При термоциклировании или частых колебаниях температур в изделиях и деталях создаются неоднородные температурные поля и возникают напряжения. Работа материала при повышенных температурах и меняющихся напряжениях сопровождается появлением трещин и разрушением даже, если эти материалы являются высокопластичными. Наиболее стойки к термической усталости и раз­рушению при термических ударах материалы, в которых малое тепловое расширение сочетается с высокой теплопроводностью.
    Теплопроводностьюназывается перенос энергии в форме теплоты в твердых телах, жидкостях и газах при макроскопической неподвижности среды. Основным законом передачи тепла в неподвижной среде (молекулярной теплопроводностью или кондукцией) является закон Фурье:
    , (4.7)
    где q — плотность теплового потока, Дж/м2 ·с; l — теплопроводность, Вт/(м·К).
    Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала.
    Тепловая энергия в твердых телах переносится электронами и фононами, т.е.
    l = lэ + lф. (4.8)
    Механизм передачи энергии в первую очередь определяется типом связи: в металлах энергию переносят электроны; в материалах с ковалентным или ионным типом связи — фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концен­трации носителей заряда теплопроводность осуществляется в основном фононами. Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят тепловую энергию, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеива­ют фононы и увеличивают электросопротивление.
    Кристаллическая решетка создает периодическое энергетическое пространство, в котором передача энергии электронами или фононами облегчена по сравнению с аморфным состоянием (табл. 4.2).
    Таблица 4.2
    Теплопроводность кварцевого стекла, кварца, поликристаллических
    и жидких металлов
    Материал
    t, °С
    l, Вт/(м·К)
    Кварцевое стекло
    -200
    0,93
    -100
    1,56
    1,90
    2,08
    Кварц*
    -200
    39,8/100,3
    -100
    17,3/34,5
    10,4/19,0
    6,9/12,1
    Алюминий**
    ~ 650
    85/225
    Свинец**
    -327
    15/31
    Цинк**
    ~ 419
    60/93
    _______________________________________________________________________
    * В числителе ? в перпендикулярном, а в знаменателе ? в парал­лельном оси направлении. ** В числителе ? в расплавленном, а в знаменателе ? в поликристаллическом состоянии.
    Чем больше примесей содержит металл, мельче зерна и больше иска­жена кристаллическая решетка, тем меньше теплопроводность. Легиро­вание вносит искажение в кристаллические решетки твердых растворов и понижает теплопроводность по сравнению с чистым металлом — основой сплава. Структурные составляющие, представляющие дисперсные сме­си нескольких фаз (эвтектики, эвтектоиды), снижают теплопроводность. Структуры с равномерным распределением частиц фаз имеют меньшую теплопроводность, чем основа сплава. Предельным видом подобной струк­туры является пористый материал. По сравнению с твердыми телами газы являются теплоизоляторами.
    Теплопроводность пористых керамических и металлических матери­алов независимо от типа межатомной связи можно оценить по формуле:
    lпор @ l(1 – р), (4.9)
    где l — теплопроводность беспористого материала, Вт/(м·К); р — доля пор в объёме пористого материала (пористость).
    Графит имеет высокую теплопроводность. При передаче теплоты па­раллельно слоям атомов углерода базисной плоскости теплопроводность графита превышает теплопроводность меди более чем в 2 раза (табл. 4.3).
    Разветвленные пластины графита в сером чугуне имеют структуру мо­нокристалла, и поэтому он имеет высокую теплопроводность (50-70 Вт/(м·К)). Высокопрочный чугун с шаровидным графитом при той же объемной доле графита имеет теплопроводность 25…40 Вт/м·К, что почти вдвое меньше по сравнению с серым чугуном.
    При нагреве теплопроводности сталей разных классов сближаются (рис. 4.1).
    Стекло имеет низкую теплопроводность. Полимерные материалы плохо проводят теплоту, теплопроводность большинства термопластов не превышает 1,5 Вт/(м·К).
    Таблица 4.3
    Физические свойства материалов с металлической, ковалентной
    иионной межатомной связью
    Материал
    g, г/см3
    a·106, К-1
    l, Вт/(м·К)
    Металлическая связь
    Сu
    8,93
    16,7
    Be
    1,84
    12,8
    Mg
    1,71
    25,9
    Al
    2,7
    Ti
    4,5
    7,5
    Zr
    6,44
    6,3
    21,4
    Fe
    7,87
    12,1
    Ni
    8,7
    14,0
    Ковалентная связь
    Алмаз
    3,52
    1,2
    Графит
    2,25
    8,1
    SiC
    3,22
    4,3
    Si3N4
    3,19
    2,75
    17,1
    Поливинилхлорид
    1,38-1,43
    0,16
    Полиэтилен
    0,92-0,96
    0,4
    Полистирол
    1,05
    0,16
    Поликарбонат
    1,2
    60-70
    0,24
    Фторопласт-4
    2,14- 2,25
    –
    0,24
    BN
    2,29
    7,5
    15,1
    AlN
    3,05
    4,03
    Ионная связь
    ВеО
    2,7-2,86
    10,6
    152,4
    MgO
    3,3-3,5
    15,6
    58,6
    Аl2Оз
    3,7-3,8
    8,4
    28,9
    SiO2
    2,3-2,6
    0,5
    12,6
    ТiО2
    4,0-5,1
    7,1
    34,7
    ZrO2
    5,2-5,35
    7,6
    1,6

    Рис. 4.1.Зависимость теплопро­водности нелегированных (I), низ­колегированных (II) и высоколеги­рованных (III) сталей от темпера­туры
    Теплоемкость? это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость ? количе­ство энергии, поглощаемой единицей массы при нагреве на один градус.
    У металлических сплавов удельная теплоемкость находится в пре­делах 100…2000 Дж/(кг·К). Тугоплавкие металлы характеризуются низкими значениями, например, W (134 Дж/(кг·К) и Мо (254 Дж/(кг·К) , а лег­кие металлы, напротив ? высокими значениями теплоемкости, например, Al, Mg и Be (896, 1017 и 1750 Дж/(кг·К), соответственно. У большинства металлов теплоемкость составляет 300-400 Дж/(кг·К). Теплоемкость металличе­ских материалов растет с повышением температуры.
    Полимерные материалы, как правило, имеют удельную теплоемкость 1000 Дж/(кг·К) и более.
    Электрические свойства материалов характеризуются наличием но­сителей зарядов — электронов или ионов — и свободой их передвижения под действием электрического поля. Высокие энергии ковалентной и ионной связи сообщают материалам с этими типами связи свойства диэлектрика. Их слабая электрическая проводимость обусловлена влиянием примесей, причем под влиянием влаги, образующей с примесями проводящие растворы, электропроводность таких материалов возрастает.
    Материалы с разными типами связи имеют различные температурные коэффициенты электросопротивления: у металлов он положителен, у материалов с ковалентным и ионным типом связи — отрицателен. При нагреве металлов концентрация носителей зарядов — электронов не увеличивается, а сопротивление их движению возрастает из-за увеличена амплитуд колебаний атомов. В материалах с ковалентной или ионной связью при нагреве концентрация носителей зарядов повышается настолько, что нейтрализуется влияние помех от увеличения колебаний атомов. По этой причине удельное электросопротивление таких материалов при нагреве снижается. Начиная с (0,8 — 0,9)Тпл концентрация носителей заряда становится большой, а сами материалы делаются проводящими.

  5. Kazira Ответить

    ХИМИЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
    Рассмотрим некоторые физические свойства вещества: агрегатное состояние, температуры плавления и кипения, кристаллическую структуру, электропроводность. Агрегатное состояние вещества определяется силой притяжения между составляющими его молекулами и температурой. В твердом теле молекулы достаточно сильно сцеплены друг с другом и их движение ограничивается колебаниями относительно фиксированных положений. С повышением температуры энергия молекул увеличивается, колебания становятся все более интенсивными, и в конце концов молекулы приобретают достаточно энергии, чтобы совершать поступательные движения. При этом твердое вещество плавится (если межмолекулярное взаимодействие остается достаточно сильным) или, сублимируясь, превращается в газ, молекулы которого движутся хаотически. Температура плавления (затвердевания) – это температура, при которой твердое вещество превращается в жидкость (или жидкость превращается в твердое вещество). Температура плавления воды равна 0° С (по шкале Цельсия) или 32° F (по шкале Фаренгейта). Поскольку при плавлении объем тела меняется незначительно, давление мало влияет на температуру плавления. Однако именно под действием высокого давления, оказываемого полозом конька, лед расплавляется, и спортсмен легко скользит по нему. Температура кипения – это температура, при которой жидкость превращается в пар (газ). Она зависит от давления, поэтому в горах вода кипит при более низкой температуре, чем на уровне моря. Температура кипения воды при давлении 760 мм рт. ст. (“стандартном” давлении, примерно равном давлению на уровне моря) составляет 100° С (или 212° F).
    Кристаллические и аморфные вещества. Твердые вещества бывают аморфными и кристаллическими. У аморфных молекулы расположены случайным образом. В качестве примера аморфного вещества можно привести стекло. Как и другие подобные вещества, стекло не имеет определенной температуры плавления: при нагревании оно постепенно размягчается, пока, наконец, не становится жидким. Напротив, молекулы (или ионы) кристаллических веществ расположены строго упорядоченно.
    К кристаллическим веществам относятся песок, поваренная соль, сахар, алмаз, графит и т.п. Все они плавятся при определенной температуре (если только при нагревании не претерпевают никаких химических изменений, как это случается с сахаром). Многие ионные соединения (например, поваренная соль NaCl) образуют кристаллы, в которых каждый ион окружен противоположно заряженными ионами; в результате нельзя сказать, что какая-то конкретная пара ионов образует молекулу. Вследствие взаимного притяжения ионов в кристалле поваренной соли (NaCl) это вещество плавится при высокой температуре (801° С). Каждый ион NaCl окружен шестью ближайшими соседями, имеющими противоположный заряд. Элементарная ячейка кристалла поваренной соли – это куб, у которого по углам и в центре каждой грани расположены ионы натрия. Ячейка такого типа называется гранецентрированной кубической. Кубическую форму имеют и крупные кристаллы поваренной соли.

    КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ПОВАРЕННОЙ СОЛИ. Маленькие шарики – ионы натрия, большие – ионы хлора. Все кристаллы поваренной соли имеют одинаковую кубическую форму.
    Кристаллическая решетка алмаза, в которой каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя соседними атомами, также характеризуется гранецентрированной кубической элементарной ячейкой. Алмаз – очень твердое вещество, имеющее высокую температуру перехода.

    КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА АЛМАЗА. Атомы углерода заключены в жесткую кристаллическую решетку, что делает алмаз чрезвычайно твердым.
    Совсем по-другому расположены атомы углерода в графите. Здесь они образуют слои, не очень прочно связанные друг с другом. Каждый слой “выстлан” шестиугольниками из углеродных атомов, аналогичными бензольному кольцу. Поскольку сцепление между слоями довольно слабое, графит мягкий. Слои легко скользят один относительно другого, благодаря чему графит является хорошим смазочным материалом. Разные кристаллические формы одного и того же элемента, такие, как графит и алмаз, называют аллотропами.
    См. также АЛЛОТРОПИЯ.

    КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ГРАФИТА. Атомы углерода в графите образуют слои. Они связаны друг с другом не очень прочно и могут скользить один относительно другого.
    Вещества, молекулы которых удерживаются вместе слабыми силами притяжения, а не ковалентными или ионными связями, плавятся при относительно низких температурах, редко превышающих 400° С. Таково большинство органических соединений, а также ковалентные неорганические. В качестве примеров можно привести воду и бензол: температура их плавления значительно ниже комнатной.
    Электропроводность. Металлы – прекрасные проводники электричества. Носителями электрического тока в них являются электроны, свободно “плавающие” в кристаллической решетке между ионами металла, занимающими фиксированное положение в узлах решетки. Эти электроны компенсируют взаимное отталкивание положительных ионов и стабилизируют всю структуру. Если к металлу приложить разность потенциалов, то электроны будут перемещаться к положительному полюсу и возникнет электрический ток.
    Энциклопедия Кольера. — Открытое общество.
    2000.

  6. KaTrek Ответить

    Тема : Влияет ли строение веществ на их физические свойства.
    Заполните таблицу, используя электрохимический ряд напряжения металлов и ряд электроотрицательности неметаллов.
    Формула
    Взаимодействие элементов
    Количество элементов
    NaCl
    Ме неме
    2
    HClO
    KJ
    H2SO4
    FeCl3
    C2H5OH
    FeO
    C6H5OH
    O2
    H2O
    CO
    CO2
    Подчеркни те в таблице простые ______, сложные ====
    Самостоятельно составьте кластер для угарного газа СО
    газ, цвет , вкус , запах, растворимость в Н2О .
    4.Заполните пропуски в тексте
    Если вещества обладают одним и тем же ……………… ……………. связи, структурные формулы их ……… …………( геометрическая форма молекул одинакова), то такие вещества обладают ………………… ………….. свойствами.
    ( разные, одинаковые, ионная, ковалентная, тип химической , молекула, атом, физические).
    Заполните таблицу по образцу
    Формула
    Агрегат сост.
    Цвет
    Вкус
    Растворимость
    в воде
    Теплопровод.
    Электропроводн.
    NaCl
    тв
    +
    Соль.
    +
    +
    +
    LiCl
    FeO
    ZnO
    FeCl3
    Справочник :
    Хлориды- твёрдые, окрашенные кристаллы, хорошо растворимые в воде, тепло и электропроводны .
    Оксиды металлов – твёрдые, окрашенные кристаллы, в основном не растворимы в воде, тепло и электропроводны – низкая.
    Д/з. Заполните таблицу , используя параграф учебника.
    Вид связи
    Физические свойства
    Строение кристаллической решётки
    Ковалентная полярная связь
    Ковалентная неполярная связь
    Ионная связь

  7. Mazujinn Ответить

    ЧАСТЬ И
    ОБЩАЯ ХИМИЯ
    ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
    Строение твердых веществ
    и их свойства
     
    Кристаллические и
    аморфные вещества
    Вещества,
    которые нас окружают, как правило, находятся в твердом агрегатном состоянии.
    Большинство физических свойств веществ обусловливается их внутренней
    строением. По внутреннему строению и физическим свойствам различают два
    состояния твердых веществ – аморфный и кристаллический.
    Аморфные
    вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры
    с неупорядкованим расположением частиц (атомов или молекул). В отличие от
    кристаллических веществ, которые имеют вполне определенную температуру плавления, аморфные
    вещества плавятся в широком интервале температур. При нагревании они
    постепенно размягчаются, затем начинают растекаться и, в конце концов, становятся
    жидкими. Иногда аморфные вещества рассматривают как жидкости с очень большой вязкостью.
    В отличие от кристаллических веществ, которые характеризуются правильной повторяемостью
    расположение атомов на больших расстояниях, в аморфных веществах, подобно жидкостей,
    частицы расположены хаотично. Примерами аморфных веществ являются стекло и смолы.
    Некоторые
    вещества могут находиться и в кристаллическом, и в аморфном состояниях, например
    сера, кремний(ИV)
    оксид т.д. Многие вещества могут быть переведены из аморфного состояния в
    кристаллическое и наоборот. Так, аморфное стекло при хранении «розскляновується»,
    т.е. в нем появляются мелкие кристаллики. Вследствие этого старое стекло при
    нагревании разбивается и трескается легче и чаще, чем только что изготовленное.
    Аморфные вещества больше всего отличаются от кристаллических за физическими
    свойствами.
    Подавляющем
    большинства твердых веществ присуща кристаллическое строение. Каждая кристаллическая
    вещество имеет определенную, характерную для нее форму кристаллов. Если кристаллическое вещество
    измельчить, то ее кристаллы распадутся на отдельные кусочки, каждый из которых
    сохранять, хотя бы частично, форму исходного кристалла.
    В
    кристаллических веществах частицы, из которых построены кристаллы, располагаются в
    пространстве в определенном порядке и образуют пространственную кристаллическую решетку.
    Кристаллическая решетка построена из одинаковых, постоянно повторяющихся структурных
    единиц, индивидуальных для каждого кристалла. Такую структурную единицу называют
    элементарной ячейкой. Простейшая элементарная ячейка содержит 8 узлов в
    вершинах куба.
    В зависимости
    от характера частиц, образующих кристалл, и от типа химической связи между
    ними различают четыре типа кристаллических решеток: металлическую, ионную, молекулярную
    и атомную.
    Металлические
    структуры
    Атомы
    металлических элементов довольно легко отдают электроны, поэтому в узлах
    кристаллической решетки металлов находятся ионы металлов, в пространстве между которыми
    свободно передвигаются электроны, образуют так называемый электронный газ.
    Размеры всех ионов одинаковы, поэтому ионы в металлах расположены максимально плотно
    и образуют простейшие кристаллические структуры. Металлические структуры могут
    образовывать как металлы, так и некоторые соединения с металлической связью, например
    нитриды Титана и Хрома.
    В
    металлических структурах электроны свободно перемещаются по всему кристаллу и в
    такой способ обусловливают связь между всеми положительными ионами в кристалле.
    Благодаря такому поведению электронов металлы проявляют хорошую электро – и теплопроводность.
    Отдельные слои ионов можно легко передвигать относительно друг друга, потому что во всех узлах
    кристаллической ячейки находятся положительные ионы, которые соединяются благодаря
    притягуванню до электронного газа. Этим обуславливается пластичность (ковкость)
    металлов.
    Ионные структуры
    Если
    в узлах кристаллической решетки расположены ионы, то такую решетку называют
    ионной. Разноименно заряженные ионы, которые образуют ионные кристаллы, содержащихся
    вместе электростатическими силами. Поэтому структура ионной кристаллической решетки
    должна обеспечивать их электрическую нейтральность. Вокруг каждого иона в ионной
    кристаллической решетке находится определенное количество других ионов (противоположных по
    знаком). Так, в кристаллической решетке натрий хлорида каждый ион Na+ окружен шестью ионами Сl-. Аналогично,
    каждый ион Сl-
    окружен шестью ионами Na+. Ионні
    кристаллические решетки характерны для веществ с ионной связью.
    Поскольку
    число связей в ионных кристаллах очень большое, то все ионы прочно связаны друг
    с одним. Для того чтобы их разрушить, необходимо потратить большое количество энергии. Поэтому ионные соединения при
    комнатной температуре твердые, а плавятся и кипят только при сильном
    нагревании.
    Вещества
    с ионной кристаллической решеткой имеют сравнительно высокую твердость. Они нелетучие,
    поэтому не имеют запаха. Но, в отличие от металлических структур, ионные кристаллы являются
    хрупкими, поскольку даже небольшое смещение слоев в кристалле приближает друг к
    одного одноименно заряженные ионы, отталкивание между которыми приводит к разрыву
    ионных связей и, как следствие, к появлению трещин в кристалле или даже к его
    разрушению.
    Хотя
    в ионных кристаллах есть готовые носители электрического заряда (катионы и анионы), в
    твердом состоянии ионные соединения не проводят электрический ток, потому что все ионы
    жестко закреплены на своем месте и не могут свободно передвигаться по кристаллу.
    Но если нагреть и перевести ионное соединение в жидкое состояние (расплавить), то все ионы
    становятся подвижными, и поэтому расплавы ионных соединений хорошо проводят электрический
    ток. Электрический ток проводят не только их расплавы, но и растворы.
    Многие ионных соединений легко растворяются в воде.
    Молекулярные
    структуры
    В
    узлах молекулярных кристаллических решеток находятся молекулы, связанные между
    собой слабыми межмолекулярными силами. Например, лед состоит из молекул
    воды, которые удерживаются вместе в кристаллической решетке водородными связями. Йод
    также существует в виде молекулярных кристаллов. Узлы кристаллической решетки йода
    заняты двохатомними молекулами йода И2. Хлор и бром образуют
    подобные структуры при более низких температурах (в обычных условиях хлор –
    газ, бром – жидкость). Такую же структуру имеет твердый углекислый газ (сухой
    лед»). Молекулярную структуру имеет еще целый ряд неорганических соединений (например,
    твердый аммиак), а также большинство органических соединений (например, твердый
    метан, этиловый спирт, бензол, фенол, нафталин и т.д.). Молекулярные структуры
    могут образовывать вещества только с ковалентними связями.
    Отдельные
    молекулы, расположенные в узлах кристаллической решетки, связанные между собой слабыми
    силами, значительно слабее, чем химические связи в молекулі. их легко разрушить,
    поэтому вещества с молекулярной решеткой являются хрупкими и имеют невысокие значения
    температур плавления и кипения. Немало веществ с молекулярной структурой в
    обычных условиях находятся в жидком или газообразном состояниях (хлор,
    хлороводень, кислород – газы, вода, фтороводорода, сульфатная кислота, органические
    растворители – жидкости). Некоторые из молекулярных веществ при нагревании могут
    переходить из твердого в газообразное состояние, минуя жидкое (подвергаются
    сублимации), например йод, углекислый газ, нафталин.
    Растворимость
    таких веществ в воде зависит от типа связи в их молекулах. Вещества с
    ковалентным неполярным или слабо-полярным связью в воде не растворяются, а
    большинство веществ с ковалентным полярным связью растворяются в воде большей
    или меньшей степени. Молекулы веществ не содержат свободных носителей электрического
    заряда, поэтому ни в жидком, ни в твердом состоянии молекулярные структуры
    электрический ток не проводят.
    Атомные структуры
     
    На
    отличие от ионных и металлических кристаллов, которые состоят из ионов, а также на
    отличие от молекулярных кристаллов, состоящих из молекул, атомные кристаллы
    имеют решетку, построенную из атомов, соединенных друг с другом прочными ковалентними
    связями. В таких структурах невозможно выделить структурную единицу, которую можно
    называть молекулой, каждый кристалл представляет собой одну большую молекулу. Именно поэтому
    такие кристаллы называют еще надмолекулярними.
    Все
    атомы в атомных структурах крепко связаны друг с другом ковалентними связями.
    Чтобы их разрушить, необходимо очень большое количество энергии. Именно поэтому вещества
    с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления и
    кипения. Они нерастворимы в воде и в других растворителях. Атомы в кристаллической
    решетке должны располагаться только в строго определенных местах и на определенной
    расстоянии друг от друга. Смещение атома со своего места приводит к разрушению
    ковалентной связи, а для этого нужно много энергии. Поэтому вещества с
    атомной решеткой очень твердые, непластичні и некрихкі.
    Атомную
    кристаллическую решетку имеет алмаз – самое твердое вещество из всех известных веществ.
    Атомы Углерода образуют четыре одинарные ковалентные связи, направленные к
    вершин правильного тетраэдра, в центре которого располагается атом Углерода. Таким
    образом, с этим центральным атомом могут быть связаны четыре другие атомы
    Карбона. Каждый из них связывается еще с тремя другими атомами Углерода и т. д. В
    таким образом образуется трехмерная решетка, составленная только из атомов Углерода.
    Подобную решетку образуют атомы Кремния и Кислорода в кварце.
    Графит
    также имеет атомную кристаллическую решетку, но, в отличие от алмаза и кварца, в
    графите каждый атом Углерода образует три ковалентные связи с тремя другими
    атомами Углерода; при этом образуется плоская сетка из шестиугольников». Каждый
    из слоев, образованный атомами Углерода, характеризуется ковалентними связями
    внутри каждого слоя, а слои связаны друг с другом слабыми связями. Через
    это слои можно легко сместить друг относительно друга, приложив совсем небольшое
    усилия. Этим объясняются, например, «писальні» свойства графита. В отличие
    от алмаза, графит хорошо проводит электрический ток, но его электроны могут
    передвигаться только в одном направлении: вдоль плоскости шестиугольников, а наоборот
    – в перпендикулярном направлении – графит почти не проводит электрический ток.
    Строение простых веществ и место
    элементов в Периодической системе
    Поскольку
    тип химической связи зависит от электронной конфигурации атомов, то
    закономерности в строении атомов влияют и на строение и физические свойства
    образованных ими простых веществ.
    Место
    s- и р-элементов в Периодической системе и
    типы кристаллических решеток их простых веществ

  8. Nikitos Ответить

    Введение гидроксила в бензол приводит к постепенному снижению жаропонижающего действия; фенол еще обладает слабым антипиритическим эффектом, но проявляет и новое свойство – антисептическое, а у двухатомных фенолов это свойство усиливается еще в большей степени. Например, антисептическое действие резорцина сильнее, чем фенола.
    Трибромфенол является еще лучшим антисептиком, чем предшествующие, т. е. антисептическое действие усиливается введением брома в ядро.
    Введение карбонильной группы (С = О). Усиливает физиологическое действие соединения. Многочисленные примеры показывают, что альдегиды и кетоны физиологически активнее соответствующих углеводородов, а если вместо атома водорода в радикал ввести галоген, активность увеличивается еще больше. Например, хлораль обладает более сильным гипнотическим действием, чем ацетальдегид.
    Введение карбоксильной группы. Значительно снижает ядовитые свойства вещества. Свидетельством того, что органические кислоты как жирного, так и ароматического ряда мало токсичны, служит их широкое распространение в природе и нахождение многих из них в составе пищевых продуктов. Водород карбоксильной группы, способный отщепляться вследствие диссоциации молекулы, обусловливает прижигающее и в некоторой степени раздражающее действие кислот. Это свойство отсутствует у их солей, где водород карбоксила замещен катионом металла. Введение карбоксильной группы в молекулу приводит к изменению и некоторых физических свойств вещества. Так, если бензол совершенно нерастворим в воде, то бензойная кислота обладает слабой растворимостью. Растворимость возрастает еще более при свободной кислоты в соль, особенно щелочного металла или органического основания.( Натрия бензоат)
    Введение аминогруппы. Приводит к усилению жаропонижающих свойств, например анилин обладает ясно выраженным антипиритическим свойством. Одновременно аминогруппа придает соединению токсичность, поэтому анилин, как известно, не является лекарственным препаратом.
    Одновременное присутствие в ароматическом ядре аминогруппы и гидроксила придает молекуле анестезирующие свойства, которые еще более усиливаются этерификацией гидроксила.
    Введение нитрогруппы (-N02) в ароматическое ядро действует на центр дыхания.
    Введение нитрозогруппы (-N=O) направляет вещество к нервному центру, ответственному за расширение кровеносных сосудов (амилнитрит, натрия нитрит).
    Приведенные примеры влияния химической структуры молекулы на фармакологический эффект отражают лишь основные классические закономерности этой связи, которыми пользуются химики и до настоящего времени. И каждый раз при получении новых соединений открываются все новые и новые закономерности связи химической структуры с фармакологическим действием, открывающие новые пути для целенаправленного синтеза лекарств.
    Но если первоначально основное внимание обращалось; главным образом на химическую структуру вещества, то далее стало известно, что всякое изменение структуры молекулы сопровождается изменением физико-химических свойств, что оказывает существенное влияние на действие вещества на организм. Было установлено, например, что физико-химические свойства вещества влияют на его всасываемость (прохождение через мембраны), распределение в тканях, что в свою очередь не безразлично для проявления того или другого действия этого вещества на организм.
    Поэтому в настоящее время при создании новых лекарственных веществ и модификации существующих, учитываются не только структурные элементы соединения, но и их влияние на физико-химические свойства молекул (основность, гидрофильность, степень ионизации, полярность и т. д.).
    Но и приведенные выше закономерности влияния химической структуры вещества и его физико-химических свойств на проявление физиологической активности в настоящее время уже не могут быть единственной основой для направленного синтеза лекарства.

  9. Munibandis Ответить

    Водородные связи влияют на физические (т.кип. и т.пл., летучесть, вязкость, спектральные характеристики) и химические (кислотно-основные) свойства соединений.
    Межмолекулярные водородные связи обусловливают ассоциацию молекул, что приводит к повышению температур кипения и плавления вещества. Например, этиловый спирт C2H5OH, способный к ассоциации, кипит при +78,3°С, а диметиловый эфир СН3ОСН3, не образующий водородных связей, лишь при 24°С (молекулярная формула обоих веществ С2Н6О).
    Образование Н-связей с молекулами растворителя способствует улучшению растворимости. Так, метиловый и этиловый спирты (CH3OH, С2Н5ОН), образуя Н-связи с молекулами воды, неограниченно в ней растворяются.
    Внутримолекулярная водородная связь образуется при благоприятном пространственном расположении в молекуле соответствующих групп атомов и специфически влияет на свойства. Например, Н-связь внутри молекул салициловой кислоты повышает ее кислотность
    Химическая связь, образованная положительно заряженным водородом молекулы (или полярной группы) и электроотрицательным атомом другой или той же молекулы, называется водородной связью.
    Если водородная связь образуется между разными молекулами, она называется межмолекулярной, если связь образуется между двумя группами одной и той же молекулы, то она называется внутримолекулярной. Водородная связь между молекулами А–Н и В–R обозначается тремя точками ···.
    А–Н + В–R = А–Н ··· В–R
    водород в данном случае образует две химические связи, причем они не равноценны.
    Образование водородной связи обусловлено тем, что в полярных молекулах А – Н или полярных группах –А – Н поляризованный атом водорода обладает уникальными свойствами: отсутствием внутренних электронных оболочек, значительным сдвигом электронной пары к атому с малым размером. Поэтому водород способен глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательно поляризованного атома.
    Атомы могут быть одинаковыми, как при взаимодействии НF
    F??–Н?+ + F??–Н?+ = F–Н···F–Н,
    но могут быть и разными, как при взаимодействии воды и фтороводорода

  10. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *