Nagu teate, uurib keemia ainete struktuuri ja omadusi, aga ka nende omavahelisi muundumisi. Keemiliste ühendite iseloomustamisel on oluline koht küsimusel, millistest osakestest need koosnevad. Need võivad olla aatomid, ioonid või molekulid. Tahketes ainetes sisenevad nad kristallvõre sõlmedesse. Molekulaarstruktuuris on suhteliselt väike arv ühendeid tahkes, vedelas ja gaasilises olekus.
Oma artiklis toome näiteid ainete kohta, mida iseloomustavad molekulaarsed kristallvõred, ning käsitleme ka mitut tüüpi tahketele ainetele, vedelikele ja gaasidele iseloomulikke molekulidevahelisi interaktsioone.
Miks on vaja teada keemiliste ühendite struktuuri
Igas inimteadmiste harus võib välja tuua rühma põhiseadusi, millel põhineb teaduse edasine areng. keemias- see on teooria M. V. Lomonosov ja J. D alton, selgitades aine aatomi- ja molekulaarstruktuuri. Nagu teadlased on kindlaks teinud, on sisemist struktuuri teades võimalik ennustada nii ühendi füüsikalisi kui ka keemilisi omadusi. Kogu tohutul hulgal inimese kunstlikult sünteesitud orgaanilisi aineid (plastid, ravimid, pestitsiidid jne) on etteantud omadused ja omadused, mis on tema tööstuslike ja majapidamisvajaduste jaoks kõige väärtuslikumad.
Keemiakursuse kontrollsektsioonide, testide ja eksamite läbiviimisel on vaja teadmisi ühendite struktuuri ja omaduste kohta. Näiteks leidke pakutud ainete loendist õiged vastused: millisel ainel on molekulaarne struktuur?
- Tsink.
- Magneesiumoksiid.
- Teemant.
- Naftaleen.
Õige vastus on: tsingil on molekulaarstruktuur, nagu ka naftaleenil.
Molekulidevahelise interaktsiooni jõud
Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et molekulaarstruktuur on iseloomulik madala sulamistemperatuuriga ja madala kõvadusega ainetele. Kuidas seletada nende ühendite kristallvõrede haprust? Nagu selgus, sõltub kõik nende sõlmedes paiknevate osakeste ühise mõju tugevusest. Sellel on elektriline iseloom ja seda nimetatakse intermolekulaarseteks interaktsioonideks või van der Waalsi jõududeks, mis põhinevad vastupidiselt laetud molekulide – dipoolide – mõjul üksteisele. Selgus, et nende moodustamiseks on mitu mehhanismi,olenev alt aine enda olemusest.
Happed kui molekulaarse koostisega ühendid
Enamik hapete, nii orgaaniliste kui ka anorgaaniliste hapete lahused sisaldavad polaarseid osakesi, mis on üksteise suhtes orienteeritud vastupidiselt laetud poolustega. Näiteks vesinikkloriidhappe HCl lahuses on dipoolid, mille vahel tekivad orientatsioonilised vastasmõjud. Temperatuuri tõusuga väheneb vesinikkloriid-, vesinikbromiid- (HBr) ja teiste halogeeni sisaldavate hapete molekulide orientatsiooniefekt, kuna osakeste soojusliikumine häirib nende vastastikust külgetõmbumist. Lisaks ülalnimetatud ainetele on sahharoosil, naftaleenil, etanoolil ja teistel orgaanilistel ühenditel molekulaarne struktuur.
Kuidas tekivad indutseeritud laetud osakesed
Varem käsitlesime ühte Van der Waalsi jõudude toimemehhanismi, mida nimetatakse orientatsiooniliseks interaktsiooniks. Lisaks orgaanilistele ainetele ja halogeeni sisaldavatele hapetele on vesinikoksiidil, veelel, molekulaarstruktuur. Ainetes, mis koosnevad mittepolaarsetest, kuid kalduvad moodustuma dipoolid, molekulid, nagu süsinikdioksiid CO2, võib täheldada indutseeritud laetud osakeste - dipoolide - ilmumist. Nende kõige olulisem omadus on võime üksteist meelitada elektrostaatiliste tõmbejõudude ilmnemise tõttu.
Gaasi molekulaarstruktuur
Eelmises alampealkirjas mainisime ühendit süsinikdioksiidi. Iga selle aatom loob enda ümber elektrivälja, mis indutseeribpolarisatsioon lähedalasuva süsinikdioksiidi molekuli aatomi kohta. See muutub dipooliks, mis omakorda on võimeline polariseerima teisi CO2 osakesi. Selle tulemusena tõmbuvad molekulid üksteise külge. Induktiivset vastastikmõju võib täheldada ka polaarsetest osakestest koosnevatel ainetel, kuid antud juhul on see palju nõrgem kui orientatsioonilised van der Waalsi jõud.
Dispersiooni interaktsioon
Nii aatomid ise kui ka neid moodustavad osakesed (tuum, elektronid) on võimelised pidevaks pöörlevaks ja võnkuvaks liikumiseks. See viib dipoolide ilmumiseni. Kvantmehaanika uuringute kohaselt toimub hetkeliste topeltlaenguga osakeste tekkimine nii tahketes kui ka vedelikes sünkroonselt, nii et läheduses paiknevate molekulide otsad osutuvad vastandpoolustega. See viib nende elektrostaatilise külgetõmbe tekkeni, mida nimetatakse dispersiooni interaktsiooniks. See on iseloomulik kõigile ainetele, välja arvatud need, mis on gaasilises olekus ja mille molekulid on üheaatomilised. Van der Waalsi jõud võivad aga tekkida näiteks inertgaaside (heelium, neoon) üleminekul madalatel temperatuuridel vedelasse faasi. Seega määrab kehade või vedelike molekulaarstruktuur nende võime moodustada erinevat tüüpi molekulidevahelisi interaktsioone: orientatsioonilist, indutseeritud või dispersiooni.
Mis on sublimatsioon
Tahke aine, näiteks joodikristallide, molekulaarstruktuur,põhjustab sellise huvitava füüsikalise nähtuse nagu sublimatsioon – I2 molekulide lendumine violetsete aurude kujul. See tekib tahkes faasis oleva aine pinn alt, möödudes vedelast olekust.
Seda visuaalselt suurejoonelist katset tehakse sageli koolide keemiaklassides, et illustreerida molekulaarsete kristallvõrede struktuurilisi iseärasusi ja sellega seotud ühendite omadusi. Tavaliselt on nendeks madal kõvadus, madal sulamis- ja keemistemperatuur, halb soojus- ja elektrijuhtivus ning lenduvus.
Ainete struktuuri puudutavate teadmiste praktiline kasutamine
Nagu nägime, saab kristallvõre tüübi, struktuuri ja ühendi omaduste vahel kindlaks teha teatud korrelatsiooni. Seega, kui aine omadused on teada, siis on üsna lihtne ennustada selle struktuuri ja osakeste koostise tunnuseid: aatomid, molekulid või ioonid. Saadud teave võib olla kasulik ka siis, kui keemiaülesannetes on vaja teatud ühendite rühmast õigesti valida molekulaarse struktuuriga ained, välja arvatud need, millel on aatom- või ioonvõre tüüpi.
Kokkuvõttes võime järeldada järgmist: tahke keha molekulaarstruktuur ja kristallvõrede ruumiline struktuur ning polariseeritud osakeste paigutus vedelikes ja gaasides on täielikult vastutavad selle füüsikaliste ja keemiliste omaduste eest. Teoreetiliselt öeldes on ühendite omadused,sisaldavad dipoolid sõltuvad molekulidevahelise interaktsiooni jõudude suurusest. Mida suurem on molekulide polaarsus ja mida väiksem on neid moodustavate aatomite raadius, seda tugevamad on nende vahel tekkivad orientatsioonijõud. Vastupidi, mida suuremad on molekuli moodustavad aatomid, seda suurem on selle dipoolmoment ja seega ka suuremad dispersioonijõud. Seega mõjutab tahke aine molekulaarstruktuur ka tema osakeste – dipoolide – vastasmõju jõude.
