ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические свойства ионных из "Общая химия" Попытаемся связать между собой теоретические представления о химической связи и физические свойства веществ, которые принадлежат к одному из двух классов — к ионным или ковалентным. Свойства веществ, состоящих из ионов, существенным образом отличаются от свойств веществ, состоящих из молекул. Посмотрим, как эти две уже известные нам основные модели химической связи согласуются со свойствами реальных веществ, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, например со свойствами соли, сахара или специй. [c.128] На основании изложенной модели строения ионных твердых веществ следует ожидать, что они должны обладать высокой твердостью. Так оно и есть на самом деле, однако наряду с твердостью эти вещества обычно характеризуются также большой хрупкостью. Например, при определении опытным путем твердости обычного хлорида натрия мы пытаемся вывести образующие его ионы из их нормального положения. Это требует значительных усилий, но если удается изменить положение ионов, обнаруживается хрупкость вещества. Допустим, что прикладываемое усилие выводит из нормального положения какой-нибудь катион и сближает его с другим катионом. При этом силы отталкивания начинают преобладать над силами притяжения, и твердое вещество разрушается. Если бы мы попытались исследовать множество ионных веществ, ударяя по ним молотком, то легко обнаружили бы, что все они одновременно и твердые. [c.129] Для ионных веществ характерна высокая температура плавления. Плавление происходит при такой температуре, когда упорядоченная структура твердого вещества уступает место беспорядочному расположению образующих его частиц. Между частицами, из которых состоят ионные вещества, действуют настолько большие силы взаимодействия, что для их преодоления требуются высокие температуры. В качестве примера укажем, что хлорид натрия плавится при 800°С, а фторид калия — при 880°С. [c.129] Способность ионных веществ проводить электрический ток в значительной степени определяется их состоянием. Электропроводность вещества обусловливается перемещением внутри него электронов или других электрически заряженных частиц. В твердом состоянии ионные вещества исключительно плохо проводят электрический ток, что вполне объясняется моделью ионной связи. Все ионы удерживаются в своих положениях силами, которые намного превышают внешние электрические силы, создаваемые обычно в процессе электролиза (см. разд. 16.3). Однако в жидком или расплавленном состоянии беспорядочная смесь катионов и анионов оказывается хорошим проводником электричества, так как ионы могут довольно свободно перемешаться под действием приложенного электрического потенциала. Это свойство ионных веществ является одним из основных доказательств правильности модели ионной связи. [c.129] В отличие от ионных веществ ковалентные вещества построены из отдельных молекул. Молекулы состоят из двух или большего числа атомов, связанных друг с другом ковалентными связями между соседними молекулами действуют довольно слабые силы притяжения (рис. 8.1,6). Эти силы, обусловливающие целостность твердого ковалентного вещества, называются силами Ван-дер-Ваальса (подробнее о них см. в разд. 8.6). Вандерваальсовы силы намного слабее электростатических сил, действующих между ионами в ионных веществах. [c.129] Из модельных представлений о ковалентной связи следует, что ковалентные вещества такого типа, как показано на рис. 8.1,6, должны характеризоваться невысокими температурами плавления, низкой твердостью и плохой электропроводностью. Действительно, многие ковалентные вещества, например Нг, СОг, NH3 и О2, в твердом состоянии обнаруживают именно такие свойства. [c.129] Испарение представляет собой превращение жидкости в газ, а сублимация — превращение твердого вещества в газ (эти явления обсуждаются в гл. 9). Оба процесса происходят в результате разъединения частиц вещества, плотно упакованных в твердом или жидком теле, и удаления их на довольно большие расстояния друг от друга в газообразной фазе. Модель ковалентной связи хорошо объясняет, почему многие ковалентные вещества при комнатной температуре находятся в газовой фазе. Слабые силы межмолекулярного взаимодействия позволяют ковалентному веществу перейти в газообразное состояние при очень низких температурах. Температура плавления для Н2 равна - 259 С, а для О2 - 218,4 С. Диоксид углерода (сухой лед) при атмосферном давлении не плавится, а сублимирует (возгоняется) при температуре — 78,5° С. Силы, действующие между молекулами в твердом СО2, таковы, что при температуре, достаточной для их преодоления за счет тепловой энергии, молекулы СО2 отрываются от соседей и переходят в газообразную фазу, минуя промежуточное жидкое состояние. [c.130] Ковалентные вещества с более высоким молекулярным весом, как, например, углеводородные компоненты бензина и парафина, также обладают такими свойствами, которые согласуются с ковалентной моделью химической связи. Парафин обладает большой мягкостью, плохой электропроводностью и плавится при довольно низкой температуре, если учесть его молекулярный вес. [c.130] На рис. 8.1 изображены идеализированные, предельные случаи ионного и молекулярного твердого вещества. Совокупные свойства больщого числа образующих их частиц, например температуры плавления и кипения или ковкость, зависят от многих факторов, включая размеры, геометрическое расположение, заряды и электронное строение частиц. Следует также иметь в виду, что обсуждаемые модели описывают чисто ковалентные и чисто ионные связи, в то время как связи в больщинстве реальных веществ имеют промежуточный характер. Кроме того, помимо молекулярных и ионных кристаллов, существуют еще металлические и так называемые ковалентные кристаллы, которые подробно рассматриваются в гл. 10. [c.130] Различие между ионными и ковалентными веществами становится еще более очевидным, если сопоставить состав их паров. При испарении воды происходит преодоление сил межмолекулярного взаимодействия, и в газовой фазе молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. В отличие от этого при испарении хлорида натрия в газовой фазе возникают ионные пары, состав которых описывается формулами Na l или (Na l),. [c.130] Вернуться к основной статье