Химическая связь и строение молекул. Кристаллическое строение вещества

Исключительно важно освоить прогнозирующую роль периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Тогда, даже не прибегая к учебнику, удастся многое рассказать о свойствах элементов и нх соединений. Так, по положению элемента в периодической системе можно описать строение атома — заряд и состав ядра, электронную конфигурацию атома. А по последней определить степени окисления элемента, возможность образования молекулы в обычных условиях, тип кристаллической решетки простого вещества в твердом состоянии. Наконец, можно определить формулы высших оксидов и гидроксидов элементов, изменение их кислотно-основных свойств по горизонтали и вертикали периодической системы, а также формулы различных бинарных соединений с оценкой характера химических связей. Это значительно облегчит изучение свойств элементов, простых веществ и их соединений. Начинать следует с рассмотрения общей характеристики каждой подгруппы. [c.101]

Исследованиями ученых многих стран установлено, что к соединениям переменного состава относятся не только оксиды, но н субоксиды, халькогениды, силициды, бориды, фосфиды, нитриды, многие другие еорганические вещества, а также органические высокомолекулярные соединения. Во всех случаях, когда сложное вещество имеет молекулярную структуру, оно представляет собой соединение постоянного состава с целочисленными стехиометриче-скими индексами. Некоторые ионные кристаллы и даже атомные кристаллы и металлы могут также подчиняться законам стехиометрии. Но в случае немолекулярных кристаллов, как отмечает Б. Ф. Ормонт, уже не молекула, а фаза т. е. коллектив из Л/о (числа Авогадро) атомов, определяет свойства кристаллической решетки . Он предлагает для подобных веществ расширить формулировку закона постоянства состава Если... в твердом агрегатном состоянии соединение не имеет молекулярной структуры, то в зависимости от строения атомов и вытекающего отсюда строения фазы и характера химической связи в ней состав соединения и его свойства могут сильно зависеть от путей синтеза. Даже при одном и том же составе свойства могут сильно зависеть от условий образования . Б. Ф. Ормонт подчеркнул необходимость исследования зависимости условия образования—состав — строение — свойства,— направленного. на установление связи между условиями образования, химическим и фазовым составом системы, химическим составом и строением отдельных фаз и их свойствами. Нетрудно заметить, что добавление к обычной формуле, закона постоянства состава слов состав срединения зависит от условий его образования ,— лишает закон постоянства состава его смысла. В то же время указание на важность изучения в связи с проблемой стехиометрии не только состава, но и строения твердых веществ представляется очень существенным. [c.165]

Так, по положению элемента в периодической системе можно описать строение атома — заряд и состав его ядра и электронную конфигурацию, по последней определить степени окисления элемента в соединениях, возможность образования молекулы в обычных условиях, тип кристаллической решетки простого вещества в твердом состоянии. Наконец, можно определить формулы высших оксидов и гидроксидов элементов, изменение их кислотно-основных свойств по горизонтали и вертикали периодической системы, а также формулы различных бинарных соединений с оценкой характера химических связей. Это значительно облегчает изучение свойств элементов, простых веществ и их соединений. Начинать следует с рассмотрения общей характеристики каждой подгруппы. [c.157]

Как мы уже отмечали, тип строения вещества определяется прежде всего тем, какие связи соединяют его структурные единицы,—межмолекулярные или межатомные. Мы рассматриваем в этой главе молекулярные соединения, построенные из структурных единиц, связанных сравнительно слабыми межмолекулярными связями, включая в определенных случаях водородные связи. Благодаря этому в твердом состоянии все они -имеют кристаллическую структуру. Твердые молекулярные соединения, построенные из молекул, связанных ван-дер-ваальсовскими связями, называются молекулярными кристаллами. В молекулярных твердых растворах в структуру молекулярных кристаллов входят разные молекулы. Заметим, что с химической точки зрения твердые молекулярные растворы — это молекулярные соединения. [c.20]

Как мы знаем, все твердые вещества как кристаллического, так и непериодического строения имеют остов, вид и мерность которого определяют строение вещества. Атом представляет собой систему, состоящую из валентных электронов и атомного остова. Атомное ядро отклоняется от положения равновесия весьма незначительно и практически локализовано внутри атома, тогда как валентные электроны совершают колебания с амплитудой, равной междуатомным расстояниям. Поэтому по местонахождению ядер можно определить, какое положение занимают данные атомы в молекулах и кристаллах. Зная, что степень перекрывания волновых функций достигает максимума при сближении атомов на определенное расстояние (речь идет о средних межатомных расстояниях в твердом теле, которые могут быть найдены, например, рентгеноструктурным методом) и резко уменьшается на несколько большем расстоянии, можно точно установить, какие атомы связаны между собой химическими связями. Химические связи между атомами в формулах химических соединений принято обозначать черточками. Например, хотя в молекуле дело- [c.60]

Кристаллохимическое строение — порядок расположения и природа связи атомов в пределах элементарной ячейки, их взаимное влияние друг на друга, а также распределение электронной плотности, величины эффективных зарядов. Как видно из этого определения, понятие кристаллохимического строения представляет собой превращенную форму химического строения молекул применительно к координационным решеткам. Вот почему теория химического строения Бутлерова — общехимическая теория, в одинаковой степени приложимая как к органическим, так и неорганическим объектам. На рис. 6, а приведена кристаллическая структура высокотемпературной модификации стехиометрического оксида титана ТЮ. Она показывает только порядок размещения атомов в элементарной ячейке и не отображает природу межатомных связей, а также их взаимное влияние. Вообще кристаллическая структура в той мере отражает кристаллохимическое строение вещества, в какой структурная формула — химическое строение молекулы. В действительности химическое и кристаллохимическое строение — понятия динамические, а не статические. [c.26]

Строение вещества. Этот раздел включает учение о строении атомов и молекул и об агрегатных состояниях вещества здесь рассматриваются образование молекул из атомов, природа химической связи, внутренняя структура молекул, а также строение и важнейшие свойства веществ в газообразном, жидком и кристаллическом состояниях. [c.19]

Представление об объективности пространства на атомно-молекулярном уровне уже с первой половины XIX в. утверждалось в химической науке. Дж. Дальтон, исходя из принципа связи пространственного расположения атомов в сложных атомах химических веществ с их физико-химическими свойствами, одним из первых ввел в химию представления о важности фактора строения. Он показал, в частности, что то или иное расположение атомов в сложном атоме обусловливает их различное поведение в реакции. Позже явления изомерии, различие свойств у соединений, имеющих один и тот же химический состав, А. М. Бутлеров также объяснил неодинаковым порядком связей и расположением структурных частей по отношению друг к другу в молекулах изомеров. Необходимость учитывать пространственное строение молекул, их конфигурацию для объяснения новых форм изомерии, не охватываемых первоначальной теорией строения, привело к возникновению и развитию специального раздела химии — стереохимии. Открытие известным русским кристаллографом К. С. Федоровым законов -пространственного размещения атомов, ионов и молекул, образующих кристаллические структуры, сыграло большую роль в развитии кристаллохимии. [c.44]

Органические сульфиды образуют стабильные комплексные соединения с галогенами, органическими галоидпроизводными, галогенидами - тяжелых металлов и некоторыми другими веществами. Природа сил взаимодействия при комплексообразовании сульфидов с этими соединениями изучена недостаточно. Полагают [47], что донорно-акцепторная связь осуществляется за счет передачи неподеленной пары электронов атома серы на свободную валентную орбиталь атома металла (ртути, алюминия, олова, титана и др.). На структуру и свойства комплексных соединений влияют условия их образования, химическое строение сульфида и соединения, вступающего с ним в реакцию [48]. При взаимодействии сульфидов с бромом или иодом иногда образуются кристаллические комплексные соединения, а при взаимодействии с йодистыми алкилами и галогенированными жирными кислотами — кристаллические сульфониевые соли. Наиболее стабильны комплексные соединения сульфидов с галогенидами ртути, ацетатом ртути, солями платины, олова, титана, палладия, алюминия. В зависимости от химического строения и условий комплексообразования сульфиды могут присоединять различное число молекул одного и того же комплексообразователя (акцептора). [c.118]

Деление на истинные и аномальные смешанные кристаллы тесно связано с понятием изоморфизма (в его первоначальной формулировке), которое сыграло большую роль в изучении явлений сокристаллизации. Первоначально [56] под изоморфизмом понимались химическая аналогия двух веществ, одинаковый химический тип строения, а также близкое сходство или идентичность кристаллических форм (одинаковая кристаллическая структура и близкие параметры кристаллической решетки) и связанная с этим способность атомов, ионов или молекул замещать друг друга в кристаллах (частица на частицу) с образованием смешанных кристаллов. В дальнейшем, с появлением рентгеноструктурного анализа понятие изоморфизма модифицировалось. Гримм [57] сформулировал следующие три необходимых условия для образования смешанных кристаллов полярных соединений 1) химический тип строе- [c.62]

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА [c.71]

Излагаются современные представления о строении атомов, молекул и кристаллических тел и природе химической связи. Книга состоит из четырех частей строение атома, периодический закон и его связь со строением атома, структура молекул и химическая связь, строение вещества в конденсированном состоянии. [c.2]

Бурное развитие химии за последние десятилетия требует внесения определенных корректив в систему обучения. В настоящее время высокий уровень преподавания химических дисциплин невозможен без широкого использования представлений о строении атомов, молекул, кристаллических тел и о природе химической связи. Поэтому студенты вузов уже на первом курсе должны познакомиться с теми понятиями и методами, которыми оперирует современная теория строения вещества. [c.3]

Как известно, несоизмеримость энергии межатомных взаимодействий внутри молекул и между ними часто позволяет независимо решать структурные задачи, относящиеся к отдельным молекулам и к их укладке в пространстве кристаллического вещества. Этим обусловлены существенные успехи в теоретическом изучении органического кристалла. На базе принципа плотной упаковки [5], расчета энергии межмолекулярного взаимодействия с помощью эмпирических атом-атомных потенциалов [6—8], метода симметрии потенциальных функций [9, 10] удалось выявить и объяснить ряд важных закономерностей, связать строение органических веществ с некоторыми физико-химическими свойствами, а во многих случаях даже предсказать укладку молекул в кристаллах, используя минимальное колич тво экспериментальных данных (см., например, [11 — 14]. последняя задача решается в настоящее время для широкого круга углеводородов и их производных практически вне зависимости от сте- [c.150]

Строение вещества. Этот раздел включает сведения о строении атомов и молекул и учение об агрегатных состояниях вещества. Данные о строении атомов и молекул и природе химической связи составляют теоретическую основу для изучения химических свойств молекул, их реакционной способности, механизма и кинетики химических реакций. В учении об агрегатном состоянии веществ рассматриваются взаимодействие молекул в газах, жидкостях и твердых телах, а также свойства веществ в различных агрегатных состояниях. В настоящее время в науке широко применяются различные физические и физико-химические методы исследования рентгеноструктурные, электронографические, радиоспектроскопические, оптические и др., которые позволили получить ценную информацию о строении жидкостей и твердых тел как в кристаллическом, так и аморфном состояниях. [c.6]

Мультиплетная теория рассматривает главным образом структурные и энергетические отношения между субстратом и катализатором. Эта теория основана на теории строения вещества и имеет дело С длинами и энергиями химических связей, строением молекул и кристаллических решеток катализатора. [c.421]

Теория кристаллического поля является весьма грубым приближением к действительности, так как рассматривает лиганды бес-структурно, как источники точечных отрицательных зарядов. Для более точных расчетов следует применять метод молекулярных орбиталей (МО), который в применении к комплексным соединениям называется теорией поля лигандов. В этой теории учитывается строение молекулярных орбиталей как адсорбированных атомов и молекул, так и атомов катализатора. Таким образом, становится возможным оценивать адсорбционную и каталитическую активность вещества и реакционную способность адсорбированных молекул в связи с их химическим строением. [c.459]

Многие химические элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Эта способность химического элемента существовать в виде нескольких простых веществ называется аллотропией. Простые вещества, образованные одним и тем же элементом, называются аллотропными видоизменениями (модификациями) данного элемента. Явление аллотропии — наглядное подтверждение различия между простым веществом и химическим элементом. Существование аллотропных видоизменений связано с различным строением кристаллических структур простых веществ или с различием числа атомов, входящих в состав молекул отдельных аллотропных форм. Например, углерод имеет аллотропные формы алмаз, графит, кар-бин кислород — молекулярный кислород Og и озон Од. [c.30]

В связи с отсутствием единой точки зрения на строение индиго представляло интерес провести полное рентгеноструктурное исследование этого соединения, основанное на анализе интенсивностей отражений рентгеновского луча от различных плоскостей кристаллической рещетки. Этот метод позволяет установить распределение электронной плотности в элементарной ячейке кристалла. По положению максимумов электронной плотности в объеме элементарной ячейки можно судить о взаимном расположении атомов внутри молекул и между молекулами, можно вычислить межатомные расстояния и валентные углы в молекуле. Эти данные поз1Воляют, в свою очередь, сделать определенные выводы о характере химических связей в молекуле и объяснить некоторые химические и физические особенности вещества. Такая именно цель преследовалась при выполнении настоящей работы. [c.210]

Большие изменения произошли в изложении квантовой химии и теории химической связи в переводной и отечественной литературе и в преподавании теории строения вещества. Поэтому нам представлялось бесцельным повторно знакомить студентов III курса с качественными представлениями теории валентных связей и электронным строением молекул (форма электронных орбиталей, гибридизация, направленные валентности и др.), изучаемыми ими на I курсе. В то же время в ряде переводных и отечественных учебных пособий появилось вполне доступное изложение приближенных методов расчета молекул, основанных на методе молекулярных орбиталей метод молекулярных орбиталей в приближении Хюккеля (МОХ), теория кристаллического поля, теория поля лигандов и др. В связи с этим изложены количественные квантовохимические расчеты на основе строгого решения уравнения Шрёдингера для атома водорода (введение трех квантовых чисел п, I и [c.3]

Химические соединения, обладающие способностью отклонять плоскость поляризованного света, могут быть подразделены на две группы. Одна из них включает лищь небольшое число неорганических веществ— кварц, хлорат калия, бромат калия, перйодат натрия и др. Общим для этих веществ является то, что их оптическая активность тесно связана с кристаллическим строением и исчезает при их растворении в жидкости, т. е. при распаде кристаллов на отдельные молекулы. Таким образо.м, способность этих соединений отклонять поляризованный свет обусловлена особым строением не молекул, а кристаллов, и поэтому исследование этого вопроса является задачей кристаллографии. Впрочем, известны и органические соединения, например бензил, которые обнаруживают оптическую активность лишь в кристаллической форме. [c.130]

Пожалуй, наиболее перспективным и важным направлением исследований неорганических веществ на структурном уровне является изучение закономерностей, обусловливающих специфику химических связей в монокристалле при различных способах заполнения и уплотнения узлов кристаллической решетки. Значение этих исследований в конечном счете определяется необходимостью получения твердых тел, свойства которых были бы обусловлены не столько характером связей между монокристаллами в поликристаллите, сколько химическим строением гигантского монолита — монокристалла с любым заданным заполнением и уплотнением узлов кристаллической решетки вплоть до идеального кристалла как единой замкнутой квантово-механической системы с минимумом свободных валентностей на поверхности. Идеал — всегда есть цель, к которой приближается реальность. И ничего нет фантастического в том, что касается создания макромолекул, полностью идентичных обычным молекулам с полным внутренним взаимным насыщением валентностей. Но это — только одна задача она диктуется требованиями создания тел с особой механической, жаро- и противокоррозионной прочностью. Сотни других задач связаны с получением тел с заданным числом и характером дефектов решетки решение этих задач позволит получать твердые тела с нужными химическими и физическими свойствами. [c.274]

В 1815—1817 гг. появились работы Ж. Биопосвященные изучению оптической активности некоторых органических вс-ш еств. Ученый связал эту активность со строением молеку.м изучаемых веществ. Я. Берцелиус в своем обзоре за 1838 г. писал Эти исследования находятся еще в самом начале вероятно, они приведут к результатам большого значения Далее Я. Берцелиус указывал, что химически идентичные веш ества обладают различным вращением плоскости поляризации и что нужны ещ(, кропотливые исследования, чтобы получить надежные результаты и выводы. Н . Био сделал важное наблюдение, что оптическая деятельность органических веществ проявляется как в растворах, так и в парообразном состоянии Отсюда вытекал важный вывод, что способность вращения зависит не от кристаллического строения вещества, т. е. ориентированного расположения частиц, а от дйссимметрии молекул, вызванной различным пространственным расположением в них атомов. [c.213]

Предшествовавшие химические и физические теории катализа были объединены и конкретизированы в мультиплетной теории катализа [12], предложенной в 1929 г. докладчиком и с тех пор непрерывно развиваемой на новом фактическом материале. Эта теория впервые ввела в теорию катализа современное учение о строении вещества — реальные модели молекул, кристаллические решетки и энергии связи между атомами. [c.9]

В первом разделе представлены работы, в которых освещаются ре )ультаты теоретических и экспериментальных исследований строения молекул, приводятся многочисленные экспериментальные данные о спектрах органических, элементооргаиических и комплексных соединений, а также расчеты спектральных и электрооптических характеристик молекул. Вто)эой раздел содержит работы по исследованию строения вещества и межмолекулярных взаимодействий, ряд работ откосится к изучению строения и динамики кристаллической решетки. Третий раздел — применение методов спектроскопии к изучению химических реакций, явлений адсорбции и вопросам связи между реакционной способностью и спектроскопическими характеристиками молекул, несколько работ посвящено спектральным исследованиям высокомолекулярных соединений и биологических объектов. [c.2]

Классическое понятие химического соединения сложилось в XIX ст. на основе законов постоянства состава, кратных отношений и атомно-молекулярных представлений о строении вещества. Под химическими соединениями понимались индивидуальные вещества, состоящие из атомов двух или более видов. Качественной и количественной характеристикой индивидуально существующего химического соединения была признана молекула. Однако последующим развитием учения о строении молекул, кристаллических тел и растворов показано, что классическое понятие химического соединения является недостаточным. Так, химическая связь в молекулах тина Nj, состоящих из одноименных атомов, принципиально не отличается от природы химической связи в молекулах из разноименных атомов. Следовательно, химические соединения могут состоять и из одноименных атомов. Исследование строения многих кристаллических веществ, полимеров и растворов сильных электролитов показывает, что в них не обнаруживаются изо.лированные молекулы. Например, все атомы натрия и хлора в кристаллической решетке Na I занимают одинаковые позиции. Кристаллы, подобные Na I, по сути дела являются макромолекулами, величины последних бывают переменными, зависящими от условий кристаллизации, и поэтому не могут рассматриваться в качестве признака химического соединения. Молекулы мономеров в полимерах, например СН2=СН2 в полиэтилене, также не изолированны и не могут служить признаком химического индивида. В растворах сильных электролитов молекулы растворенного вещества могут подвергаться практически 100 %-ной диссоциации. Существует, наконец, большое число твердых фаз, получивших название бертоллидных, которые рассматриваются как соединения перехменного состава, поскольку содержание компонентов в них может изменяться в широких пределах. [c.55]

Структура мицеллы, т. е. взаимное расположение цепеобразных молекул в ней, может изменяться в широких пределах в зависимости от условий (химическая природа лиофила, предварительная обработка его, температура, возраст золя и т. д.). Мицеллы некоторых веществ в разбавленных золях представляют собой рыхло построенные агрегаты с хаотическим, беспорядочным расположением цепеобразпых молекул. Такое строение имеют, например, мицеллы желатина. Они характеризуются аморфным, некристаллическим строением. Мицеллы некоторых полисахаридов (например, клетчатки) при исследовании их с помощью рентгеновских лучей обнаруживают кристаллическое строение. Это связано с тем, что отдельные участки мицелл подобных веществ имеют плотное строение. Цепи (или части их), образующие эти участки, расположены параллельно друг другу и предельно ориентированы, подобно хорошо образованному кристаллу. [c.343]

Кристаллическая сера, состоящая из молекул Зе, может существовать в виде двух модификаций — ромбической и моноклинной, теплота перехода между которыми составляет лишь 2,9 кДж/моль. Небольшие энергетические затраты проявляются и в низких значениях точек перехода. Для серы превращение 5ро б 8 онокл происходит при Т = 95,6° С (при нормальном давлении). В то же время полиморфное превращение атомных кристаллов можно осуществить лишь в результате больших энергетических затрат на разрыв химических связей, что необходимо для перестройки структуры вещества. Так, графит, имеющий слоистое строение, в котором атомы углерода в слое имеют к. ч.=3, может быть превращен в алмаз, в котором к. ч. = 4, при температурах не ниже 1500° С и высоких давлениях. Однако для достижения более плотной структуры алмаза требуется понижение температуры следовательно, нагрев, необходимый для перестройки атомных связей, должен быть компенсирован еще большим повышением давления вплоть до давления порядка 10 . атм. [c.133]

Не следует забывать, что химия исследует вещество только в одном из аспектов. Изучая состав, химические свойства, способы получения твердых веществ, мы не можем обходиться без представления об их электронной конфигурации, кристаллической структуре, без знания закономерностей, которым подчиняются изменения физических свойств с изменением энергетического состояния вещества, словом без физической теории и без физических экспериментов. Химия, физика твердого тела и молекулярная биология — по определению физика-теоретика айскопфа — являются непосредственным следствием квантовой теории движения электронов в кулоновском поле атомного ядра. Все многообразие химических соединений, минералов, изобилие видов в мире организмов обусловливается возможностью расположения в достаточно стабильном положении сравнительно небольшого количества первичных структурных единиц — атомов — огромным количеством способов, диктуемых пространственной конфигурацией электронных волновых функций. Длина связи, т. е. межатомное расстояние,— это диаметр электронного облака, определяемый амплитудой колебания электрона в основном состоянии. Поскольку масса ядра во много раз больше массы электрона, соответствующая амплитуда колебания ядра во много раз (корень квадратный из отношения масс) меньше. Поэтому, как отмечает Вайскопф, ядра способны образовывать в молекулах и кристаллах довольно хорошо локализованный остов, устойчивость которого измеряется энергией порядка нескольких электронвольт, т. е. долями постоянной Ридберга. Местоположения ядер атомов, образующих остов кристалла, с большой точностью определяются методом рентгеноструктурного анализа. Таким образом, бутлеровская теория строения, структурные формулы в наше время получили ясное физическое обоснование. [c.4]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология