химический каталог




Органическая химия

Автор Р.Моррисон, Р.Бойд

. Строение и физические свойства

В предыдущем разделе обсуждалось одно из физических свойств соединений —• дипольный момент. Представляют интерес также другие физические свойства, такие, как температура плавления, температура кипения или растворимость в каком-нибудь растворителе. Физические свойства нового соединения являются ключом для установления его строения. И наоборот, знание строения соединения часто позволяет предсказать его физические свойства.

При попытках синтеза нового соединения следует составить план проведения реакций, позволяющих из имеющегося соединения получить необходимое вещество. Кроме того, следует предложить метод отделения этого вещества от всех других соединений, содержащихся в реакционной смеси: непрореагировавших исходных веществ, растворителя, катализатора, побочных продуктов. Обычно выделение и очистка вещества требуют гораздо

28

Строение и свойстве | |

больше времени и усилий, чем его получение. Легкость выделения вещества с помощью перегонки зависит от его температуры кипения и температур кипения примесей; выделение кристаллизацией зависит от его растворимости в различных растворителях и растворимости примесей. И успех часто зависит от правильного предсказания физических свойств соединения.

Мы видели» что существует два крайних типа химической связи: ионные связи, образующиеся при переносе электрона, и ковалентные связи, образующиеся за счет общей пары электронов. Физические свойства соединения в значительной степени зависят от типа связи атомов в молекуле.

1J5, Температура плавления

В кристаллическом твердом веществе частицы, являющиеся структурными единицами, — ионы или молекулы — расположены в определенном симметричном порядке; существует геометрический шаблон, повторяющийся в кристалле.

Рис. 1.11. Плавление ионного кристалла» Структурными единицами являются ионы.

Плавление представляет собой процесс изменения упорядоченного расположения частиц в кристаллической решетке в более беспорядочное расположение, .характерноедля жидкости (рис. 1 ..И и 1.12). Плавление происходит

Рис. 1.12. Плавление неионного соединения. Структурными единицами являются молекулы.

при той температуре, когда тепловая энергия частиц достаточно велика, чтобы преодолеть силы внутри кристалла, удерживающие частицы в onределенном положении.

Ионное соединение образует кристаллы, в которых структурными единицами являются ионы. Твердый хлористый натрий, например, построен из регулярно чередующихся положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора. Каждый' положительно заряженный ион окружен отрицательно заряженными ионами, находящимися от него на равном расстоянии: по одному с каждой стороны, по одному сверху и снизу, по одному спереди и сзади. Аналогично каждый отрицательно заряженный ион окружен шестью положительными ионами. Нет ничего, что можно было бы, строго говоря, назвать молекулой хлористого натрия. Какой-то определенный ион натрия не «принадлежит» какому-то определенному иону хлора; он в равной мере притягивается шестью ионами хлора. Кристалл представляет собой исключительно прочную жесткую структуру, поскольку электростатические силы, удерживающие каждый ион в определенном положении, велики. Эти значительные межионные силы можно преодолеть только при очень высокой температуре; хлористый натрий плавится при 801 °С.

Кристаллы других ионных соединений аналогичны кристаллам хлористого натрия, поскольку они имеют ионную кристаллическую решетку, хотя точное геометрическое расположение может быть иным. Эти ионные соединения также плавятся при очень высокой температуре. Многие соединения содержат как ионные, так и ковалентные связи. Например, нитрат калия KNOs состоит из ионов К+ и NQj; в ионе NOJ азот и кислород связаны ковалентными связями. Физические свойства таких соединений в основном определяются ионными связями; физические свойства нитрата калия аналогичны свойствам хлористого натрия.

Неионные соединения, т. е. соединения, в которых атомы связаны кова-лентными связями, образуют кристаллы, в которых структурными единицами являются молекулы. Для того чтобы вещество расплавилось, необходимо преодолеть силы, удерживающие эти молекулы вместе. Как правило, эти межмолекулярные силы очень слабы по сравнению с силами, которые удерживают вместе ионы. Чтобы расплавить хлористый натрий, необходима энергия разрыва ионных связей между Na+ и Or. Чтобы расплавить метан СН4, нет необходимости сообщать системе энергию разрыва ковалент-ных связей углерод — водород, а необходима только энергия отрыва молекул метана друг от друга. В противоположность хлористому натрию метан плавится при —183 °С.

1.16. Межмолекулярные силы

Какие же силы удерживают нейтральные молекулы друг около друга? Эти силы, так же как и межионныетилы, по своей природе являются, по-видимому, электростатическими: происходит притяжение положительного и отрицательного зарядов. Существует два типа межмолекулярных сил: диполь-дипольное взаимодействие и вандерваальсовы силы.

Диполь-дипольиое взаимодействие представляет собой притяжение положительного конца одной полярной молекулы отрицательным концом другой. Например, в хлористом водороде относительно положительный водород одной молекулы притягивается относительно отрицательным хлором другой

(- +)

В результате диполь-дипольиого взаимодействия полярные молекулы притягиваются друг к другу сильнее, чем иеполярные молекулы, имеющие примерно такой же молекулярный вес; это различие межмолекулярных сил находит отражение в физических свойствах рассматриваемых соединений (в разд. 15.5 обсуждается наиболее сильное диполь-дипольное взаимодействие — водородная связь).

В неполярном соединении также должны существовать межмолекулярные силы, поскольку даже такие соединения могут быть твердыми. Такие силы называются вандерваальсовьти силами. Существование таких сил объясняется при помощи квантовомеханическнх расчетов. Грубо их можно представить следующим образом. Среднее распределение заряда, например, в молекуле метана симметрично, так что в результате суммарный дипольный момент равен нулю. Однако электроны движутся, ж в какой-то момент времени их распределение изменяется и возникает небольшой диполь. Этот кратковременный диполь будет влиять на распределение электронов в соседней молекуле метана. Отрицательный конец диполя стремится оттолкнуть электроны, а положительный —? притянуть; таким, образом, диполь индуцирует противоположно ориентированный диполь в соседней молекуле.

Несмотря на то что эти моментальные и наведенные диполи постоянно меняются, между молекулами все же возникает притяжение. Эти вандер-ваальсовы силы действуют на очень небольшом расстоянии и только между соприкасающимися молекулами, т. е. между поверхностями молекул. Зависимость между вандерваальсовыми силами и величиной поверхности молекул (разд. 4.14) помогает понять влияние размера и формы молекулы на физические свойства.

По отношению к другим атомам, с которыми он не связан (в другой молекуле или в другой части той же молекулы), каждый атом имеет эффективный «размер», называемый его вандересшьсовым радиусом. По мере сближения двух несвязанных атомов притяжение между ними постепенно возрастает и достигает максимума, когда они почти «касаются» друг друга, т. е. расстояние между ядрами равно сумме ваидерваальсовых радиусов. Далее, если атомы сблизить больше, то очень быстро вандерваальсоео притяжение сменяется вандерваальсовьш отталкиванием. Таким образом, несвязанные атомы стремятся ©близиться до расстояния, равного сумме их вандерваальсовых радиусов, ко сильно сопротивляются дальнейшему сжатию.

Вандерваальсовы силы притяжения и отталкивания имеют значение для понимания строении молекул.

1.17. Температура кипения

Хотя в жидкости частицы менее упорядочены и их движение свободнее, чем в кристалле, каждая частица притягивается рядом других частиц. Кипение представляет собой процесс вырывания из жидкости отдельных

Рис. 1.13. Кипение ионного соединения. Структурными единицами являются ионы и ионные пары.

частиц или пар противоположно заряженных ионов (рис. 1.13 и 1.14). Это происходит, когда достигается температура, при которой тепловая энергия частиц достаточно велика, чтобы преодолеть когезионные силы, удерживающие их в жидкости.

В жидком состоянии ионные соединения существуют в виде ионов. Каждый ион сильно удерживается несколькими противоположно заряженными ионами. И в этом случае нельзя говорить собственно о молекуле. Для того чтобы вырвать пару противоположно заряженных ионов из жидкости, требуется большое количество энергии; поэтому кипение происходит только при очень высоких температурах. Например, температура кипения хлористого натрия 1413 "С. В газообразном состоянии имеется ионная пара, которую можно рассматривать как молекулу хлористого натрия.

В жидком состоянии частицей неионного соединения является молекула. Слабые межмолекулярные силы — диполь-дипольное взаимодействие и вандерваальсовы силы — легче преодолеваются, чем значительные межионные силы Б случае ионных соединений» и кипение происходит при значительРис. 1.14. Кипение неионного соединения. Структурными единицами являются молекулы.

но более низкой температуре. Неполярный метан кипит при —161,5 °С, а полярный аммиак — при —33 °С; даже очень полярная вода имеет относительно низкую температуру кипения 100 °С.

IJ8. Растворимость

При растворении твердого вещества или жидкости структурные единицы — ионы или молекулы — отделяются друг от друга, и пространство между ними заполняется растворителем. При растворении, так же как и при плавлении и кипении, необходимо сообщить энергию, чтобы преодолеть межиониые или межмолекулярные силы. Откуда же берется необходимая энергия? Энергия, необходимая для разрыва связей между частицами, освобождается в результате образования связей между частицами растворяемого вещества и молекулами растворителя: одни силы притяжения заменяются другими.

Для преодоления электростатических сил, удерживающих ионную решетку, необходима большая энергия. Как правило, только вод

страница 6
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136

Скачать книгу "Органическая химия" (15.87Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
http://taxiru.ru/shashki-dlya-taxi-all/
подсвечивающийся информационный бокс
билеты на спектакль пляски. а. стринберг
вмятина крыло гольф 4

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(25.07.2017)