Molekula a atóm: čo to je, čo je spoločné a aký je rozdiel. Úvod do chémie

V tejto lekcii sa môžete dozvedieť niečo nové o najmenších časticiach, ktoré tvoria látky.

Viac lekcií na stránke

Niektoré myšlienky o atómoch a molekulách vyjadrené M. V. Lomonosovom pol storočia pred D. Daltonom sa ukázali ako spoľahlivejšie a vedeckejšie. Napríklad anglický vedec kategoricky poprel možnosť existencie molekúl pozostávajúcich z rovnakých atómov. Jeho názory mali negatívny vplyv na rozvoj chémie Doktrína molekúl a atómov bola nakoniec prijatá až v roku 1860 na Svetovom kongrese chemikov v Carlerue.

Čo sú teda molekuly a atómy?

Molekuly sú najmenšie častice hmoty, ktorej zloženie je Chemické vlastnosti rovnako ako pre túto látku. Molekuly sú konečným výsledkom mechanickej fragmentácie látky.

Atómy sú najmenšie chemicky nedeliteľné častice, ktoré tvoria molekuly. Molekuly sú na rozdiel od atómov chemicky deliteľné častice.

Molekulárne látky

Molekulárne látky molekuly

Molekuly- najmenšia častica molekulárnej látky, ktorá môže existovať samostatne a zachovať si svoje chemické vlastnosti.

Molekulové látky majú nízke teploty topenia a varu a existujú za štandardných podmienok v pevnom, kvapalnom alebo plynnom stave.

Napríklad: Voda je kvapalina, t pl=0 °C; t balík= 100 °С

Voda je najznámejšia a veľmi rozšírená látka na našej planéte: povrch Zeme je z 3/4 pokrytý vodou, človek tvorí 65% voda, život bez vody nie je možný, keďže v r. vodný roztok V tele prebiehajú všetky bunkové procesy. Voda je molekulárna látka. Je to jedna z mála látok, ktoré sa prirodzene vyskytujú v pevnom, kvapalnom a plynnom skupenstve a jediná látka, pre ktorú má každý z týchto stavov svoj vlastný názov.
Štrukturálne vlastnosti vody spôsobujú jej nezvyčajné vlastnosti. Napríklad, keď voda zamrzne, zväčší svoj objem, takže v jej tavenine pláva ľad – tekutá voda a najväčšia hustota vody je pozorovaná pri 4 o C, takže v zime veľké vodné plochy nezamŕzajú až ku dnu. Samotná stupnica Celziovej teploty je založená na vlastnostiach vody (0 o – bod mrazu, 100 o – bod varu). S príčinami týchto javov a chemickými vlastnosťami vody sa bližšie zoznámite neskôr.

Nemolekulárne látky

Nemolekulárne látky- sú to látky, ktorých najmenšie štruktúrne častice sú atómov alebo ióny.

A on je atóm alebo skupina atómov, ktorá má kladný alebo záporný náboj.

Napríklad: Na+, Cl-.

Nemolekulárne látky sa nachádzajú v pevných látkach za štandardných podmienok stav agregácie a majú vysoké teploty topenia a varu.

TÉMA 1: Štruktúra materiálov

ČASŤ 1. „Náuka o materiáloch. Konštrukčná technológia

materiály"

Koncept štruktúry …………………………………………………………

Atóm, molekula, chemická väzba……………………………….

Fázový stav hmoty …………………………………………..

Plyn a kvapalina ……………………………………………………….

Pevná látka …………………………………………………..

Technický význam materiálov závisí od ich štruktúry a vyjadruje sa v ich vlastnostiach. Štruktúru materiálov charakterizuje ich štruktúra.

Štruktúra– súbor stabilných väzieb materiálu, ktoré zabezpečujú jeho celistvosť a zachovanie základných vlastností pri vonkajších a vnútorných zmenách.

Štruktúra materiálov je určená mnohými faktormi: štruktúrou atómov, iónov, molekúl, distribúciou elektrónov v nich, typom väzieb medzi časticami atď. Vo vede o materiáloch je obvyklé zvážiť tri úrovne štruktúry materiálov: atóm – molekula – fáza.

Akákoľvek látka nie je niečo pevné, ale pozostáva z jednotlivých veľmi malých častíc. Rozdiely medzi látkami sú spôsobené rozdielmi medzi ich časticami: častice jednej látky sú rovnaké, častice rôzne látky sú rôzne. Za všetkých podmienok sú častice látky v pohybe a čím vyššia je telesná teplota, tým je tento pohyb intenzívnejší.

Pre väčšinu látok sú častice molekuly. Molekuly sa zas skladajú z atómov.

Molekula- najmenšia častica látky, ktorá má jej chemické vlastnosti.

Atóm– najmenšia častica chemického prvku, ktorá má svoje chemické vlastnosti.

Atóm je systém pozostávajúci z kladne nabitého jadra, okolo ktorého obiehajú záporne nabité elektróny. Elektróny sú priťahované k jadru a navzájom sa odpudzujú. Elektróny umiestnené bližšie k jadru sú vystavené väčšej príťažlivosti; oslabujú príťažlivosť vonkajších elektrónov, ktoré sa nachádzajú vo väčšej vzdialenosti od jadra. Vonkajšie elektróny môžu byť odstránené z jedného atómu a pripojené k inému atómu, čím sa zmení počet jeho vonkajších elektrónov. Takéto elektróny sa nazývajú valencia.

Molekula môže obsahovať rôzny počet atómov. V tomto prípade sa atómy môžu navzájom kombinovať nielen v rôznych pomeroch, ale aj rôznymi spôsobmi. Preto s relatívne malým počtom chemické prvky počet rôznych látok je veľmi veľký.

Atóm po interakcii s atómami inej jednoduchej látky narúša svoju stabilnú štruktúru a stráca chemické vlastnosti pôvodnej jednoduchej látky. Vytvára novú molekulu s inými atómami chemická látka s novým komplexom chemických a fyzikálne vlastnosti. Molekuly zložitých látok pozostávajú z rôznych atómov, ktoré vstúpili do chemická reakcia, kde napríklad horný index označuje číslo skupiny Periodická tabuľka prvkov a nižšie sú počet atómov tohto prvku v zlúčenine. Molekuly jednoduché látky pozostávajú z rovnakých atómov, ktoré tiež interagujú navzájom.

Medzi takéto jednoduché látky patria inertné plyny a kovy.

V látkach, ktoré majú iónovú alebo atómovú štruktúru, nie sú nositeľom chemických vlastností molekuly, ale tie kombinácie iónov a atómov, ktoré tvoria túto látku.

Atóm je komplexný systém záporne nabitých elektrónov a kladne nabitého jadra. V dôsledku interakcie elektrických polí vytvorených elektrónmi a jadrami atómov, ktoré sa podieľajú na tvorbe molekuly alebo kryštálu, chemická väzba, ktorý môže byť kovalentný, iónový, kovový, molekulárny. Príťažlivé sily vznikajú v dôsledku interakcie elektrónov s kladnými. poplatok jadro vlastného atómu, ako aj kladne. poplatok jadrá susedných atómov. Odpudivé sily vznikajú v dôsledku interakcie, ktorá spôsobuje kontamináciu jadier susedných atómov, keď sa k sebe približujú. Objavujú sa pri silnom približovaní a rastú intenzívnejšie ako príťažlivé sily.

F

Odpudzovanie

Výsledná sila

Atrakcia d0

Ryža. Zmeny v sile interakcie (a) a väzbovej energii (b), keď sa atómy v kryštáli približujú k sebe

K vyrovnávaniu síl dochádza, keď sa častice k sebe priblížia na vzdialenosť d0. Tento prístup zodpovedá minimálnej väzbovej energii Eb, vďaka čomu je väzbová energia pre rôzne kryštály termodynamicky stabilná

Určuje teplotu topenia, modul pružnosti, teplotný koeficient lineárna expanzia atď.

Kovalentná chemická väzba je tvorený dvoma elektrónmi a tento elektrónový pár patrí dvom atómom. Kryštály, v ktorých prevláda kováčska výroba. Typ väzby sa nazýva kovalentná Sú tvorené prvkami IV, V, VI podskupiny B mendelovskej periodickej tabuľky: uhlík, kremík, germánium, antimón, bizmut atď. Atómy pri interakcii zdieľajú svoje valenčné elektróny so susednými atómami. , čím sa doplní valenčná zóna. Každá väzba je tvorená párom elektrónov pohybujúcich sa po uzavretých dráhach medzi dvoma atómami. Počet atómov n, s ktorými sú elektróny zdieľané, závisí od valencie prvku a je určený jeho tvarom.

kde N je valencia prvkov.

Napríklad pre uhlík je toto číslo n=4, t.j. atóm uhlíka má štyri valenčné elektróny, prostredníctvom ktorých vytvára štyri smerové väzby a vstupuje do výmennej interakcie so štyrmi susednými atómami.

Vytvorenie chemickej väzby medzi atómami je výsledkom vzájomného prenikania („prekrývania“) elektrónových oblakov, ku ktorému dochádza, keď sa vzájomne pôsobiace atómy priblížia k sebe. V dôsledku tohto vzájomného prieniku sa zvyšuje hustota záporného elektrického náboja v medzijadrovom priestore. Pozitívne nabité atómové jadrá sú priťahované do oblasti prekrývajúcich sa elektrónových oblakov, čo vedie k vytvoreniu stabilnej molekuly.

Čím viac sa interagujúce oblaky elektrónov prekrývajú, tým silnejšia je kovalentná väzba.

Ak dvojatómová molekula pozostáva z atómov jedného prvku (napríklad molekuly atď.), potom je každý elektrónový oblak tvorený spoločným párom elektrónov a nesúci kovalentnú väzbu rozmiestnený v priestore symetricky vzhľadom na oba atómy. V tomto prípade sa kovalentná väzba nazýva nepolárne. Ak dvojatómová molekula pozostáva z atómov rôznych prvkov, potom je celkový elektrónový oblak posunutý smerom k jednému z atómov, takže dochádza k asymetrii v rozložení náboja. V takýchto prípadoch sa kovalentná väzba nazýva polárny.

Napríklad v molekule HCl je spoločný elektrónový pár posunutý smerom k atómu chlóru. Preto je molekula chlorovodíka polárna molekula.

Polarita molekúl má výrazný vplyv na vlastnosti látok, ktoré tvoria. Látky tvorené polárnymi molekulami ich zvyknú mať viac vysoké teploty topenia a varu ako látky vyrobené z nepolárnych molekúl.

Iónová väzba– sa uskutočňuje v dôsledku vzájomnej elektrostatickej príťažlivosti opačne nabitých iónov.

Počas chemických reakcií získavajú atómy elektróny z atómov iných prvkov alebo darujú elektróny iným atómom.

Atómy, ktoré sa vzdali niektorých elektrónov, získavajú kladný náboj a stávajú sa kladne nabitými ióny. Atómy, ktoré získavajú elektróny, sa stávajú záporne nabitými iónmi. Opačné nabité ióny sú držané blízko seba silami elektrostatickej príťažlivosti.

Dva rozdielne ióny, ktoré sa navzájom priťahujú, si zachovávajú schopnosť elektrostaticky interagovať s inými iónmi. Tento ión môže okolo seba koordinovať množstvo ďalších iónov opačného znamienka. Iónové molekuly sú schopné sa navzájom kombinovať.

Látky s iónovými väzbami v molekule sa vyznačujú vysokými teplotami topenia a varu.

Kovové spojenie je väzba, v ktorej elektróny každého jednotlivého atómu patria všetkým atómom, ktoré sú v kontakte. V tomto prípade sa valenčné elektróny môžu voľne pohybovať v objeme kryštálu. Kovová väzba je charakteristická pre kovy, ich zliatiny a intermetalické zlúčeniny.

Kovový stav vzniká v komplexe atómov, keď pri ich približovaní vonkajšie elektróny strácajú spojenie s jednotlivými atómami a stávajú sa spoločnými, t.j. kolektivizovať a voľne sa pohybovať medzi kladne nabitými a periodicky umiestnenými iónmi.

Stabilita kovu, ktorý je teda systémom ión-elektrón, je určená elektrickou príťažlivosťou medzi kladne nabitými iónmi a zovšeobecnenými elektrónmi.

Pevnosť väzby v kovoch je určená odpudivými silami a príťažlivými silami medzi iónmi a elektrónmi a nemá jasne definovaný smerový charakter. Atómy v kove sú usporiadané pravidelne a tvoria pravidelnú kryštálovú mriežku, ktorá zodpovedá minimálnej energii interakcie medzi atómami.

Kovové pripojenie je nesmerové. Dôsledkom toho je vysoké koordinačné číslo a väčšia kompaktnosť kryštálových štruktúr kovov.

Bežným javom medzi kovovými kryštálmi je polymorfizmus– schopnosť v pevnom stave pri rôznych teplotách (alebo tlaku) mať Rôzne druhy kryštálové štruktúry. Tieto kryštálové štruktúry sa nazývajú alotropné formy, alebo modifikácií. Nízkoteplotná modifikácia sa označuje a a vysokoteplotná modifikácia b,g,d atď.

Špecifické vlastnosti kovovej väzby vysvetľujú charakteristické vlastnosti kovov. Vysoká elektrická vodivosť kovov sa vysvetľuje prítomnosťou voľných elektrónov v nich. Ktoré sa pohybujú v potenciálnom poli mriežky. So zvyšovaním teploty sa zvyšujú vibrácie atómov (iónov), čo bráni pohybu elektrónov, čo má za následok zvýšenie elektrického odporu. Pri nízkych teplotách sa výrazne znižuje vibračný pohyb iónov (atómov) a zvyšuje sa elektrická vodivosť.

Vysoká plasticita kovov sa vysvetľuje periodicitou ich atómovej štruktúry a nedostatočnou smerovosťou kovovej väzby. S mechanickým vplyvom na pevný jednotlivé vrstvy jeho kryštálovej mriežky sú voči sebe posunuté. V kryštáloch s atómovou štruktúrou to vedie k rozbitiu kovalentných väzieb medzi atómami patriacimi do rôznych vrstiev a kryštál je zničený. V kryštáloch s iónovou štruktúrou sa pri vzájomnom premiestnení vrstiev nevyhnutne vytvorí poloha, v ktorej sa v blízkosti objavia podobne nabité ióny, vznikajú elektrostatické odpudzujúce sily a kryštál sa zničí. V prípade kovu, keď sú jednotlivé vrstvy jeho kryštálovej mriežky posunuté, dochádza len k určitej redistribúcii elektrónového plynu, čím sa atómy kovu navzájom spájajú, ale nedochádza k prerušeniu chemických väzieb - kov sa deformuje bez deštrukcie .

molekulová väzba– najslabšia väzba (van der Waalsova väzba) existuje medzi molekulami v niektorých látkach s kovalentnými vnútromolekulovými väzbami. Príťažlivosť medzi molekulami je tu zabezpečená koordinovaným pohybom elektrónov v susedných molekulách: v každom okamihu sú elektróny od seba čo najďalej a čo najbližšie k (+) iónom. V tomto prípade je sila príťažlivosti medzi elektrónmi a (+) iónmi vyššia ako sila odpudzovania medzi elektrónmi na vonkajších dráhach.

Kľúčové slová abstraktu: Atómovo-molekulárna veda, atómy, molekuly a ióny, elementárne častice, jadro, elektrón, protón, neutrón.

Staroveký grécky filozof Democritus Pred 2500 rokmi navrhol, že všetky telesá pozostávajú z malých, neviditeľných, nedeliteľných, neustále sa pohybujúcich častíc - atómov. V preklade znamená „atóm“ „nedeliteľný“.

Náuka o molekulách a atómoch sa rozvíjala najmä v 18.-19. Veľký ruský vedec M. V. Lomonosov tvrdil, že telá v prírode pozostávajú z telieska(molekuly), ktoré zahŕňajú prvkov(atómy). Vedec vysvetlil rozmanitosť látok kombináciou rôznych atómov v molekulách a rôznym usporiadaním atómov v nich.

Za zakladateľa atómovo-molekulárnej vedy sa považuje slávny anglický vedec John Dalton. Napriek tomu sa niektoré myšlienky o atómoch a molekulách, ktoré vyslovil Lomonosov pol storočia pred Daltonom, ukázali ako spoľahlivejšie a vedeckejšie. Napríklad jeden anglický vedec poprel možnosť existencie molekúl tvorených identickými atómami.

Definitívne uznanie získal až v roku 1860 na Svetovom kongrese chemikov v Karlsruhe.

Molekuly

Každá jednotlivá látka pozostáva z rovnakých molekúl. Napríklad látka voda pozostáva z molekúl vody. Ale veľkosti molekúl vody sú veľmi malé, takže aj malá kvapka vody obsahuje obrovské množstvo molekúl, ktoré majú rovnaké zloženie a vlastnosti.

Molekuly- sú to najmenšie častice mnohých látok, ktorých zloženie a chemické vlastnosti sú rovnaké ako u danej látky. Pri chemických reakciách sa molekuly rozpadajú, to znamená, že ide o chemicky deliteľné častice. Molekuly sa skladajú z atómov.

Atómy

Treba mať na pamäti, že existujú aj látky pozostávajúce z jednotlivých rovnakých atómov. Najmenšie častice, ktoré si zachovávajú charakteristické chemické vlastnosti takýchto látok, sú atómov. Vzácne plyny – hélium, neón, argón atď. – sa teda skladajú z jednotlivých atómov Atómy sa na rozdiel od molekúl pri chemických reakciách nedelia na menšie časti.

Atómy- Sú to najmenšie chemicky nedeliteľné častice hmoty.

Elementárne častice

Koncom 19. a začiatkom 20. stor. Zistilo sa, že atómy pozostávajú z ešte menších častíc. Tieto častice boli tzv elementárne častice . V strede atómu je kladne nabitý jadro, okolo ktorého sú záporne nabité častice - elektróny. Náboj elektrónu sa považuje za -1.

Jadro atómu sa zase skladá z elementárne častice. Medzi jadrá atómov patria kladne nabité častice – protóny a častice, ktoré majú takmer rovnakú hmotnosť ako protóny, ale nemajú náboj – neutróny. Protónový náboj číselne sa rovná náboju elektrónu, ale má opačné znamienko (+1).

Napríklad atóm vodíka pozostáva z jadra, ktoré obsahuje iba jeden protón a jeden elektrón. Atóm hélia pozostáva z jadra obsahujúceho 2 protóny a 2 neutróny, ako aj 2 elektróny. Atóm lítia pozostáva z jadra obsahujúceho 3 protóny, 4 neutróny a 3 elektróny.

Ióny

Niektoré atómy pri interakcii s inými atómami môžu stratiť alebo naopak získať jeden alebo viac elektrónov. V dôsledku toho sa elektricky neutrálny atóm zmení na nabitú časticu - a on. Ak atóm stratí jeden alebo viac elektrónov, nazýva sa kladne nabitý ión. Atóm, ktorý navyše pridal jeden alebo viac elektrónov, sa nazýva negatívne nabitý ión. Opačné nabité ióny sa navzájom priťahujú. Teória elektrónov a iónov sa podrobnejšie rozoberá v kurze fyziky ()

Molekula – najmenšia častica látky, ktorá určuje jej vlastnosti a je schopná samostatnej existencie. Pozostáva z rovnakých alebo rôznych atómov.

Zlúčeniny tvorené rovnakými atómami sa nazývajú jednoduché(He, O 2, O 3, H 2, S 8) a tie, ktoré sú tvorené rôznymi atómami - komplexné(H20, H202, NH3, CCI4, C2H5OH).

Atómy v molekule sú držané pohromade chemickými väzbami, ktoré vznikajú v dôsledku zdieľania alebo redistribúcie vonkajších (valenčných) elektrónov. Každý zdieľaný pár elektrónov je reprezentovaný čiarou spájajúcou viazané atómy.

Ióny – nabité mono- alebo polyatómové častice vytvorené ako výsledok odtrhnutia (naviazania) elektrónu (elektrónov) od atómu alebo molekuly za vzniku energeticky stabilných elektrónových obalov:

Vzdelávanie stolová soľ NaCl z jednoduchých látok je sprevádzaný úplným prenosom elektrónov zo sodíka na chlór za vzniku iónov Na + a Cl –. V kryštalickom NaCl nie sú žiadne molekuly. Kryštál kuchynskej soli pozostáva z katiónov Na + a aniónov Cl –, ktoré tvoria trojrozmernú mriežku. Každý ión zaberá stred oktaédra, ktorého vrcholy sú obsadené iónmi opačného znamienka.

Schopnosť atómu pridať alebo nahradiť určitý počet iné atómy sa nazývajú valencia . Valencia sa meria počtom atómov vodíka alebo kyslíka pripojených k prvku (EH n EO m), za predpokladu, že vodík je jednomocný a kyslík je dvojmocný.

Oxidačný stav – podmienený náboj atómu prvku získaný za predpokladu, že zlúčenina pozostáva z iónov. Môže byť kladný, záporný, nulový, zlomkový a označuje sa arabskou číslicou so znamienkom „+“ alebo „–“ vo forme indexu vpravo hore symbolu prvku: Cl –, Cl 7+, O 2– , H+, Mg2+, N3–, N5+, Cr6+.

Na určenie oxidačného stavu (s.o.) prvku v zlúčenine (ióne) sa používajú nasledujúce pravidlá:

Radikáli – častice vznikajúce pri prerušení chemickej väzby a (alebo) obsahujúce nekompenzovanú valenciu:

Elektronegativita (EO) - schopnosť atómu pritiahnuť k sebe elektrón v chemickej zlúčenine.

Elektronegativita je založená na nasledujúcich fyzikálnych zdôvodneniach (škálach):

Paulingova stupnica je založená na väzbovej energii formácie komplexná látka od jednoduchých.

Mulliken – EO stupnica je úmerná polovičnému rozdielu prvého ionizačného potenciálu a elektrónovej afinity EO ~ 0,5 ∙ ( ja 1 + E St).

Allred-Rochowova stupnica je založená na elektrostatickej sile pôsobiacej na vonkajší elektrón

Kde Z eff je efektívny náboj atómového jadra, e- elektrónový náboj; r– kovalentný polomer.

Rozdiel v elektronegativite prvkov v zlúčenine je úmerný iónovej schopnosti väzby interagujúcich atómov; nulový rozdiel zodpovedá vytvoreniu kovalentnej väzby.

Empirický vzorec sa skladá z atómových symbolov prvkov zapísaných v určitom poradí jeden po druhom.

Molekulový vzorec zodpovedá skutočnému molekulovému zloženiu zlúčeniny: S2Cl2, C6H6, a nie SCI, CH. Keď sa zloženie molekuly mení v závislosti od teploty, použije sa najjednoduchší vzorec: S, P, NO 2 namiesto S 8, P 4, N 2O 4.

IN štruktúrny vzorec je naznačená postupnosť spojenia atómov v molekule (plochá štruktúrny vzorec) a priestorové usporiadanie atómov v zlúčenine (projekčný štruktúrny vzorec).

katión v soľných vzorcoch je vždy na prvom mieste: MgCl 2, KMnO 4, (NH 4) 2CO 3.

Ak soľ obsahuje viac ako jeden katión alebo viac ako jeden anión, potom sú vo vzorci zapísané v abecednom poradí ich symbolov: KCr(SO 4) 2, PtBr 2Cl 2.

Kyseliny sa považujú za soli protónu H+: HCl, H 2SO 4, H 3PO 4.

Dôvody– zlúčeniny, v ktorých je aniónom hydroxylový ión OH –: KOH, Al(OH) 3.

Na obr. 1.4. Uvádzajú sa najdôležitejšie triedy anorganických zlúčenín.

Krtko - množstvo látky obsahujúce rovnaký počet častíc resp štruktúrne jednotky(atómy, ióny, molekuly, radikály, elektróny, ekvivalenty atď.), ako v 12a. e.m. izotop uhlíka-12.