Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 53

Рис. 230

Молекулы с ионной связью (NaCl, и т. п.) — могут объединяться и далее, с образованием более крупной молекулы, т. н. ионного кристалла, в котором, в отличие от монокристалла металла, электроны делокализованы лишь между соседними атомами (например, между ионом Cl–, и шестью ионами Na+, окружающими его, см. рис. 231). Хотя делокализация и локальна, ионный кристалл представляет собой единое целое (молекулу), т. к. в нём нельзя выделить индивидуальных молекул (каждый ион взаимодействует с соседними ионами, а соседние ионы — со своими соседями).

Рис. 231 [XXII]. Кристаллическая решётка NaCl (зелёный — Na+, красный — Cl–)

Различие в структуре — приводит к тому, что молекулы-ионные кристаллы, в отличие от молекул-монокристаллов металлов — растворимы в полярных растворителях (например, воде), не проводят электрический ток, и т. д. отличаются физическими и (в виде самой внутренней структуры) химическими свойствами.

Далее: В отличие от ионной связи, при ковалентном полярном виде связи, электронная плотность в молекуле смещена не столь резко (различие электроотрицательности у связываемых элементов — менее примерного числа 1,7, но более такого же примерного значения 0,3). Ковалентные полярные молекулы, объединяясь друг с другом, образуют уже т. н. молекулярные кристаллы, т. е. кристаллы, очевидно состоящие из молекул, как относительно самостоятельных частей (структурных единиц). Молекулярные кристаллы — это уже один из примеров более высокого уровня вещества, расположенного выше уровня молекул, а именно — простых молекулярных тел (подробнее о которых — позже).

Далее: При следующем виде химической связи, ковалентной неполярной связи, объединяются атомы с одинаковой (или слабо отличающейся, менее чем на 0,3) электроотрицательностью, так что электронная плотность в молекуле смещается в середину расстояния между атомами (примеры: N2, Cl2 и т. п.), либо делокализуется между несколькими атомами в т. н. ароматических (и некоторых др.) соединениях (см. пример на рис. 232). Крайним проявлением ковалентной неполярной связи, может считаться металлическая связь, — обладающая неограниченной делокализацией электронов.

Рис. 232 [XXIII]. Молекула бензола

Молекулы ковалентных неполярных соединений, соединяясь друг с другом в кристаллы, также сохраняют относительную самостоятельность (не сливаются в единую молекулу), и т. о. образуют молекулярные кристаллы, в которых молекулы связаны относительно слабо (по сравнению с атомами), поэтому молекулярные кристаллы, в отличие от металлических и ионных (= состоящих напрямую из атомов) — легко плавятся, имеют низкую плотность, и т. п., а многие вещества из молекул с ковалентными неполярными связями, при т. н. нормальных условиях — находятся не в твёрдом, а в жидком (Br2) или газообразном состоянии (H2, N2 и т. п.).

Итак, мы рассмотрели основу различных видов (сильных) химических связей. Как видно, различие всех этих видов связей (и образующихся молекул) — происходит из различий в значениях электроотрицательности связываемых атомов, что определяет степень (и направление) смещения электронной плотности в молекулах.

Далее: Рассмотрим, подробнее, вопрос о разнообразии молекул в окружающем Мире:

Помимо разнообразия, связанного с видами химической связи (т. е. молекулы металлов (монокристаллы), ионные кристаллы, двухатомные неполярные молекулы, ароматические и т. п.), для понимания всего имеющегося (и возможного) разнообразия молекул, нужно учесть и более частные источники разнообразия, в т. ч. то, что между собой могут соединяться атомы различных, 118-и элементов таблицы Менделеева (где каждый элемент — химически уникален). Т. о. схожие по структуре, молекулы, но имеющие атомы разных элементов в составе — химически (и физически) различимы, пример: H2O (вода) и H2S (газ сероводород). Кроме того, атомы могут соединяться друг с другом в разном порядке, и разном числе, и с выбором одной из множества возможных геометрических конфигураций. Если учесть эти, относительно частные, вышеперечисленные источники разнообразия молекул, и их сочетания, видно, что разнообразие молекул в окружающем Мире — может быть практически безграничным.

Чтобы не запутаться в этом сложном разнообразии, для удобства, разработана и совершенствуется классификация молекул (общепринятая), — отражающая, прежде всего, общие химические свойства различных типов молекул (т. е. находящая, среди частных химических свойств — общие): Так, все молекулы, согласно этой классификации, сперва, традиционно, делят на органические и неорганические. Органические молекулы, как уже упоминалось ранее — есть те, что имеют углеродный скелет (или хотя бы атом углерода) в составе. Такие молекулы, как известно, имеются в структуре всех известных живых организмов, существующих на Земле. Органические молекулы, далее — делят на различные классы: примеры: спирты, углеводы, карбоновые кислоты, жиры, нуклеиновые кислоты, белки, и мн. др. (не будем на том подробно останавливаться).

Остальные молекулы (не имеющие углеродного скелета) — называют неорганическими. Их известно также множество классов: примеры: (неорганические) кислоты, щёлочи, соли, оксиды, и мн. др. (подробности — также опускаем).

Далее: Вопросы классификации, как и химические реакции молекул, и другие относительно частные вопросы — изучаются, преимущественно, в рамках комплекса химических наук, которым наиболее соответствует изучение молекулярного уровня вещества. Оставляя эти и другие относительно частные вопросы, переходим к рассмотрению следующего, более высокого уровня вещества:

Простые молекулярные тела

Это — следующий уровень вещества, после молекул. Объекты этого уровня — состоят из молекул. Простые молекулярные тела, в отличие от молекул — удобно рассматривать как среды. Они могут быть твёрдые (например, кристалл сахара), жидкие (например, вода, в обычных условиях), или газообразные (например, атмосфера).

Твёрдые молекулярные тела — известны в двух формах: в форме молекулярных кристаллов, и в форме аморфных веществ.

Молекулярные кристаллы, в отличие от ионных кристаллов и монокристаллов металлов (= молекул) — имеют, как уже говорилось, значительно более низкие температуры плавления (из-за относительной слабости межмолекулярных химических связей), а также низкую плотность, и т. п. Вышесказанное — не относится молекулярным кристаллам, образуемым металлами (т. е. поликристаллам, состоящим из связанных молекул-монокристаллов), — которые имеют, в отличие от других молекулярных кристаллов, высокую температуру плавления и плотность, сравнимые с таковыми для ионных кристаллов. Примерами молекулярных кристаллов металлов = поликристаллов — могут служить металлы в самородной форме, и металлические изделия.

Аморфные твёрдые молекулярные тела, в отличие от кристаллов — имеют хаотичную внутреннюю структуру (лишены т. н. дальнего порядка, в расположении элементов своей структуры, свойственного кристаллам). Кроме того, молекулярные кристаллы металлов (поликристаллы), в той или иной степени — тоже близки к аморфным молекулярным телам, хотя традиционно к ним не относятся (степень кристалличности или аморфности, у металлического поликристалла — зависит от величины разупорядоченности монокристаллов, что отражается в таких его физических свойствах как например: степень прочности, и т. п.).