Что такое вещество? Строение и свойства веществ

Автор Мария Кравец December 22, 2017

Из курса физики известно, что атомы химических элементов имеют вид свободных частиц. Они могут объединяться между собой посредством различных видов химической связи. В результате образуются молекулы веществ как простых, так и сложных. Таким способом формируется одна из форм существования материи, которая является наиболее распространенной на Земле. В нашей статье мы рассмотрим строение и свойства веществ и приведем примеры различных их состояний: твердого, жидкого и газообразного.

Общая характеристика соединений

Кислород, которым дышат живые существа, алмазная россыпь, залежи каменного угля – это примеры простых веществ, свойства которых зависят от строения их молекул. Они содержат атомы только одного химического элемента – карбона, оксигена, нитрогена. Некоторые из элементов могут образовывать не одно, а несколько простых веществ. Они различаются между собой не только внешним видом, но и внутренним строением, а, значит, и свойствами. Речь идет об аллотропных видоизменениях, на которых мы остановимся далее. Противоположны им частицы сложного соединения, что является другим названием вещества, состоят они из атомов различных элементов. Вода, кухонная соль, этиловый спирт, крахмал – список сложных соединений, образующих объекты материального мира, можно продолжать до бесконечности.

Аллотропия

Как разительно отличаются между собой графитовый стержень карандаша, бриллиант в изысканной оправе и белый кристаллический порошок карбина, добытого из Аризонского кратера... А ведь все три названных простых соединения состоят только из атомов углерода. Почему же они так отличаются друг от друга? Что такое вещество, называемое в химии аллотропной модификацией? Ответ мы найдем во внутреннем строении соединения, т. е. в особенностях формы его кристаллической решетки. В природе аллотропия встречается нечасто. Кислород и озон – еще один пример таких веществ. Они отличаются количеством атомов оксигена в составе молекул: у кислорода их два, в озоне – три.

Алмаз и графит

Гигантская молекула, в которой каждый атом углерода связан с четырьмя другими, расположенными на одинаковом расстоянии, – это алмаз. Ковалентные связи между частицами чрезвычайно прочные, кристалл идеально преломляет световые лучи, поэтому считается самым дорогим ювелирным украшением. Он не проводит электрический ток и является сверхтвердым природным материалом, используемым для бурения скважин и резания стекла. Что такое вещество – графит? Его темно-серые кристаллы - жирные на ощупь, мягкие и легко оставляют след на бумаге. Атомы в молекуле расположены послойно. Он относится к проводникам тока и применяется в электротехнике.

Что такое карбин?

Карбин – третья модификация углерода. В 60-х годах XX века он был получен в лаборатории российского ученого В. В. Коршака, а затем обнаружен в природе в составе метеоритного вещества. Строение его углеродных цепей – линейное, соединение имеет вид волокна, порошка или пленок белого цвета. Карбин обладает свойствами полупроводника, идеально приживается в организме человека. Поэтому он применяется для производства искусственных протезов суставов, кровеносных сосудов, элементов в офтальмологии, урологии и зубном протезировании.

Состояние вещества

Если соединение имеет атомное строение и относится к неметаллам, то его частицы связаны между собой единичной ковалентной связью. По этой причине такие молекулы двухатомные. Что представляют собой следующие формулы: Cl₂, N_2, O₂? Это молекулы хлора, азота, кислорода. В приведенном примере вещества находятся в газообразном состоянии и их частицы движутся разнонаправленно, а силы взаимодействия между ними очень слабы. Иная картина наблюдается, когда агрегатная форма соединения плотная – конденсированная. Жидкости и твердые вещества, в отличие от газов, при постоянной температуре занимают определенный объем. Их частицы притягиваются друг к другу достаточно сильно, природа таких связей – электрическая. Интересным представляется строение металлических соединений, обладающих целым рядом специфических свойств: теплопроводностью, ковкостью, пластичностью, электропроводностью. Что такое вещество-металл сточки зрения строения его кристаллической решетки? Его можно сравнить с гигантским комплексом атомов, содержащим общие электроны. Они двигаются внутри кристалла и образуют так называемый электронный газ, который и является причиной всех выше перечисленных характеристик металлов. Итак, мы установили, что химические соединения имеют три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.

Как внутреннее строение вещества определяет его свойства

Твердая кристаллическая форма является наиболее распространенной в природе. Строение вещества определяется конфигурацией его кристаллической решетки, что, в свою очередь, влияет на физические и химические свойства. Например, самая высокая твердость алмаза объясняется тем, что в узлах его решетки находятся атомы, силы взаимодействия между которыми достаточно велики. Возникшие таким способом ковалентные связи прочно удерживают частицы друг возле друга, обеспечивая устойчивость структуры. Кристаллы йода, напротив, способны быстро разрушаться при нагревании. Даже не переходя в жидкую фазу, йод возгоняется до образования пара, т. е. сублимирует. Объясняется это явление особенностями внутреннего строения кристаллического йода. В узлах его решетки на больших расстояниях друг от друга находятся молекулы. Под влиянием высокой температуры они легко отрываются друг от друга, образуя газовую фазу. Соединения с ионным типом кристаллической решетки являются прекрасными проводниками тока. Они тугоплавкие и прочные, имеют в узлах решетки заряженные частицы – ионы. Между катионами и анионами возникают силы электростатического притяжения, поэтому кристаллы солей достаточно твердые и прочные.

Номенклатура соединений

Наряду с общеизвестными, тривиальными, т. е. давно сложившимися в быту названиями, например: пищевая сода или кухонная соль, существует достаточно разнообразная научная классификация химических соединений. Так, в рациональной номенклатуре они делятся на простые и сложные, металлы и неметаллы. В классификаторе ИЮПАК большое внимание уделено различным группам органических соединений. Название вещества в ней зависит от присутствия в молекуле одинарных, двойных, тройных связей или циклов. Например, соединения, содержащие сигма-связь, называются алканами, а молекулы непредельного характера относят к алкенам или алкинам. Вследствие того, что арсенал новых, синтетических органических соединений постоянно пополняется, они классифицируются согласно международной номенклатуре ИЮПАК. Это обеспечивает принцип систематичности и помогает ученым-химикам разных стран мира в проведении совместных исследований.