Молекулы, радикалы и ионы

Молекула – наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов.

Соединения, образованные одинаковыми атомами, называют простыми (He, O₂, O₃, H₂, S₈), а образованные разными атомами – сложными (H₂O, H₂O₂, NH₃, CCl₄, C₂H₅OH).

Атомы в молекуле удерживаются химическими связями, возникающими в результате обобществления или перераспределения внешних (валентных) электронов. Каждая обобществленная пара электронов изображается чертой, соединяющей связываемые атомы.

Ионы – заряженные одно- или многоатомные частицы, образующиеся в результате отрыва (присоединения) электрона (электронов) от атома или молекулы с образованием энергетически устойчивых электронных оболочек:

Образование сложных ионов возможно путем присоединения к нейтральным молекулам других ионов:

Образование поваренной соли NaCl из простых веществ сопровождается полным переходом электрона от натрия к хлору с образованием ионов Na⁺ и Cl^–. В кристаллическом NaCl нет молекул. Кристалл поваренной соли состоит из катионов Na⁺ и анионов Cl^–, которые образуют трехмерную решетку. Каждый из ионов занимает центр октаэдра, вершины которого заняты ионами противоположного знака.

Способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов называют валентностью. Мерой валентности считают число атомов водорода или кислорода, присоединенных к элементу (ЭH_n, ЭO_m), при условии, что водород одно-, а кислород двухвалентен.

Степень окисления – условный заряд атома элемента, полученный в предположении, что соединение состоит из ионов. Она может быть положительной, отрицательной, нулевой, дробной и обозначается арабской цифрой со знаком «+» или «–» в виде верхнего правого индекса символа элемента: Cl^–1, Cl⁺⁷, O^–2, H⁺¹, Mg⁺², N^–3, N⁺⁵, Cr⁺⁶.

Для определения степени окисления (с. О.) элемента в соединении (ионе) пользуются следующими правилами:

1. В простых веществах (H₂, S₈, P₄) с. О. равна нулю.

2. Постоянную с. О. имеют щелочные (Э⁺¹) и щелочно-земельные (Э⁺²) элементы, а также фтор F^–1.

3. Водород в большинстве соединений имеет с. О. H⁺¹ (H₂O, CH₄, HCl), в гидридах – H^–1 (NaH, CaH₂); с. О. кислорода, как правило, равна –2 (O^–2), в пероксидах (–O–O–) – –1 (O^–1).

4. В бинарных соединениях неметаллов отрицательная с. О. приписывается элементу, расположенному справа (O⁺²F₂^-2, I⁺¹Cl^-1).

5. Алгебраическая сумма с. О. молекулы равна нулю, иона – его заряду.

Радикалы – частицы, образующиеся при разрыве химической связи, и (или) содержащие нескомпенсированную валентность:

Особую группу составляют свободные радикалы (СР) – химические частицы, содержащие нескомпенсированную валентность (электрон), они могут быть нейтральными или заряженными (ион-радикалы):

	нейтральный СР (ДФПГ)
дифенилпикрилгидролил (ДФПГ)

2ArSCH3 → ArSCH3^+∙ +ArSCH3^–∙,

Формульная единица – электронейтральное образование немолекулярного строения (, Na⁺Cl^-, (NH4)₂⁺SO₄^2-, Fe₃N₂). Термин особенно применим к соединениям непостоянного состава.

Классификация атомно-молекулярных частиц и образований приведена на рис. 1.3.

Рисунок 1.3. Классификация атомно-молекулярных частиц и образований.

Электроотрицательность (ЭО) – способность атома оттягивать на себя электрон в химическом соединении.

В основу электроотрицательности положены следущие физические обоснования (шкалы):

Шкала Полинга базируется на энергии связи при образовании сложного вещества из простых.

Шкала Малликена – ЭО пропорциональна полуразности первого потенциала ионизации и сродства к электрону ЭО ~ 0,5 ∙ (I₁ + E_ср).

Шкала Олреда–Рохова основана на электростатической силе, действующей на внешний электрон

где Z_эф – эффективный заряд ядра атома, e – заряд электрона; r – ковалентный радиус.

Разность электроотрицательностей элементов в соединении пропорциональна ионности связи взаимодействующих атомов; нулевая разность соответствует образованию ковалентной связи.

Эмпирическая формула составляется из атомных символов элементов, записываемых в определенном порядке друг за другом с учетом числа атомов каждого элемента (показано нижним индексом при символах соответствующих атомов).

Молекулярная формула соответствует истинному молекулярному составу соединения: S₂Cl₂, C₆H₆, а не SCl, CH. При изменении состава молекулы в зависимости от температуры берут самую простую формулу: S, P, NO₂ вместо S₈, P₄, N₂O₄.

В структурной формуле указываются последовательность соединения атомов в молекуле (плоская структурная формула) и пространственное расположение атомов в соединении (проекционная структурная формула).

Катион в формулах солей всегда ставится на первое место: MgCl₂, KmnO₄, (NH₄)₂CO₃.

Если соль содержит более одного катиона или более одного аниона, то в формуле они записываются в порядке роста электроотрицательности: KCr(SO₄)₂, PtBr₂Cl₂.

Кислоты рассматриваются как соли протона H⁺: HCl, H₂SO₄, H₃PO₄.

Основания – соединения, у которых анионом служит гидроксид-ион OH^–: KOH, Al(OH)₃.

На рис. 1.4. приведены важнейшие классы неорганических соединений.

Рисунок 1.4. Важнейшие классы неорганических соединений.

Моль – количество вещества, содержащее столько же частиц или структурных единиц (атомов, ионов, молекул, радикалов, электронов, эквивалентов и др.), сколько содержится атомов углерода в 12 г изотопа углерода-12 (число Авогадро)..

Дата добавления: 2014-01-04