Строение вещества в конденсированном состоянии

Понятие валентности

Геометрическая форма молекул

Орбитали с различной симметрией в свободном атоме при образовании химической связи принимают одинаковую форму – гибридизируются, тип гибридизации орбиталей определяет форму молекул.

Тип гибридизации	Форма молекул	Примеры соединений
sp	Линейная	BeCl2, ZnCl2,HgCl2 и др.
sp^2	Плоская (3 орбитали в одной плоскости под углом 120^0)	AlCl3, BF3, H2O и др.
sp^3	Форма тетраэдра	CH4, NH3 и др.

В общем виде валентность – способность атомов образовывать химические связи.

Под валентностью может пониматься:

1. общее количество электронов, участвующих в образовании связей;
2. число электронных пар, которыми данный атом связан с другими атомами;
3. число неспаренных электронов в атоме.

В зависимости от расстояния между частицами, составляющими вещество, и от характера и энергии взаимодействия между ними вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: в твердом, жидком и газообразном.

При достаточно низкой температуре вещество находится в твердом состоянии. Расстояния между частицами кристаллического вещества составляют порядка размера самих частиц. Средняя потенциальная энергия частиц больше их средней кинетической энергии. Движение частиц, составляющих кристаллы, весьма ограниченно. Силы, действующие между частицами, удерживают их в близи равновесных положений. Этим объясняется наличие у кристаллических тел собственных формы и объема и большое сопротивление сдвигу.

При плавлении твердые вещества переходят в жидкость. По структуре жидкое вещество отличается от кристаллического тем, что не все частицы находятся друг от друга на тех же расстояниях, что и в кристаллах, часть молекул отдалена друг от друга на большие расстояния. Средняя кинетическая энергия частиц для веществ в жидком состоянии примерно равна их средней потенциальной энергии.

Твердое и жидкое состояния часто принято объединять общим термином - конденсированное состояние.

При испарении (кипении) жидкое вещество переходит в газообразное состояние. В этом состоянии частицы находятся на расстояниях, значительно превышающих их размеры, поэтому силы взаимодействия между ними очень малы и частицы могут свободно перемещаться. В кристалле все частицы образуют единый агрегат, в жидкости много крупных агрегатов, в газах могут встречаться лишь отдельные частицы, состоящие из 2-5 молекул. Средняя кинетическая энергия частиц газа значительно больше их средней потенциальной энергии, поэтому силы притяжения между ними недостаточны для того, чтобы удержать друг возле друга.

Если газу сообщить столь большую энергию, что о него молекул начинают отрываться электроны, то в предоставленном ему пространстве будут накапливаться положительно и отрицательно заряженные частицы. Происходит термическая ионизация и переходит в плазменное состояние (плазма - смесь атомных ядер, электронов и положительно заряженных ионов).

При расширении газов, конденсации, адсорбции, растворении и во многих других процессах проявляется межмолекулярное взаимодействие. Оно отличается от химического тем, что проявляется на значительно больших расстояниях и характеризуется отсутствием насыщаемости и специфичности, небольшими энергиями.

Силы межмолекулярного взаимодействия имеют электрическую природу и характеризуют электростатическое притяжение или отталкивание, возникающее между полярными молекулами и неполярными, в которых возникают диполи под действием внешних факторов. Такие силы называют силами Ван-дер-Ваальса (в честь ученого, который предложил уравнение состояния газа, учитывающее межмолекулярное взаимодействие).

На сравнительно больших расстояниях между молекулами, когда их электронные оболочки не перекрываются, проявляется только действие сил притяжения. Если молекулы полярны, то возникает электростатическое взаимодействие их друг с другом, которое называется ориентационным. Оно тем больше, чем больше дипольный момент молекул. При повышении температуры и увеличении расстояния между молекулами притяжение полярных молекул уменьшается.

Неполярные молекулы под действием поля соседних полярных частиц (молекул, ионов) поляризуются, в них возникает индуцированный дипольный момент. Взаимодействие индуцированных диполей тем больше, чем легче деформируется молекула. Энергия взаимодействия таких молекул растет с увеличением дипольного момента и уменьшается с ростом расстояния между ними, но не зависит от температуры.

Помимо дипольного взаимодействия между молекулами действует еще одна составляющая межмолекулярных сил, связанная с движением электронов в молекуле. Систему электрон-ядро можно рассматривать как диполь, отрицательный полюс которого (электрон) быстро перемещается. В молекулах, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, движение электронов становится в известной мере согласованным, так что диполи "ядро-электрон" оказываются обращенными друг к другу противоположно заряженными полюсами. Это обуславливает притяжение молекул. Данное взаимодействие называют дисперсионным. Дисперсионные силы действуют между частицами любого вещества.

Дата добавления: 2014-01-06