მოგეხსენებათ, ქიმია სწავლობს ნივთიერებების აგებულებასა და თვისებებს, აგრეთვე მათ ურთიერთ გარდაქმნებს. ქიმიური ნაერთების დახასიათებაში მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს საკითხს, თუ რა სახის ნაწილაკებისგან შედგება ისინი. ეს შეიძლება იყოს ატომები, იონები ან მოლეკულები. მყარ სხეულებში ისინი შედიან ბროლის გისოსების კვანძებში. მოლეკულურ სტრუქტურას აქვს ნაერთების შედარებით მცირე რაოდენობა მყარ, თხევად და აირად მდგომარეობაში.
ჩვენს სტატიაში მივცემთ ნივთიერებების მაგალითებს, რომლებიც ხასიათდება მოლეკულური კრისტალური გისოსებით და ასევე განვიხილავთ მყარი, თხევადი და აირის დამახასიათებელ მოლეკულათაშორის ურთიერთქმედების რამდენიმე ტიპს.
რატომ უნდა იცოდეთ ქიმიური ნაერთების სტრუქტურა
ადამიანური ცოდნის თითოეულ დარგში შეიძლება გამოვყოთ ფუნდამენტური კანონების ჯგუფი, რომლებზეც დაფუძნებულია მეცნიერების შემდგომი განვითარება. ქიმიაში- ეს არის მ.ვ.-ს თეორია. ლომონოსოვი და ჯ. დალტონი, ხსნიან მატერიის ატომურ და მოლეკულურ სტრუქტურას. როგორც მეცნიერებმა დაადგინეს, შინაგანი სტრუქტურის ცოდნით, შესაძლებელია ნაერთის როგორც ფიზიკური, ასევე ქიმიური თვისებების წინასწარმეტყველება. ადამიანის მიერ ხელოვნურად სინთეზირებული ორგანული ნივთიერებების მთელ უზარმაზარ რაოდენობას (პლასტიკა, წამალი, პესტიციდები და ა.შ.) აქვს წინასწარ განსაზღვრული მახასიათებლები და თვისებები, რომლებიც ყველაზე ღირებულია მისი სამრეწველო და საყოფაცხოვრებო საჭიროებისთვის.
ცოდნა ნაერთების სტრუქტურისა და თვისებების თავისებურებების შესახებ მოთხოვნადია ქიმიის კურსზე საკონტროლო სექციების, ტესტებისა და გამოცდების ჩატარებისას. მაგალითად, ნივთიერებების შემოთავაზებულ სიაში იპოვეთ სწორი პასუხები: რომელ ნივთიერებას აქვს მოლეკულური სტრუქტურა?
- თუთია.
- მაგნიუმის ოქსიდი.
- Diamond.
- ნაფთალინი.
სწორი პასუხია: თუთიას აქვს მოლეკულური სტრუქტურა, ისევე როგორც ნაფთალინი.
მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალები
ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ მოლეკულური სტრუქტურა დამახასიათებელია დაბალი დნობის წერტილით და დაბალი სიხისტის მქონე ნივთიერებებისთვის. როგორ შეიძლება ავხსნათ ამ ნაერთების კრისტალური გისოსების სისუსტე? როგორც გაირკვა, ყველაფერი დამოკიდებულია მათ კვანძებში მდებარე ნაწილაკების ერთობლივი გავლენის სიძლიერეზე. მას აქვს ელექტრული ბუნება და ეწოდება ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება ან ვან დერ ვაალის ძალები, რომლებიც დაფუძნებულია საპირისპიროდ დამუხტული მოლეკულების - დიპოლების - ერთმანეთზე ზემოქმედებაზე. აღმოჩნდა, რომ არსებობს მათი ფორმირების რამდენიმე მექანიზმი,დამოკიდებულია თავად ნივთიერების ბუნებაზე.
მჟავები, როგორც მოლეკულური შემადგენლობის ნაერთები
მჟავების უმეტესობის ხსნარები, როგორც ორგანული, ასევე არაორგანული, შეიცავს პოლარულ ნაწილაკებს, რომლებიც ორიენტირებულია ერთმანეთზე საპირისპიროდ დამუხტული პოლუსებით. მაგალითად, მარილმჟავას HCI ხსნარში არის დიპოლები, რომელთა შორის ხდება ორიენტაციის ურთიერთქმედება. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ჰიდროქლორინის, ჰიდრობრომის (HBr) და სხვა ჰალოგენის შემცველი მჟავების მოლეკულებს აქვთ ორიენტაციის ეფექტის შემცირება, რადგან ნაწილაკების თერმული მოძრაობა ერევა მათ ურთიერთმიზიდულობაში. ზემოაღნიშნული ნივთიერებების გარდა, საქაროზას, ნაფთალინს, ეთანოლს და სხვა ორგანულ ნაერთებს აქვთ მოლეკულური სტრუქტურა.
როგორ წარმოიქმნება ინდუცირებული დამუხტული ნაწილაკები
ადრე განვიხილეთ ვან დერ ვაალის ძალების მოქმედების ერთ-ერთი მექანიზმი, რომელსაც ეწოდება ორიენტაციის ურთიერთქმედება. ორგანული ნივთიერებებისა და ჰალოგენის შემცველი მჟავების გარდა, წყალბადის ოქსიდს, წყალს აქვს მოლეკულური სტრუქტურა. არაპოლარული, მაგრამ დიპოლების წარმოქმნისკენ მიდრეკილ ნივთიერებებში, როგორიცაა ნახშირორჟანგი CO2, შეიძლება დავაკვირდეთ ინდუცირებული დამუხტული ნაწილაკების - დიპოლების გამოჩენას. მათი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა ერთმანეთის მიზიდვის უნარი ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალების გამოჩენის გამო.
გაზის მოლეკულური სტრუქტურა
წინა ქვესათაურში ჩვენ ვახსენეთ ნაერთი ნახშირორჟანგი. მისი თითოეული ატომი თავის გარშემო ქმნის ელექტრულ ველს, რომელიც იწვევსახლომდებარე ნახშირორჟანგის მოლეკულის ატომზე პოლარიზაცია. ის იცვლება დიპოლად, რომელიც, თავის მხრივ, ხდება CO 2 ნაწილაკების პოლარიზაციის უნარი. შედეგად, მოლეკულები ერთმანეთს იზიდავს. ინდუქციური ურთიერთქმედება ასევე შეიძლება შეინიშნოს პოლარული ნაწილაკებისგან შემდგარ ნივთიერებებში, თუმცა, ამ შემთხვევაში ის გაცილებით სუსტია ვიდრე ორიენტაციის ვან დერ ვაალის ძალები.
დისპერსიული ურთიერთქმედება
როგორც თავად ატომებს, ასევე მათ შემადგენელ ნაწილაკებს (ბირთვი, ელექტრონები) შეუძლიათ უწყვეტი ბრუნვითი და რხევითი მოძრაობა. ეს იწვევს დიპოლების გაჩენას. კვანტური მექანიკის კვლევის თანახმად, მყისიერი ორმაგად დამუხტული ნაწილაკების გაჩენა ხდება როგორც მყარ სხეულებში, ასევე სითხეებში სინქრონულად, ისე რომ იქვე მდებარე მოლეკულების ბოლოები საპირისპირო პოლუსებით აღმოჩნდება. ეს იწვევს მათ ელექტროსტატიკურ მიზიდულობას, რომელსაც ეწოდება დისპერსიული ურთიერთქმედება. დამახასიათებელია ყველა ნივთიერებისთვის, გარდა იმ ნივთიერებისა, რომლებიც აირისებრ მდგომარეობაშია და რომელთა მოლეკულები ერთატომია. თუმცა, ვან დერ ვაალის ძალები შეიძლება წარმოიშვას, მაგალითად, ინერტული აირების (ჰელიუმი, ნეონი) თხევად ფაზაში გადასვლის დროს დაბალ ტემპერატურაზე. ამრიგად, სხეულების ან სითხეების მოლეკულური სტრუქტურა განსაზღვრავს მათ უნარს შექმნან სხვადასხვა სახის მოლეკულური ურთიერთქმედება: ორიენტაციის, ინდუცირებული ან დისპერსიული.
რა არის სუბლიმაცია
მყარი მოლეკულური სტრუქტურა, როგორიცაა იოდის კრისტალები,იწვევს ისეთ საინტერესო ფიზიკურ მოვლენას, როგორიცაა სუბლიმაცია - I2 მოლეკულების აორთქლება იისფერი ორთქლის სახით. ის წარმოიქმნება ნივთიერების ზედაპირიდან მყარ ფაზაში, თხევადი მდგომარეობის გვერდის ავლით.
ეს ვიზუალურად სანახაობრივი ექსპერიმენტი ხშირად ტარდება სკოლის ქიმიის კლასებში, რათა აჩვენოს მოლეკულური კრისტალური გისოსების სტრუქტურული მახასიათებლები და ნაერთების მასთან დაკავშირებული თვისებები. ჩვეულებრივ, ეს არის დაბალი სიმტკიცე, დაბალი დნობის და დუღილის წერტილები, ცუდი თერმული და ელექტრული გამტარობა და არასტაბილურობა.
ნივთიერებების აგებულების შესახებ ცოდნის პრაქტიკული გამოყენება
როგორც ვნახეთ, გარკვეული კორელაცია შეიძლება დამყარდეს კრისტალური მედის ტიპს, სტრუქტურასა და ნაერთის თვისებებს შორის. მაშასადამე, თუ ნივთიერების მახასიათებლები ცნობილია, მაშინ საკმაოდ მარტივია მისი სტრუქტურისა და ნაწილაკების შემადგენლობის მახასიათებლების პროგნოზირება: ატომები, მოლეკულები ან იონები. მიღებული ინფორმაცია ასევე შეიძლება სასარგებლო იყოს, თუ ქიმიის ამოცანებისას საჭიროა ნაერთების გარკვეული ჯგუფიდან მოლეკულური სტრუქტურის მქონე ნივთიერებების სწორად შერჩევა, მათ შორის, რომლებსაც აქვთ ატომური ან იონური ტიპის გისოსები.
შეჯამებით, შეგვიძლია დავასკვნათ შემდეგი: მყარი სხეულის მოლეკულური სტრუქტურა და ბროლის გისოსების სივრცითი სტრუქტურა და პოლარიზებული ნაწილაკების განლაგება სითხეებსა და აირებში სრულად არის პასუხისმგებელი მის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. თეორიული თვალსაზრისით, ნაერთების თვისებები,დიპოლების შემცველობა დამოკიდებულია მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალების სიდიდეზე. რაც უფრო მაღალია მოლეკულების პოლარობა და რაც უფრო მცირეა მათ შემადგენელი ატომების რადიუსი, მით უფრო ძლიერია მათ შორის წარმოქმნილი ორიენტაციის ძალები. პირიქით, რაც უფრო დიდია ატომები, რომლებიც ქმნიან მოლეკულას, მით უფრო მაღალია მისი დიპოლური მომენტი და, შესაბამისად, უფრო მნიშვნელოვანი დისპერსიული ძალები. ამრიგად, მყარის მოლეკულური სტრუქტურა ასევე გავლენას ახდენს მის ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალებზე - დიპოლებზე.
