Принципы строения вещества

Водородная связь имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер (рисунок 8).

Рисунок 8 Водородная связь (изображена точками)

Наличие водородных связей объясняет высокая температура кипения воды, спиртов, карбоновых кислот.

3.

3.4 Металлическая связь

Валентные электроны металлов достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. Поэтому металл содержит ряд положительных ионов, расположенных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, свободно перемещающихся по всему кристаллу. Электроны в металле осуществляют связь между всеми атомами металла.

4 Молекулы, радикалы, ионы

Молекула (от лат. moles — масса) — это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются её составом и химическим строением.

Молекула содержит одинаковые или разные атомы. Соединения, образованные одинаковыми атомами, называют простыми, а образованные разными атомами — сложными.

Атомы в молекуле удерживаются химическими связями, возникающими в результате обобществления или перераспределения внешних (валентных) электронов (см. предыдущий раздел). Каждая обобществлённая пара электронов изображается чертой, соединяющей связываемые атомы (рисунки 9 и 10).

Рисунок 9 Молекула воды Рисунок 10 Молекула этанола

Из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии; жидкости (вода, спирт, эфир и др.); твёрдые вещества, кристаллическая решётка которых имел молекулярную структуру.

Однако не всякое вещество состоит из молекул. В веществах, имеющих атомное или ионное строение, носителями химических свойств являются не молекулы, а комбинации ионов или атомов, которые образуют данное вещество. Не имеют молекулярной структуры соли, металлы, оксиды металлов, алмаз, кремний.

Химическая связь между молекулами у вещества с молекулярной структурой менее прочная, чем связь между атомами. Поэтому вещества с молекулярным строением имеют более низкие температуры плавления и кипения.

Ионы — заряженные одноили многоатомные частицы, образующиеся в результате отрыва (присоединения) электрона (электронов) от атома или молекулы с образованием энергетически устойчивых электронных оболочек (рисунок 11). Положительно заряженные ионы носят название катионов, отрицательные — анионов.

Рисунок 11 Образование ионов

Образование сложных ионов возможно путем присоединения к нейтральным молекулам других ионов (рисунок 12).

Рисунок 12 Образование сложных 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 (ЭHn, ЭOm), 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-, Cl7+, O2-, H+, Mg2+, N3-, N5+, Cr6+.

Радикалы — частицы, образующиеся при разрыве химической связи, и (или) содержащие нескомпенсированную валентность (рисунок 13).

Рисунок 13 Радикалы

Особую группу составляют свободные радикалы (СР) — химические частицы, содержащие нескомпенсированную валентность (электрон), они могут быть нейтральными (рисунок 14) или заряженными (ион-радикалы).

Рисунок 14 Нейтральный свободный радикал

5 СИЛЫ АТОМНЫХ ЯДЕР

Так как размеры атомных ядер очень малы, силы кулоновского отталкивания между двумя половинами, например, атомного ядра свинца, содержащего 82 протона, достигают нескольких тысяч ньютонов. Но ядро свинца не разваливается на части под действием кулоновских сил отталкивания, поэтому следует сделать вывод о существовании сил притяжения между протонами и нейтронами, превосходящих силы кулоновского отталкивания.

Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре, называются ядерными силами. Другое название этого взаимодействия — сильное взаимодействие.

Протон и нейтрон по способности к сильному взаимодействию не отличаются друг от друга, поэтому в ядерной физике их часто рассматривают как одну частицу — нуклон — в двух разных состояниях. Нуклон в состоянии без электрического заряда называется нейтроном, а нуклон в состоянии с электрическим зарядом называется протоном.

Основные свойства ядерных сил можно объяснить тем, что нуклоны обмениваются между собой частицами, масса которых больше массы электрона примерно в 200 раз. Такие частицы были обнаружены экспериментально в 1947 году. Они получили название пионов (пи-мезонов).

Ядерные силы являются короткодействующими силами. На расстояниях до 10−15 м сильное взаимодействие нуклонов значительно превосходит электромагнитное и гравитационное, но с увеличением расстояния между нуклонами очень быстро убывает.

Современная наука продвинулась в изучении мельчайшего строения вещества, воздействуя не только на молекулы и атомы, но и на ядерные процессы атомов. При этом работая уже с элементарными частицами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Атом — наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Химический элемент, в свою очередь, можно определить как вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств и обозначаемый определенным символом. Соединения атомов с помощью химических связей образуют молекулы. Молекулы — наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Атомов известно лишь немногим более 100 видов, т. е. столько, сколько химических элементов. А вот молекул — свыше 18 млн. Столь богатое разнообразие определяется двумя обстоятельствами. Во-первых, тем, что почти все виды атомов, взаимодействуя друг с другом, способны объединяться в молекулы. И, во-вторых, тем, что молекулы могут содержать разное число атомов. Молекулы наиболее сложных веществ — высших белков и нуклеиновых кислот — построены из такого количества атомов, которое измеряется сотнями тысяч (макромолекулы). Атомы в молекуле связаны между собой в определенной последовательности и определенным образом расположены в пространстве. Важно и то, что такие последовательности и пространственные расположения при одном и том же составе атомов могут быть различными. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных химических веществ очень велико.

Завершая рассмотрение основных представлений теории атома, добавим, что современная атомная физика нашла решение проблемы, которая столетиями волновала умы алхимиков — трансмутации веществ (т.е. химических элементов), и в частности получения золота. Эта задача вполне решаема в ускорителях элементарных частиц. Но такая «добыча» золота неизмеримо дороже его обычной добычи из «кладовых природы».

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Концепции современного естествознания. Учебник. / Под. Ред. Лавриенко В. Н., — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. — 319 с.

Концепции современного естествознания: учебное пособие. 2 изд-е. В. Свиридов, — СПб.: Питер.: 2004. — 298 с.

Концепции современного естествознания: учебное пособие. — М.: Вузовский учебник., 2008. — 282 с.

Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания. Учебник, — М.: Велби, 2008. — 264 с.

Михайлов В. А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — СПб.: Питер, 2008. — 336 с.

Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учебник. — изд. 2-е перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2004. — 622 с.

Филин С. П. Концепции современного естествознания: конспект лекций. -М.: Эксмо, 2007. — 160 с.

Химия. Справочник школьника. / Сост. М. Кременчугская, С. Васильев; Под. Ред.

И. Пышнограевой. — М.: Филолог. Об-во «Слово». Компания «Ключ-С», 1997. — 480 с.

Концепции современного естествознания: учебное пособие. 2 изд-е. В. Свиридов, — СПб.: Питер.: 2004. — с. 32

http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RCl$lxyiu

school.tazovsky.ru/index.php

Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учебник. — изд. 2-е перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2004. — с. 344