§ 34. Речовини молекулярної та атомної будови

Зміст

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які фізичні властивості характерні для речовин молекулярної та атомної будови?

Речовинам молекулярної будови властиві низькі температури плавлення та кипіння, м’якість, леткість і нездатність проводити струм. Натомість речовини атомної будови дуже тверді, тугоплавкі, нелеткі та майже не розчиняються у воді й інших розчинниках.

Як передбачати фізичні властивості речовини за її будовою?

Речовини з молекул зі слабкою міжмолекулярною взаємодією є м’якими та легкоплавкими. Якщо речовина має атомну будову з міцними ковалентними зв’язками, вона відрізнятиметься високою твердістю та тугоплавкістю.

Дізнайтеся з інтернету про харчові продукти, які називають сублімованими. Який процес покладено в основу їх виробництва? У чому сублімовані продукти мають перевагу порівняно зі «звичайними»?

Виробництво базується на сублімації — переході льоду з твердого стану одразу в газуватий, минаючи рідку фазу. Це витягує вологу із замороженого продукту у вакуумі. Такі продукти зберігають вітаміни, поживні речовини, смак і аромат, відрізняються малою вагою та довго зберігаються.

Поясніть цю властивість речовин, які складаються з молекул.

Молекулярні речовини не проводять струм у жодному агрегатному стані, бо складаються з електронейтральних молекул. Вони не містять вільних носіїв заряду (електронів або йонів), які потрібні для виникнення електричного струму.

Укажіть атоми Силіцію та Оксигену в моделі будови кварцу (мал. 89). За цією моделлю визначте валентність хімічних елементів у речовині.

Примітка: У наданому джерелі (с. 93) це мал. 34 (Кварц $SiO_2$). У моделі більші кульки — це атоми Силіцію ($Si$), менші — Оксигену ($O$). Кожен атом $Si$ сполучений із чотирма атомами $O$, отже, його валентність — IV. Кожен атом $O$ зв’язаний із двома атомами $Si$, тому його валентність — II.

Наведіть приклади використання речовин з високою твердістю.

Алмаз ($C$) потрібен для виготовлення ювелірних прикрас, свердел і різальних інструментів. Карборунд ($SiC$) і корунд ($Al_2O_3$) слугують абразивами для шліфування поверхонь. Кварц ($SiO_2$) застосовують в електроніці та виробництві скла.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про найпростішу та істинну формули речовини, фізичні властивості речовин молекулярної та атомної будови.

Істинна формула показує реальний склад молекули (наприклад, $H_2O_2$), а найпростіша — співвідношення атомів (наприклад, $HO$). Речовинам молекулярної будови притаманні низькі температури плавлення і кипіння, леткість, запах та м’якість. Речовини атомної будови відрізняються високою твердістю, тугоплавкістю, нелеткістю і нерозчинністю у воді.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: Чому «сухий лід» ($CO_2$) випаровується без калюж, а звичайний лід ($H_2O$) тане?
Відповідь: Твердий вуглекислий газ має молекулярну будову і за звичайних умов здатний до сублімації (переходу з твердого в газуватий стан). Лід також має молекулярну будову, але за кімнатної температури він спочатку плавиться у рідину.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

353. Назвіть кілька речовин молекулярної та атомної будови, які ми використовуємо в побуті.

Молекулярна будова: вода ($H_2O$), цукор ($C_{12}H_{22}O_{11}$), оцтова кислота ($CH_3COOH$), йод ($I_2$). Атомна будова: графіт ($C$) у стрижнях олівців та кварцовий пісок ($SiO_2$) для виробництва скла.

354. У параграфі наведено хімічну формулу оцтової кислоти $CH_3COOH$. Це — істинна формула речовини. Чи є вона найпростішою? Якщо ні, то запишіть найпростішу формулу цієї кислоти.

Формула $CH_3COOH$ (сумарно $C_2H_4O_2$) не є найпростішою, бо індекси скорочуються на 2. Співвідношення атомів $C:H:O$ дорівнює $1:2:1$. Найпростіша формула — $CH_2O$.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

355. Сполука Х за standard conditions перебуває у твердому стані, має запах, а за помірного нагрівання плавиться. З яких частинок вона складається — атомів чи молекул?

З молекул. Запах (леткість) і здатність плавитися за помірного нагрівання свідчать про слабку міжмолекулярну взаємодію, що є ознакою молекулярної будови.

АНАЛІЗУЙМО

356. Температури кипіння рідких гелію, неону й аргону становлять –269, –246 і –186 °С відповідно. Побудуйте графік залежності температур кипіння цих простих речовин від відносних атомних мас. Спробуйте пояснити виявлену залежність.

Зростання відносної атомної маси інертних газів ($Ar(He) \approx 4$, $Ar(Ne) \approx 20$, $Ar(Ar) \approx 40$) підвищує їхню температуру кипіння. Більша маса та розмір атомів посилюють сили притягання між ними, тому для випаровування потрібна більша кількість енергії.

ДІЗНАВАЙМОСЯ

357. Графіт і алмаз — прості речовини Карбону, які мають атомну будову, але дуже різняться твердістю. За матеріалами з інтернету з’ясуйте причину такої відмінності.

Відмінність зумовлена будовою кристалічних ґраток. В алмазі кожен атом Карбону міцно зв’язаний із чотирма іншими, створюючи жорсткий тривимірний каркас. У графіті атоми формують шари. Всередині шару зв’язки міцні, але між шарами сили притягання слабкі, тому вони легко ковзають один відносно одного, роблячи графіт м’яким.

ПОМІРКУЙМО

358. Чому сполуки $CO_2$ і $SiO_2$ істотно різняться фізичними властивостями, хоча в цих речовинах реалізується один і той самий вид хімічного зв’язку — ковалентний?

Усе залежить від типу кристалічних ґраток. $CO_2$ має молекулярну будову зі слабкою взаємодією молекул, тому перебуває у газуватому стані. $SiO_2$ має атомну будову, де ковалентні зв’язки міцно тримають атоми в єдиному каркасі, утворюючи тверду тугоплавку речовину. Тип хімічного зв’язку однаковий, але спосіб об’єднання частинок різний, що і визначає властивості.

359. Карборунд $SiC$ — сполука атомної будови. Спрогнозуйте фізичні властивості речовини та перевірте своє передбачення, відшукавши необхідну інформацію в інтернеті.

Атомна будова карборунду подібна до алмазу (Карбон і Силіцій належать до IV групи). Він має бути надтвердим, тугоплавким та нерозчинним. Фактичні дані підтверджують це: твердість $SiC$ наближається до алмазу, температура плавлення сягає близько $2730\ ^\circ\text{C}$, а сама речовина хімічно інертна.

У КОМАНДІ

360. Назвіть кілька речовин і сумішей, що мають запах і використовуються в кулінарії. З атомів чи молекул складаються ці речовини та відповідні компоненти сумішей?

Речовини: ванілін, оцтова кислота. Суміші: гвоздика, кориця, перець (завдяки ефірним оліям). Усі вони складаються з молекул. Наявність запаху підтверджує леткість, властиву молекулярним сполукам.

361. У м. Брюссель (Бельгія) є монумент «Атоміум» (мал. 90), який було споруджено до відкриття Всесвітньої виставки у 1958 р. Спробуйте пояснити назву цього монумента. (Можливо, запропонуєте для нього іншу назву.)

Назва пов’язана зі словом «атом». Монумент є моделлю кристалічної ґратки заліза, збільшеною у 165 мільярдів разів. Сфери (9 штук) імітують атоми, поєднані у металеву структуру. Альтернативні назви: «Кристал» або «Ферум».

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

362. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Молекулярна будова — molecular structure
• Атомна будова — atomic structure
• Істинна формула — true (molecular) formula
• Найпростіша формула — empirical formula
• Сублімація — sublimation
• Леткість — volatility
• Міжмолекулярна взаємодія — intermolecular interaction

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

363. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.