ПОМІРКУЙТЕ
Як ви вважаєте, чим зумовлені відмінності фізичних властивостей молекулярних і немолекулярних речовин?
На мою думку, ці відмінності зумовлені типом частинок у вузлах кристалічних ґраток та міцністю зв’язків між ними. У молекулярних речовинах молекули утримуються слабкими міжмолекулярними силами, які легко руйнуються, тоді як в атомних речовинах атоми сполучені дуже міцними ковалентними зв’язками.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО
У додаткових джерелах знайдіть інформацію про фізичні властивості цукру, йоду, графіту та силіцій(IV) оксиду. Порівняйте їхні крихкість, температури плавлення, здатність розчинятися в різних розчинниках. Чи можна за цими властивостями класифікувати речовини в різні групи?
Цукор і йод є крихкими речовинами з низькими температурами плавлення ($186^\circ$С та $113,5^\circ$С), при цьому цукор добре розчиняється у воді, а йод — в органічних розчинниках. Графіт і силіцій(IV) оксид мають дуже високі температури плавлення (понад $1700^\circ$С) і не розчиняються в жодному звичайному розчиннику. За цими ознаками речовини можна класифікувати на молекулярні (цукор, йод) та атомні (графіт, кварц).
ПОМІРКУЙТЕ
Чому з-поміж усіх речовин запах мають лише речовини молекулярної будови?
Це пояснюється слабкістю притягання між молекулами, що робить такі речовини леткими. Окремі молекули легко відриваються від поверхні й потрапляють у повітря, завдяки чому ми можемо відчути їхній запах рецепторами носа.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО
Використовуючи доступні матеріали, створіть моделі кристалічних ґраток.
Для створення моделей я використаю пластилінові кульки різних кольорів, що символізуватимуть атоми, та зубочистки для позначення хімічних зв’язків. У моделі атомної ґратки я з’єднаю всі кульки в суцільний міцний каркас, а в моделі молекулярної ґратки згрупую їх у окремі молекули, розміщені на невеликій відстані одна від одної.
Уявіть, що у вас є зразок твердої речовини білого кольору. Запропонуйте кілька простих дослідів, за допомогою яких можна визначити, які кристалічні ґратки в цієї речовини.
Першим дослідом буде спроба розплавити невелику кількість речовини над полум’ям: легке плавлення вкаже на молекулярну структуру. Також я перевірю наявність запаху та спробую розчинити речовину у воді; якщо вона дуже тверда, не пахне, не плавиться і не розчиняється, то вона має атомні кристалічні ґратки.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
397. За інформацією підручника, додаткових джерел і власними спостереженнями наведіть приклади твердих речовин, які під час нагрівання: а) розкладаються; б) плавляться; в) сублімують.
а) При нагріванні розкладаються такі речовини, як питна сода (натрій гідрогенкарбонат) або цукор; б) плавляться лід, парафін та більшість металів, наприклад, золото; в) сублімують при нагріванні йод, нафталін та «сухий лід» (твердий вуглекислий газ).
398. За наведеним описом визначте кристалічні ґратки речовин: а) сірка є крихкою кристалічною речовиною жовтого кольору, яка не розчиняється у воді, tпл. = 112,8 °С; б) карборунд (силіцій карбід SiC), tпл. = 2830 °С, за твердістю близький до алмазу; в) за звичайних умов кисень — газ без кольору, смаку та запаху, малорозчинний у воді tпл. = -218,7 °С, tкип. = -183 °С; г) бром — червоно-бура рідина з різким запахом, легко випаровується tкип. = 59 °С; д) сульфур(VI) оксид за звичайних умов — летка безбарвна рідина із задушливим запахом, tпл. = 16,8 °С, tкип. = 45 °С.
а) Сірка має молекулярні кристалічні ґратки;
б) карборунд має атомні кристалічні ґратки;
в) кисень у твердому стані утворює молекулярні кристалічні ґратки;
г) бром має молекулярні кристалічні ґратки; д) сульфур(VI) оксид має молекулярні кристалічні ґратки.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
399. Якими взаємодіями утримуються: а) атоми в молекулі; б) молекули в молекулярному кристалі; в) атоми в атомному кристалі?
а) Атоми в молекулі утримуються міцними ковалентними зв’язками; б) молекули в молекулярному кристалі утримуються слабкими міжмолекулярними взаємодіями; в) атоми в атомному кристалі поєднані дуже міцними ковалентними зв’язками.
400. Поясніть, чому кварц SiO2 і вуглекислий газ CO2 мають різні фізичні властивості, попри подібний склад.
Відмінність у фізичних властивостях пояснюється різними типами кристалічних ґраток: кварц має атомну структуру з міцними зв’язками по всьому кристалу, тоді як вуглекислий газ у твердому стані має молекулярні ґратки зі слабкою взаємодією між окремими молекулами.
401. Випишіть окремо формули речовин із різними кристалічними ґратками в твердому стані: F2, CO2, Не, С (графіт), HBr, S8 (сірка), Н2, SiO2, О3.
Речовини з молекулярними кристалічними ґратками: $F_2$, $CO_2$, $He$, $HBr$, $S_8$, $H_2$, $O_3$.
Речовини з атомними кристалічними ґратками: $C$ (графіт), $SiO_2$.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
402. Чи можна замінити: а) силіцій(IV) оксид на карбон(IV) оксид для виготовлення скла; б) алмаз на графіт для виготовлення бурів для свердління? Обґрунтуйте свою відповідь.
а) Ні, така заміна неможлива, оскільки силіцій(IV) оксид має атомні кристалічні ґратки, що робить його твердою та тугоплавкою речовиною, придатною для виготовлення скла. Карбон(IV) оксид має молекулярні ґратки і за звичайних умов є газом, тому він не може тримати форму твердого тіла.
б) Ні, замінити алмаз на графіт не можна, бо вони мають різну будову атомних ґраток. В алмазі всі атоми Карбону міцно з’єднані між собою у трьох вимірах, що забезпечує йому найвищу твердість, тоді як у графіті зв’язки між шарами атомів дуже слабкі, через що він м’який і легко руйнується.
403. За текстом параграфа проілюструйте взаємозв’язок між складом і фізичними властивостями речовин. Поясніть логічний ланцюг: хімічний склад -> хімічний зв’язок -> кристалічні ґратки -> фізичні властивості.
Тип хімічного зв’язку в речовині визначається її складом і розподілом електронів в атомах. Характер зв’язку зумовлює тип кристалічних ґраток: якщо ковалентні зв’язки об’єднують усі атоми в єдину структуру — утворюються атомні ґратки. Якщо ж зв’язки діють лише всередині груп атомів, утворюються молекули, які формують молекулярні ґратки. Тип ґраток безпосередньо визначає фізичні властивості, як-от твердість, температуру плавлення та леткість.
404. Багато молекулярних речовин розчиняються у воді або інших органічних розчинниках. На відміну від них, речовини атомної будови не розчиняються в жодному. Чим, на вашу думку, це можна пояснити?
Нерозчинність атомних речовин пояснюється надзвичайною міцністю ковалентних зв’язків між усіма атомами в кристалі, для руйнування яких необхідна значна енергія. У молекулярних речовинах енергії взаємодії з розчинником достатньо для подолання слабких міжмолекулярних сил і переходу молекул у розчин.