Cos'è una sostanza? Struttura e proprietà delle sostanze

È noto dal punto di vista della fisica che gli atomi di elementi chimici hanno la forma di particelle libere. Possono essere combinati tra loro attraverso vari tipi di legami chimici. Di conseguenza, si formano molecole di sostanze, sia semplici che complesse. In questo modo, si forma una delle forme di esistenza della materia, che è la più comune sulla Terra. Nel nostro articolo considereremo la struttura e le proprietà delle sostanze e forniremo esempi dei loro vari stati: solido, liquido e gassoso.

Caratteristiche generali dei composti

Ossigeno, che respira esseri viventi, depositi di diamanti, depositi di carbone: sono esempi di sostanze semplici le cui proprietà dipendono dalla struttura delle loro molecole. Contengono gli atomi di un solo elemento chimico: carbonio, ossigeno, azoto. Alcuni degli elementi possono formare non uno, ma diverse sostanze semplici. Differiscono tra loro non solo nell'aspetto, ma anche nella loro struttura interna e, quindi, nelle proprietà. Stiamo parlando di modifiche allotropiche, sulle quali ci soffermiamo. Di fronte a loro ci sono particelle di un composto complesso, che è un altro nome per una sostanza, sono costituite da atomi di vari elementi. Acqua, sale, alcol etilico, amido - l'elenco dei composti complessi che costituiscono gli oggetti del mondo materiale può essere continuato indefinitamente.

allotropia

Quanto è sorprendente il nucleo di grafite di una matita, un diamante in una cornice raffinata e una polvere bianca cristallina di carbyan estratto dal cratere dell'Arizona ... Ma tutti e tre questi semplici composti sono costituiti solo da atomi di carbonio. Perché sono così diversi l'uno dall'altro? Qual è una sostanza chiamata nella modifica allotropica della chimica? Troveremo la risposta nella struttura interna del composto, cioè nelle caratteristiche della forma del suo reticolo cristallino. In natura, l'allotropia si verifica raramente. Ossigeno e ozono sono un altro esempio di tali sostanze. Differiscono nel numero di atomi di ossigeno nella composizione delle molecole: ce ne sono due in ossigeno e tre nell'ozono.

Diamante e grafite

La molecola gigante, in cui ogni atomo di carbonio è collegato ad altri quattro alla stessa distanza, è un diamante. Legami covalenti tra le particelle è estremamente resistente, il cristallo rifrange perfettamente i raggi luminosi, quindi è considerato il gioiello più costoso. Non conduce corrente elettrica ed è un materiale superhard naturale utilizzato per la perforazione di pozzi e il taglio del vetro. Cos'è una sostanza - grafite? I suoi cristalli grigio scuro sono grassi al tatto, morbidi e lasciano facilmente un segno sulla carta. Gli atomi nella molecola sono disposti a strati. Si riferisce ai conduttori della corrente e viene utilizzato nell'ingegneria elettrica.

Cos'è la carota?

La carbina è la terza modifica del carbonio. Negli anni '60 del XX secolo, fu ottenuto nel laboratorio dello scienziato russo V.V. Korshak, e poi trovato in natura come parte di una sostanza meteorica. La struttura delle sue catene di carbonio è lineare, il composto ha l'aspetto di una fibra, polvere o film bianchi. La carbina ha le proprietà di un semiconduttore, sopravvive idealmente nel corpo umano. Pertanto, viene utilizzato per la produzione di protesi artificiali di articolazioni, vasi sanguigni, elementi in oftalmologia, urologia e protesi dentarie.

Stato della materia

Se un composto ha una struttura atomica e appartiene a non metalli, le sue particelle sono collegate tra loro da un singolo legame covalente. Per questo motivo, tali molecole sono biatomiche. Quali sono le seguenti formule: Cl ₂ , N _2, O ₂ ? Queste sono molecole di cloro, azoto, ossigeno. Nell'esempio sopra, le sostanze sono in uno stato gassoso e le loro particelle si muovono in direzioni diverse, e le forze di interazione tra di loro sono molto deboli. Un quadro diverso viene osservato quando la forma aggregata del composto è densa - condensata. Liquidi e solidi, a differenza dei gas, occupano un determinato volume a temperatura costante. Le loro particelle si attraggono abbastanza forte, la natura di tali connessioni è elettrica. Interessante è la struttura dei composti metallici con una serie di proprietà specifiche: conduttività termica, malleabilità, duttilità e conducibilità elettrica. Cos'è una sostanza-metallo dal punto di vista della sua struttura? reticolo cristallino? Può essere confrontato con un complesso gigante di atomi contenenti elettroni comuni. Si muovono all'interno del cristallo e formano il cosiddetto gas di elettroni, che è la causa di tutte le caratteristiche dei metalli sopra elencati. Quindi, abbiamo scoperto che i composti chimici hanno tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso.

In che modo la struttura interna di una sostanza determina le sue proprietà?

La forma cristallina solida è la più comune in natura. La struttura di una sostanza è determinata dalla configurazione del suo reticolo cristallino che, a sua volta, influenza le proprietà fisiche e chimiche. Ad esempio, la più alta durezza di un diamante è dovuta al fatto che ci sono atomi nei suoi siti reticolari, le forze di interazione tra le quali sono piuttosto grandi. I legami covalenti che si sono formati in questo modo trattengono saldamente le particelle una accanto all'altra, garantendo la stabilità della struttura. I cristalli di iodio, al contrario, possono deteriorarsi rapidamente se riscaldati. Anche senza entrare nella fase liquida, lo iodio viene sublimato prima della formazione di vapore, cioè sublima. Questo fenomeno è spiegato dalle peculiarità della struttura interna dello iodio cristallino. Nei nodi del suo reticolo a grandi distanze l'uno dall'altro sono molecole. Sotto l'influenza di alte temperature, si staccano facilmente l'uno dall'altro formando una fase gassosa. Composti ionici tipo di reticolo cristallino sono eccellenti conduttori di corrente. Sono refrattari e resistenti, hanno caricato particelle nei siti del reticolo - ioni. Le forze di attrazione elettrostatica sorgono tra i cationi e gli anioni, quindi i cristalli di sale sono sufficientemente duri e resistenti.

Nomenclatura di connessione

Insieme ai ben noti, banali, cioè nomi che sono stati da tempo stabiliti nella vita di tutti i giorni, per esempio: il bicarbonato di sodio o il sale da cucina, esiste una classificazione scientifica piuttosto diversa dei composti chimici. Quindi, nella nomenclatura razionale sono divisi in semplici e complessi, metalli e non metalli. Nel classificatore IUPAC, grande attenzione è rivolta a vari gruppi di composti organici. Il nome della sostanza in esso dipende dalla presenza nella molecola di singoli, doppi, tripli legami o cicli. Ad esempio, i composti contenenti un legame sigma sono chiamati alcani e le molecole di carattere insaturo sono indicate come alcheni o alchini. A causa del fatto che l'arsenale di nuovo, sintetico composti organici costantemente aggiornati, sono classificati secondo la nomenclatura internazionale IUPAC. Ciò garantisce il principio di sistematicità e aiuta i chimici di tutto il mondo a condurre ricerche congiunte.

Nel nostro articolo abbiamo risposto alle domande: cos'è una sostanza e come le sue proprietà fisiche e chimiche dipendono dalla sua struttura interna.