13. Физические свойства веществ с различным типом связи

Свойства веществ с ковалентной неполярной связью

Вещества с таким типом связи относятся к неметаллам. Они могут быть при н.у. газообразными (кислород, водород, хлор), жидкими (бром), твердыми (сера, фосфор, графит).

Интересная закономерность наблюдается с температурами кипения и плавления газообразных и жидких неметаллов (см. Таблицу 1): с увеличением относительной молекулярной массы , как правило, увеличиваются температуры кипения и плавления веществ с ковалентной неполярной связью.

С твердыми неметаллами все не так просто (см. Таблицу 2). Среди них встречаются как легкоплавкие (сера, селен, фосфор), так и тугоплавкие вещества (графит, алмаз, кремний, бор). Температуры плавления этих веществ не зависят от их относительной атомной массы: относительная атомная  масса йода 127, а бора всего 11, но температура плавления бора значительно выше. Рассмотрим причины такой разницы в физических свойствах твердых неметаллов.

Почему кремний, бор, графит и алмаз имеют очень высокие температуры плавления? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть строение кристаллов этих веществ. Дело в том, что в узлах кристаллических решеток этих веществ находятся атомы неметаллов, соединенные друг с другом прочными ковалентными неполярными связями. Рассмотрим кристаллические решетки графита и алмаза. В кристалле алмаза все атомы углерода связаны между собой равноценными ковалентными неполярными связями. Такой кристалл отличается особой прочностью, поэтому алмаз – необычайно твердое вещество.

Кристалл графита состоит из своеобразных слоев. Расстояние между слоями существенно больше, чем между атомами внутри слоя. Поэтому твердость графита низкая, графитом можно писать (при этом разрываются связи между слоями атомов углерода).

Кремний и бор тоже образуют атомную кристаллическую структуру.

Итак, вещества с атомной кристаллической структурой имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем вещества с молекулярной кристаллической структурой. Это объясняется тем, что атомный кристалл разрушить сложнее, чем молекулярный, т.к. связи между молекулами слабые, а между атомами прочные.

Сера, селен, фосфор – вещества молекулярного строения, их молекулы имеют следующий состав: , , . И для них также соблюдается закономерность: чем больше молекулярная масса вещества с молекулярной кристаллической структурой, тем выше его температура кипения и плавления (см. Таблицу 3).

Свойства веществ с ковалентной полярной связью

Среди веществ, образованных ковалентной полярной связью, при н.у. встречаются газообразные (углекислый газ, хлороводород), жидкие (вода, серная кислота) и твердые вещества (оксид кремния, оксид фосфора (V)). 

Посмотрим на значения температур кипения и плавления этих веществ (см. Таблицу 4). Высокими значениями температур кипения и плавления отличается оксид кремния. Это можно объяснить его строением. Оксид кремния - вещество с атомной кристаллической решеткой. Для того чтобы расплавить это вещество, надо разорвать ковалентные полярные связи между атомами кремния и кислорода. На это требуется большая энергия.

Остальные вещества в Таблице 4 имеют молекулярную кристаллическую структуру. Но мы не наблюдаем здесь прямой зависимости между относительной молекулярной массой и температурой плавления. Например, вода с имеет температуру кипения, равную 100 °С, а сероводород с имеет температуру кипения, равную −60 °С. Для веществ с ковалентной полярной связью температуры плавления и кипения во многом определяются не только их относительной молекулярной массой, но и полярностью их молекул. Чем полярнее молекулы, тем сильнее они взаимодействуют между собой.

Свойства веществ, образованных металлами и неметаллами

Соединения, образованные химическими элементами металлами и неметаллами могут быть образованы ионной или ковалентной полярной связью. Вы удивлены? Ионная связь возникает между атомами типичного металла и типичного неметалла, когда разница их значений относительных электроотрицательностей больше 2. При небольшой разнице в значениях относительных электроотрицательностей (менее 2) соединение будет образовано ковалентной полярной связью.

Вы уже знаете, что вещества с ковалентной полярной связью могут иметь молекулярную или атомную кристаллическую структуру. Вещества же с ионной химической связью образованы ионной кристаллической структурой (в узлах кристаллической решетки находятся ионы). Для разрушения ионных кристаллов требуется значительно больше энергии, чем для разрушения молекулярных. Температуры плавления ионных соединений лежат в диапазоне 700–1000 °С. Вещества с атомной кристаллической решеткой имеют температуры плавления, как правило, больше 1500 °С.

Посмотрим на Таблицу 5 и найдем вещества с атомной, молекулярной и ионной кристаллическими структурами. Как вы видите, оксид алюминия и оксид железа (III) – вещества с атомной структурой, т.к. имеют очень высокие температуры плавления. Вещества, с относительно низкими температурами плавления – хлорид алюминия, хлорид ртути, хлорид железа (III) – имеют в большей степени молекулярную кристаллическую структуру, чем ионную.

Список рекомендованной литературы

1. Оржековский П. А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007 (§18).

2. Оржековский П. А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013 (§7).

3. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.

4. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.

5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Домашнее задание

1. Определите тип химической связи и кристаллической решетки в следующих веществах: , , , , , , .

2. с. 48–49 №№ А1-А3 из учебника П. А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.